自动平衡车控制系统的制作方法

本发明涉及自动平衡车技术领域，尤其涉及一种自动平衡车控制系统。

背景技术：

自动平衡车又叫体感车、思维车、摄位车等，其运作原理主要是建立在一种被称为“动态稳定”的基本原理上，也就是车辆本身的自动平衡能力，利用车体内部的陀螺仪和加速度传感器，来检测车体姿态的变化，并利用伺服控制系统，精确地驱动电机进行相应的调整，以保持系统的平衡来达到平衡的效果，陀螺仪检测人的重心的变化，通过单片机的快速运算后驱动电机使得平衡车前进或者后退，配合方向的计算实现转弯，然而现有的平衡车的控制系统运行状态不稳定，故障率较高，而且操控时的准确度和灵敏度都不高，容易发生跑偏，导致用户体验不佳。

技术实现要素：

本发明针对现有平衡车运行不稳定，操控的准确度和灵敏度不佳，用户体验不佳的问题，提供一种自动平衡车控制系统来解决上述问题。

为实现所述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种自动平衡车控制系统，包括主控制器、电机驱动电路、陀螺仪电路、显示电路和电源；

所述电机驱动电路、陀螺仪电路、显示电路分别与主控制器连接；

所述电源包括电源电路和电压转换电路，所述电源电路与电机驱动电路连接，所述电压转换电路分别与主控制器、陀螺仪电路和显示电路连接；

所述主控制器为stm32主控制器；

所述stm32主控制器的io接口分别连接编码模块和超声波模块；所述stm32主控制器的usart1接口连接串口调试电路，stm32主控制器的usart2接口连接蓝牙模块，所述蓝牙模块与智能终端无线连接；所述智能终端包括手机app；stm32主控制器的usart3接口连接按键输入模块；所述串口调试电路和按键输入模块与人机交互界面连接；

所述蓝牙模块，用于与智能终端实现蓝牙通信。

进一步地，所述电机驱动电路包括电机和电机驱动器，所述电机驱动器采用l298p驱动芯片，所述l298p驱动芯片内部包括集成的双h桥驱动电路。

进一步地，所述陀螺仪电路采用mpu6050芯片连接，用于采集重力和加速度数据。

进一步地，所述显示电路为oled显示电路。

进一步地，所述电源电路，用于将输入的直流电转换为5v的直流电，并供给电机驱动器；

所述电压转换电路，用于将从电源电路输出的5v的直流电转换为3.3v的直流电，并供给主控制器、陀螺仪电路和显示电路；

所述电源电路包括mp2359转换芯片，电源输入端连接二极管d11的正极，二极管d11的负极与mp2359转换芯片的电源输入电压引脚相连接、二极管d11的负极同时连接电阻r6后连接mp2359转换芯片的使能端，mp2359转换芯片的开关引脚连接电感l2后，与电阻r5相连并接入mp2359转换芯片的反馈引脚；所述电阻r5与电容c18并联，所述电感l2为4.7uh，电阻r6为100kω，电阻r5为73kω，电容c18为15pf。

所述电压转换电路采用ams1117-3.3稳压器，5v的直流电通过连接二极管d1的正极，二极管d1的负极连接ams1117-3.3的输入端，ams1117-3.3的，两个输出端短接后并联电解电容c5和电容c4，电容电解电容c5和电容c4另一端接地；ams1117-3.3的输出端输出3.3v的直流电。

