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。
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