一种两轮自平衡车控制电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种两轮自平衡车控制电路，包括MCU，以及MCU连接的通过电源驱动模块连接的电源模块、电机驱动模块，电机编码器模块，姿态检测模块、无线控制模块和OLED显示模块，电源模块采用12v的3600mhA可充电镍氢电池，电机驱动模块采用TB6612FNG驱动器件，电机编码器模块采用工作电压为12V，最大转速1000转/分的增量式编码器，该编码器作为两轮自平衡车的速度传感器，姿态检测模块采用整合了3轴陀螺仪和3轴加速度计的6轴运动处理组件MPU6050，无线控制模块采用单芯片无线收发芯片nRF24L01，MCU采用STC12C5A60S2系列单片机。
【专利说明】
一种两轮自平衡车控制电路
技术领域
[0001]本实用新型属于便携代步工具技术领域，特别涉及一种两轮自平衡车控制电路。
【背景技术】
[0002]两轮自平衡小车也可以作为一种崭新的，便携的交通工具，由于两轮车采用电力驱动，且体积小，驾驶操作灵活方便，不仅占用空间更小，方便实用，对于短途出行是一种很好的选择，具有实用价值。然而，现有技术中，两轮自平衡小车的在成本和功能上都有不足，影响了市场推广。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的是提供一种两轮自平衡车控制电路，优化现有设计，方便参数调试。
[0004]本实用新型的技术方案是，一种两轮自平衡车控制电路，包括MCU，以及MCU连接的通过电源驱动模块连接的电源模块、电机驱动模块，电机编码器模块，姿态检测模块、无线控制模块和OLED显示模块，
[0005]电源模块采用12v的3600mhA可充电镍氢电池，
[0006]电机驱动模块采用TB6612FNG驱动器件，
[0007]电机编码器模块采用工作电压为12V，最大转速1000转/分的增量式编码器，该编码器作为两轮自平衡车的速度传感器，
[0008]姿态检测模块采用整合了3轴陀螺仪和3轴加速度计的6轴运动处理组件MPU6050，
[0009]无线控制模块采用单芯片无线收发芯片nRF24L01，
[0010]MCU 采用 STC12C5A60S2 系列单片机。
[0011]本实用新型在实现了一种优化的一种两轮自平衡车控制电路同时，方便了对两轮自平衡车的参数调试。
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型实施例的电路组成示意图。
【具体实施方式】
[0013]如图1所示，一种两轮自平衡车控制电路，包括MCU，以及MCU连接的通过电源驱动模块连接的电源模块、电机驱动模块，电机编码器模块，姿态检测模块、无线控制模块和OLED显示模块。
[0014]电源模块采用12v，3600mhA大容量可充电镍氢电池，以保证供电的充足，电源转化模块可以提供不同电压的转化12V电压提供给电机，3.3V供给mpu6050，5V电压提供给主芯片供电。
[0015]电机驱动模块使用的TB6612FNG是一款新型驱动器件，能独立双向控制2个直流电机，它具有很高的集成度，同时能提供足够的输出能力，运行性能和能耗方面也具有优势，因此在集成化、小型化的电机控制系统中，它可以作为理想的电机驱动器件。TB6612FNG是东芝半导体公司生产的一款直流电机驱动器件，它具有大电流MOSFET-H桥结构，双通道电路输出，可同时驱动2个电机。TB6612FNG每通道输出最高1.2A的连续驱动电流，启动峰值电流达2A/3.2A(连续脉冲/单脉冲)；4种电机控制模式:正转/反转/制动/停止;PffM支持频率高达1 O k H z ;待机状态；片内低压检测电路与热停机保护电路；工作温度:-2 O?8 5 °C ;SS0P24小型贴片封装。
[0016]电机编码器模块的工作电压为12V，最大转速1000转每分。选择增量式编码器作为两轮平衡小车的速度传感器，这款编码器可以提供两相输出，体积小，质量轻，线数多，能够满足实际需求，另外选用齿数较少的传动齿轮，能够有效的提高光电编码器与电机的转速相比，使相同的速度下采到的脉冲更多，这就提高了速度反馈的精度。增量式光电编码器的每一个输出信号对应一个位移增量，但它不能通过其输出脉冲来区别增量具体的位置。它可以产生和位移增量值相等的脉冲信号，其作用是可以提供对连续的位移量增量化或离散化及位移变化的一种传感方法，是相对某个基准点相对的位置增量，不能直接测出其轴的绝对位置;此光电编码器的输出相和相相差。脉冲信号，可方便的判断出来旋转的方向，作为参考零位相标志的脉冲信号，码盘旋转一周，就发出相应的一个标志脉冲信号。其中标志脉冲通常指示对积累量清零或机械位置。此编码器主要是由码盘、光源、检测光栅光、电检测器件和转换电路构成。