进一步地，所述编码模块采用霍尔编码器。

进一步地，所述串口调试电路通过usb转串口芯片与stm32主控制器连接；所述usb转串口芯片为ch340g芯片。

进一步地，还包括光耦隔离电路，所述光耦隔离电路一端与主控制器连接、另一端与电机驱动电路连接，用于将电流较大的电机驱动芯片l298p与stm32主控制器完全隔离。

本发明的有益效果是：

1.本发明自动平衡车控制系统，主控制器具有pid控制的stm32主控制器，拥有72mhz主频和高速运算内核的同时，又不浪费过多剩余的io，将单片机大部分的外设充分使用，达到最高的性价比；电源电路采用cmos技术的第三代dc-dc电压转换芯片mp2359，其内部振荡频率达到1.4mhz，在电感量4.7uh就能正常工作，其封装可采用sot23-6，对pcb占用面积小，输入电压范围4.5-24v，最大输出电流1.2a，对于12v供电的平衡车控制系统供电绰绰有余，从而保证充足良好的电源系统；电机驱动电路采用l298p驱动芯片，采用power-so20封装，节省pcb的尺寸，避免了电机驱动体积过高过大，集成了双h桥驱动，并可承受100khz的pwm调速，提高系统的稳定性；陀螺仪电路采用mpu6050芯片，采用4*4*0.9的qfn封装整合三轴加速度和三轴陀螺仪，可准确的追踪快速的动作，内部拥有一个硬件dmp能将陀螺仪电路的数据进行滤波整定输出，并采用i²c总线将数据传输给单片机处理，有效的提高系统的抗干扰能力和数据传输的实时性；串口调试电路采用集成usb转串口芯片ch340g作为驱动芯片，连接电脑的串口调试电路，方便对小车进行参数调试和观察。

2.本发明自动平衡车控制系统，通过陀螺仪电路、编码模块、超声波模块采集平衡车的重力、加速度、距离等数据，用主控制器对数据进行姿态反馈，算法输出，用电机驱动电路作输出控制，形成完整的闭环控制系统，然后可以通过软件实现陀螺仪电路数据流的接收，进行融合、姿态解析，并分析编码模块计算速度，使用pid控制算法平滑地控制电机输出，调整姿态，从而提高平衡车整体的实时性与稳定性。

附图说明

图1是本发明自动平衡车控制系统的结构示意图。

图2是本发明自动平衡车控制系统的主控制器stm32c8t6单片机的电路示意图。

图3是本发明自动平衡车控制系统的mp2359电源电路示意图。

图4是本发明自动平衡车控制系统的电压转换电路示意图。

图5是本发明自动平衡车控制系统的电机驱动电路l298p芯片的连接示意图。

图6是本发明自动平衡车控制系统的陀螺仪电路mpu6050芯片的连接示意图。

图7是本发明自动平衡车控制系统的串口调试电路usb转串口芯片ch340g的电路连接示意图。

附图中标号为：1为主控制器、2为电源、3为电机驱动电路、4为显示电路、5为陀螺仪电路、6为编码模块、7为超声波模块、8为按键输入模块、9为蓝牙模块、10为串口调试电路、11为人机交互界面、12为智能终端。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

实施例1：如图1所示，一种自动平衡车控制系统，包括主控制器1、电机驱动电路3、陀螺仪电路5、显示电路4和电源2；

所述电机驱动电路3、陀螺仪电路5、显示电路4分别与主控制器1连接；

所述电源2包括电源电路和电压转换电路，所述电源电路与电机驱动电路3连接，所述电压转换电路分别与主控制器1、陀螺仪电路5和显示电路连接；

所述主控制器1为stm32主控制器；

所述stm32主控制器的io接口分别连接编码模块6和超声波模块7；所述stm32主控制器的usart1接口连接串口调试电路10，stm32主控制器的usart2接口连接蓝牙模块9，所述蓝牙模块9与智能终端12无线连接；所述智能终端12包括手机app；stm32主控制器的usart3接口连接按键输入模块8；所述串口调试电路10和按键输入模块8与人机交互界面11连接；

所述蓝牙模块9，用于与智能终端12实现蓝牙通信。

进一步地，所述电机驱动电路3包括电机和电机驱动器，所述电机驱动器采用l298p驱动芯片，所述l298p驱动芯片内部包括集成的双h桥驱动电路。

进一步地，所述陀螺仪电路5采用mpu6050芯片连接，用于采集重力和加速度数据。

进一步地，所述显示电路4为oled显示电路。

进一步地，所述电源电路，用于将输入的直流电转换为5v的直流电，并供给电机驱动器；

所述电压转换电路，用于将从电源电路输出的5v的直流电转换为3.3v的直流电，并供给主控制器1、陀螺仪电路5和显示电路4；

如图3所示，所述电源电路包括mp2359转换芯片，电源输入端连接二极管d11的正极，二极管d11的负极与mp2359转换芯片的电源输入电压引脚相连接、二极管d11的负极同时连接电阻r6后连接mp2359转换芯片的使能端，mp2359转换芯片的开关引脚连接电感l2后，与电阻r5相连并接入mp2359转换芯片的反馈引脚；所述电阻r5与电容c18并联，所述电感l2为4.7uh，电阻r6为100kω，电阻r5为73kω，电容c18为15pf。

