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基于STM32的两轮自平衡小车(硬件+软件+设计说明等)

  • 基于STM32的两轮自平衡小车(硬件+软件+设计说明等)
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       本小车主控采用STM32F103ZET6,驱动模块为L298N,采用直流减速电机配高精度码盘测速,三层PID嵌套算法,MPU6050姿态传感器,内含两种自平衡算法,可使用红外遥控,可用无线NRF24L01以及蓝牙控制。

附件内容包括全套程序,原理图和PCB以及主要的材料采购清单等。

注意:由于时间原因,其中该平衡小车硬件部分PCB还没有layout,为半成品,使用的STM32F103ZET6成品主控。资料清单中已给出淘宝链接,不影响自主开发。

          此为电赛备赛期间制作完成,自主设计,欢迎大家一同交流学习,非诚勿扰。

小车视频演示:

星际娱乐场相关文件

星际娱乐场图文件
硬件.zip
描述:AD13绘制,半成品,PCB需自己完成绘制
源代码
程序.zip
描述:调试过程中全套程序源码,多种功能,可直接使用
其他文件
自平衡资料.zip
描述:包含拓展设计以及蓝牙包
教程
文档资料.zip
描述:包括制作清单,自己总结以及网上经典
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  • 基于新塘的M451两轮自平衡小车设计

    项目采用NuTiny-SDK-M451 开发板为核心,利用外加的MPU6050姿态传感器、L298N电机控制器、两轮电机和航模电池等核心模块构建两轮自平衡小车,利用M451的强大计算能力实时处理算法中的浮点数据运算,提高运算速度和精度,实现两轮小车的自动行走、加速、减速、转弯、静止等功能。 上电后通过mpu6500获取当前小车姿态,根据自稳定算法(小车向前倾倒时,需要控制小车向前加速,向后倾倒时,需要控制小车向后加速运动,从而动态控制小车直立平衡行走。由于工作上事情比较多,一直没有能完成手机蓝牙的无线通讯功能,很是遗憾,既然平台已经搭好了,后续我一定要把整个系统完成,再做分享。现将现有的资料分享出来,供大伙学习用。
    来自:智能车时间:2016-10-10 两轮小车 两轮自平衡小车 m451
  • 两轮自平衡小车资料

    很多同学都不清楚PID是个什么东西,因为很多不是自动化的学生。他们开口就要资料,要程序。这是明显的学习方法不对,起码,首先,你要理解PID是个什么东西。本文以通俗的理解,以小车纵向控制举例说明PID的一些理解。首先,为什么要做PID?由于外界原因,小车的实际速度有时不稳定,这是其一,要让小车以最快的时间达达到既定的目标速度,这是其二。速度控制系统是闭环,才能满足整个系统的稳定要求,必竟速度是系统参数之一,这是其三。(更多说明详见附件内容)附件内容包括L298N光耦电机驱动、九轴模块资料、PID调节控制灯附件内容截图:
  • 两轮自平衡小车(全部设计资料+设计分析)

    自己做的自平衡小车,基本达到预期效果。制作资料在压缩包里面,供参考。该两轮自平衡小车硬件设计概述:控制器:ATmega16;8MHz;加速度传感器:MMA2260;陀螺仪:EWTS82;传感器的融合:卡尔曼滤波;马达:EN_2342CR(速比64)+双路12脉冲编码器+CD40106对信号整形;驱动板芯片:CD4001+IR2111+IRF1404(驱动电流可以很大);图片(拍摄效果不佳),视频如下:小车实物图展示:设计分析:其实控制很简单,利用定时器产生10ms中断,每次中断进行如下工作:1:AD采样加速度传感器和陀螺仪,然后卡尔曼滤波得出角度与角速度;(滤波模块借鉴老外的)(互补滤波效果感觉不是很好);2:计算车轮的速度,积分得出位置;3:利用PD算法得出PWM值=K1*angle + K2*angle_dot + K3*speed + K4 * position;4:前进后退给定参考速度计算即可;注意:增量式轮速传感器A相中断,读取B相电位判断前进还是后退,在10ms的时间内累加,计算车轮的速度;由于10ms累加的轮速信号不多,直接计算车体会发抖,所以增加了低通滤波,解决问题;我在外面增加4个电位器可以手动调节4个K值,方便调试;附件的文件夹里面有matlab建模的资料,可以求出所需的4个K的值,(参考NXT的),大家可自行调试K值看看对车辆的影响;电机选取建议:由于考虑到减速器,而且带传感器。其实后面实践得知可以不要位置传感器,这样选择电机的空间就很大了,买便宜的;电机扭矩要大;说白了,功率要大;转动惯量大似乎的更稳定,所以不用空心杯的也许更好;减速比可以大一点,用较大的轮子;重心越靠下,抗扰性越强;但是可能会影响稳定性;购买的电机型号参考:算法: 常用计算方法有两种:互补滤波和卡尔曼滤波;都可以输出校正后的角度与角速度;我采用的是卡尔曼滤波,考虑到单片机的运算能力,是经过精简的,当然这些都是老外做的,关于卡尔曼滤波,我找了很多资料,详见附件内容。
  • 两轮自平衡小车全套资料分享

