文章目錄
- 平衡板電路設計指南
- 一、功能分析
- 二、原理圖設計
- 三、PCB設計
- 四、程式設計
- 五、最終結果
平衡板電路設計指南
一、功能分析
使用 STM32F103RCT6 芯片作為主核心，搭配多個電子模塊設計一款測控系統，裝載于外賣箱結構上，實作外賣箱自平衡，在外賣箱里面有一個平臺，它會隨著外賣箱的顛簸而自動調節，保持平穩，具體實作采用了IMU模塊固定在平臺上，通過中央處理器實時讀取模塊的角度資訊，根據當前角度資訊與平衡時角度資訊的差值，帶入到平衡演算法當中，經過演算法計算，算出每一個舵機的調整值，再輸出到舵機上，舵機進行角度調整，讓平臺始終穩定在水平位置，實作防潑灑功能，本專案中使用各個模塊及其連接圖如下
實作平衡效果，整個系統需要的硬體組成如下：
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自制PCB
自制PCB使用STM32F103C8T6為主控芯片，設計外圍電路，將陀螺儀、按鍵、LED燈、PWM介面、ADC介面、電壓電路集成到一張PCB電路板上，為軟體運行提供穩定的硬體環境
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壓力傳感器
壓力傳感器使用壓敏電阻，經過運算放大電路放大電壓信號，方便PCB上的單片機讀取
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舵機
舵機為平衡板位置調整的執行單元，通過PWM精準驅動，維持系統角度平衡
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機械結構
機械結構使用亞克力做平衡板載體，安裝PCB電路板以及傳感器和舵機，使系統可以進行資料獲取以及位置調整
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電池
采用3S電池供電，電壓穩定，可充電，實作回圈使用
二、原理圖設計
原理圖設計：
三、PCB設計
電路布局：
PCB布線圖：
正面：
反面：
PCB三維模型：
四、程式設計
程式設計使用STM32CubeMX代碼生成軟體結合MDK IDE進行開發，在CubeMX中配置芯片外設以及FreeRTOS作業系統介面，CubeMX配置如下：
基于CubeMX生成的代碼，在MDK軟體中撰寫控制邏輯，使用多任務編程，撰寫出串口任務、LED和按鍵任務、ADC采樣任務、平衡任務，每個任務的實作功能如下：
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串口任務：串口任務使用到單片機的串口1和串口2，串口1用于接受成品陀螺儀模塊解算出的姿態角資料，獲取平衡板的角度狀態，便于帶入PID計算，串口2用于轉發串口1接受到的姿態資料，發送到后臺用于進一步處理
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LED和按鍵任務：LED和按鍵任務用于讀取按鍵的狀態以及顯示當前系統是否正常運行，按鍵按下后可以切換是否開啟平衡功能，LED周期性閃爍方便用戶確定系統是否正常運行
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ADC采樣任務：ADC采樣任務使用單片機的內置ADC外設，采集壓力傳感器回傳的電壓值，與我們設定的壓力值進行對比，當壓力大于設定值時，即認為檢測到重物，開啟板子的平衡功能
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平衡任務：平衡任務在獲取到姿態角的更新資訊后會對他進行PID演算法運算，并將得出的值輸出到PWM上，控制舵機進行姿態調整，維持板子的平衡
代碼流程圖如下：
五、最終結果
放一個舊版的硬體測驗視頻，看起來不明顯，但新版本的效果是非常好的，可惜最新版本的機器沒有拍視頻，機器不知道去哪了，大致了解一下即可
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