标题: [开源造车]51单片机两轮自平衡小车原理图设计简介 [打印本页]
作者: 喵大 时间: 2015-11-3 22:12
标题: [开源造车]51单片机两轮自平衡小车原理图设计简介
本帖最后由 喵大 于 2015-11-4 11:15 编辑
往后，喵呜实验室成员会陆续在坛子里和大伙分享关于设计51单片机两轮自平衡小车硬件和软件的设计心得和经验。
那么，今天我们就来看看喵呜实验室两轮自平衡小车的硬件组成吧。
喵呜实验室两轮自平衡小车硬件组成:
- 主控：(STC)IAP15W4K61S4（增强型51单片机，和STC89C51一样简单易用）
- 姿态传感器：MPU6050（3轴加速度+3轴角速度）
- 无线通信协议： 蓝牙2.1/蓝牙4.0双模透传（预留NRF24L01+接口)
- 有线通信协议：CP2102（USB转串口）
- 电机驱动：MC33186
- 外部接口: Mirco-USB接口
- 电机：GB37减速电机（DC12V，减速比30，转速365RPM）
- 车轮：65mm
- 电池：1300mAh 25c锂电池
单片机最小系统单片机选择宏晶公司IAP15W4K61S4，它体积小（ LQFP48），工作电压宽（2.5V-5.5V ），具有丰富的外设模块，非常适合控制车模运行。
它的主要外设包括：
- PWM ：6路15位硬件PWM+2路CCP的16位；
- UART：4组；
- ADC：8路10位高速ADC；
- 定时器：共7个定时器，5个16位可重装载定时器/计数器,2路CCP还可再实现2个定时器；
- IO口：最多提供62个GPIO；
此外，IAP15W4K61S4内部还集成了时钟电路、内部高可靠复位电路以及看门狗电路等。
内部存储器资源包括： 61k程序Flash， 4kSRAM。
由于该单片机内已经包含了时钟和复位电路，所以单片机的最小系统电路非常简洁。如图所示。
系统电源喵呜ISO采用的是航模锂电池，电池组充满电压为12.6V。而系统部分芯片需要5V供电，部分芯片需要3.3V供电，所以需要电源转换电路。喵呜ISO采用的是芯片LM2596-5.0和ASM1117-3.3，电路如下：
姿态传感器喵呜ISO采用的是最常用的MPU6050陀螺仪加速度计一体芯片，成本不超过20元，对两轮自平衡小车来说，它的精度和性能绰绰有余了，MPU6050在这个价位里面几乎是占有绝对的性价比优势。首先，它将陀螺仪和加速计整合在一个片上，通过IIC总线给出六个维度的ADC值；其次，芯片本身提供一个“从”IIC接口，供用户接第三方的IIC器件，一般选择是接一个电子罗盘，如HMC5883L，构成一个9轴的输出的姿态模组，现在MPU9150已经丧心病狂的把电子罗盘功能也整合在片上了，但是要买60+元；最后，这颗芯片内部集成了一个DMP（Digital Motion Processor）处理器，这是最让我爱不释手夜不能寐的一个功能，直接硬件解算四元数，从某种程度上说解放了20%的主控资源。
电机驱动电路由于车模具有两个后轮驱动电机，因此需要两组电机驱动桥电路。喵呜ISO选用两片飞思卡尔公司专用电机驱动芯片 MC33186 组成了电机驱动电路。
因此每一路电机为了能够实现正反转，都需要两个PWM信号。两个电机总共需要4路PWM信号。
USB-Serial协议转换因为考虑到不是每个同学手上都有USB-TTL下载模块的，而且市面上的USB-TTL模块质量参差不齐,质量差的还会导致电脑蓝屏，于是，Openmiaow板载USB-TTL下载电路，通过一根安卓手机标配的MicroUSB线，就可以轻易简单地对喵呜ISO进行固件更新和调试参数。如此简单的操作步骤，想来随便从大街拉一个路人过来应该都可以完成。
蓝牙透传模块为了让喵呜ISO能跟上智能机泛滥的步伐，同时也是为了增加它的适应性和降低成本的考虑，我们在原来的基础上增加了蓝牙透传模块，硬件焊盘上兼容蓝牙2.1和蓝牙4.0 BLE技术。就是说，同样一个喵呜ISO的裸PCB板，可以选择焊接蓝牙2.1和蓝牙BLE的模块。
蓝牙协议是很复杂的，要想去接触并试图一步一步的写出来，在我现有的时间下，几乎不太可能了。而将蓝牙透明传输成串口，这就很好的将喵呜ISO与安卓设备对接了，可以直接在安卓设备上面开发遥控app或者上位机。这想想也有点小激动呢，于是，我们真的这么干了，也成功了。
喵呜ISO的主要硬件介绍到这里就告一段落了，笔者刚结束学生时代，工程经验十分有限，硬件设计过程中肯定许多有不足和漏洞，希望广大读者指正，我们一定会积极接受意见并作出修订，希望把喵呜ISO做得更加完善，更加稳定，给这片土地上的广大爱好者提供丰富的资料和开发经验。
作者: 腾飞的龙 时间: 2015-11-6 13:41
好贴，强顶，希望继续！
作者: happinessxiao 时间: 2015-12-21 14:03
PCB文件可否公开？
作者: 八只脚 时间: 2016-3-5 22:10
pcb文件什么的不是都是自己在草稿纸上画出来，自己连的吗，做出来一个用手机蓝牙控制的平衡小车，算上零部件和邮费大概花了180块
作者: zhanghaoda 时间: 2016-4-4 09:59
怎么看不到图片呢？ 我想做一个这样的小车， 在哪买零件？ 能把原理图发我一份吗？４３１４１８２０＠qq.com
作者: 喵大 时间: 2016-4-5 20:42
zhanghaoda 发表于 2016-4-4 09:59
怎么看不到图片呢？ 我想做一个这样的小车， 在哪买零件？ 能把原理图发我一份吗？４３１４１８２０＠q ...
祥见 喵呜实验室官网miaowlabs.com
作者: 18867712671 时间: 2018-8-20 12:05
你好 可以看下基本原理么
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