    硬件选择与方案设计:  胶枪、电转、电表等耐用品工具的价格不计算在内,下列原件总共花了我大概450元吧。无意给淘宝商家做广告,所以请大家自动略过图片中的商家logo。1. 控制板采用原子的STM32 MINI开发板,不带屏的话138元吧。遥控使用板上的红外接收器,当然理论上也可以使用板上的rf无线模块接口。2. 方位传感器采用iic接口的9轴模块,花了我88大洋。包括加速度、角速度、气压、地磁传感器,主要是考虑到以后别的用途,如果采用6轴模块的话,应该可以降到50元以内吧。  自平衡小车需要使用到1个角速度分量和2个加速度分量,通过融合滤波得到较为准确的小车倾斜角度值。查看网上几年前的小车,都是使用3个独立ic搭建的,而且还是使用模拟量输入;查找网上资料,现在都是集成ic,接口主要有spi和iic,而且还有中断输入。我买的这个模块只有iic接口,而且没有中断输出,iic接口,故只能采用周期性查询方式;加速度传感器采用的是ADXL345,角速度传感器采用L3G4200D,这两个ic的手册资料是比较齐全的,便于学习。3. 采用9v减速电机与铝合金支架、轮胎,指导价格98元。卖家给的资料有限,电机的参数不明,减速比都是自己测的。  经过实测,电机的减速比大概为150。感觉小车的力矩还是比较大的,但是反应速度不够快;采用减速比100的电机或是大轮胎,应该能够改善小车的动力性能。电机有两个电源输入端口,通过改变电压的正负极,可以改变电机的转动方向;通过改变驱动电压的大小,可以改变电机的转速。4. 电机驱动模块采用全隔离的L298N驱动板,抗干扰,30元。如果不是光耦隔离的话会便宜很多。卖家给的实物和照片不太一样,有一条pwm控制线5v有效,3.3v无效,说明商家卖出之前没完整的做过测试。我自己并了个电阻搞定了,也便没有跟卖家纠缠了。  模块有4个逻辑控制输入端口,接控制器的4个io口,控制2个电机的转向与停止;2个pwm输入,接控制器的pwm输出,控制2个电机的转速;1个逻辑电源输入接口,从stm32控制板上取电。驱动部分,2个电源输入端口,接聚合物锂电池,考虑到5v稳压模块从电池取电,减速电机又是9v的,建议采用9v以上的电池(我采用的是12v);4个驱动输出接2个减速电机的4个输入口。5. 电池采用12v 3000mah的聚合物锂电池,65大洋,不包括充电器的价格。恒定放电电流可达4A,瞬间可达40A。不知道用9v的电池可不可以,当时怕电压太小,所以就没有买。据说普通的电池不能用在小车上,因为电机的瞬间电流很大,普通电池无法提供。6. 逻辑星际娱乐场5V供电模块,采用LM2596降压模块从12v锂电池取电,6元。  该模块的输出电压可调,我调整到了5v输出。7. 测速码盘,1个18元。  为了省钱省地方,我只用了1个,有了这个就可以得到电机的速度反馈,再通过控制调整小车的速度、位置。小车的动力部分其实不一定要使用减速电机,而可以使用步进电机,这样就可以省掉编码器,而且控制性能更加良好。但这样带来的是需要采用专门的步进电机控制板,还有成本的攀升。不差钱的同志可以考虑采用步进电机方案。8. 铜柱、洞洞板、连接线等若干。
  • 基于STM32的两轮自平衡小车(硬件+软件+设计说明等)

    本小车主控采用STM32F103ZET6,驱动模块为L298N,采用直流减速电机配高精度码盘测速,三层PID嵌套算法,MPU6050姿态传感器,内含两种自平衡算法,可使用红外遥控,可用无线NRF24L01以及蓝牙控制。附件内容包括全套程序,原理图和PCB以及主要的材料采购清单等。注意:由于时间原因,其中该平衡小车硬件部分PCB还没有layout,为半成品,使用的STM32F103ZET6成品主控。资料清单中已给出淘宝链接,不影响自主开发。 此为电赛备赛期间制作完成,自主设计,欢迎大家一同交流学习,非诚勿扰。小车视频演示:

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小川儿

小川儿

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发布于 2015 年 07 月 13日
更新于 2017 年 01 月 13日
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