如图4所示，所述电压转换电路采用ams1117-3.3稳压器，5v的直流电通过连接二极管d1的正极，二极管d1的负极连接ams1117-3.3的输入端，ams1117-3.3的，两个输出端短接后并联电解电容c5和电容c4，电容电解电容c5和电容c4另一端接地；ams1117-3.3的输出端输出3.3v的直流电。

进一步地，所述编码模块6采用霍尔编码器。

进一步地，所述串口调试电路10通过usb转串口芯片与stm32主控制器连接；所述usb转串口芯片为ch340g芯片。

进一步地，还包括光耦隔离电路，所述光耦隔离电路一端与主控制器1连接、另一端与电机驱动电路3连接，用于将电流较大的电机驱动芯片l298p与stm32主控制器完全隔离。

作为一种可实施方式，本系统的主控制器1采用cortex-m3内核lqfp48脚封装的stm32c8t6单片机，拥有72mhz主频和高速运算内核；主控制器1主要由stm32c8t6单片机、复位电路、晶振电路、程序下载接口电路组成；晶振为16mhz，该主控制电路的i/0分配及其他模块的情况，如图2所示。

如图5所示，所述电机驱动器采用l298p驱动芯片，所述l298p驱动芯片内部包括集成的双h桥驱动电路；可承受100khz的pwm调速，单桥最大输出电流2a，最大电流4a；

如图6所示，采用mpu6050芯片连接的陀螺仪电路5，mpu6050的sda、scl引脚分别连接stm32c8t6单片机的pb9、pb8引脚；mpu6050的sda、scl引脚连接电阻r7、r8，电阻r7、r8均为10kω；mpu6050的int引脚连接stm32c8t6单片机的的pb5引脚；mpu6050的vdd接口一端连接3.3v电源，另一端通过电容c26接地；采用4*4*0.9的qfn封装整合三轴加速度和三轴陀螺仪，准确的追踪快速的动作，内部拥有一个硬件dmp能将陀螺仪电路的数据进行滤波整定输出，并采用i²c总线将数据传输给stm32c8t6单片机处理，有效的提高系统的抗干扰能力和数据传输的实时性。

如图7所示，所述串口调试电路10通过usb转串口芯片与stm32主控制器连接；所述usb转串口芯片为ch340g芯片；ch340g芯片的txd、rxd接口与stm32c8t6单片机的txd、rxd接口连接；ch340g芯片的vcc端通过usb接口供电，且并联连接电容c1和电容c2；ch340g芯片的d+和d-与usb接口的d+和d-端口连接；ch340g芯片的xi和xo接口分别连接电容c6和电容c7，所述电容c6和电容c7之间并联12.288mhz的晶振y1。

实施列2：与实施例1公开的一种自动平衡车控制系统结构基本相同，不同之处在于，在本实施例中一种自动平衡车控制系统，还包括光耦隔离电路，所述光耦隔离电路一端与主控制器1连接、另一端与电机驱动电路3连接，用于将电流较大的电机驱动芯片l298p与stm32主控制器完全隔离。

本发明一种动平衡车控制系统，通过陀螺仪电路5中的三轴加速度和三轴陀螺仪，实现对平衡车准确的追踪快速的动作，内部拥有的硬件dmp能将陀螺仪的数据进行滤波整定输出，编码模块6进行编码，并采用i²c总线将数据传输给stm32c8t6单片机处理，同时stm32c8t6单片机对电机驱动器下达指令，带动电机的工作；通过超声波模块7实现对障碍物的判断，通过单片机处理后以控制电机的转动；同时能通过手机app及人机交互界面11与主控制器1的蓝牙连接实现对自动平衡车按键输入及串口调试等功能。

以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，并非限制本发明的实施范围，故凡依本发明专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围。