[0017]姿态检测模块MPU6050为全球首例整合了6轴运动处理组件，整合了 3轴陀螺仪，3轴加速度计。相较于多组件方案，不仅免除了组合陀螺仪和加速度计数据时所存在的时差问题，而且减少了大量的包装空间缩小了整个套件的尺寸。其其角速度全格感测范围为正负250，正负500，正负2000，可以通过编程进行选择，以准确追踪快速与慢速动作;并且用户可以在正负2g，正负4g，正负16g之间选择加速度值测量范围。角度、角速度计算和角度控制是自平衡控制算法中的重点部分，良好的角度控制算法产生稳定的平衡控制效果，角度、角速度的计算将根据传感器的外围电路信号的放大及信号滤波等来确定相关角度和角速度换算。
[0018]无线传输模块采用的nRF24L01是由Nordic公司出品的单芯片无线收发芯片，工作于2.4GHz?2.5GHz的频率，芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。发射功率和工作频率等工作参数可以很容易的通过6线I2C端口与单片机设定的端口所连接。本实用新型无线模块包括连接在发送单片机的发送模块A，连接在接收单片机的接收模块B，通过该无线通信方式实现了对两轮平衡车的参数调试。
[0019]单片机微处理模块采用的STC12C5A60S2系列单片机是宏晶科技生产的单时钟周期的单片机，是高速，低功耗，超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换，针对电机控制，强干扰场合。STC12C5A60S2单片机内部就自带高达60K FLASH ROM，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。而且STC系列单片机支持串口程序烧写。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了你的劳动成果。本设计采用两个STC12系列单片机一个作为发送ro值的发送机，另一个作为算法处理和中断搭载的接收机。
[0020]OLED显示模块，OLED即有机发光二极管。模块分辨率是128x64，内置了升压电路(0LED点亮显示8?14V的高压)和复位电路，所以只要3?5V电源输入电压即可。采用I2C或SPI总线通过，电路连接简洁。小体积带来小的功耗，只要3mA左右的电流就能让它显示内容，耗能非常小。MCU的控制方式如下:控制方式是OLED显示控制器与单片机系统中的某个并行I/O接口衔接，单片机通过对该I/O接口的操作间接地实现对OLED显示控制器的控制。这种控制方式在硬件电路上系统需要一个8位并行接口与OLED显示控制器的数据线连接，作为数据总线，还需要一个3位并行接口作为时序控制信号线RD，WR，RS或E，R/W，RS。这种控制方式的接口电路与时序无关。再有由于并行接口是专用于OLED显示控制器的接口，而且该并行接口自身在单片机系统中有相应的片选地址，所以OLED显示控制器的片选信号可以直接接地作选通态。
【主权项】
1.一种两轮自平衡车控制电路，其特征在于，包括MCU，以及MCU连接的通过电源驱动模块连接的电源模块、电机驱动模块，电机编码器模块，姿态检测模块、无线控制模块和OLED显示模块， 电源模块采用12 V的3600mhA可充电镍氢电池， 电机驱动模块采用TB6612FNG驱动器件， 电机编码器模块采用工作电压为12V，最大转速1000转/分的增量式编码器，该编码器作为两轮自平衡车的速度传感器， 姿态检测模块采用整合了3轴陀螺仪和3轴加速度计的6轴运动处理组件MPU6050， 无线控制模块采用单芯片无线收发芯片nRF24L01， MCU采用STC12C5A60S2系列单片机。
【文档编号】G05B19/042GK205594387SQ201620389230
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】张坤, 于志明, 刘雨青, 曹守启, 吴燕翔
【申请人】上海海洋大学