平衡车设计

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平衡车设计

2024-07-13 07:02| 来源: 网络整理| 查看: 265

  在本文开始之前我忍不住想吐槽一个事情,就在前两天晚上,我满意地装完平衡车,给他取了个名字叫瓦力(没错,就是机器人总动员里的瓦力),他长这个样子。

瓦力

  把他放到桌子上放了一夜,第二天早上起来拿起来看了一眼,准备一会儿把他放到手提袋里带走调试,甚至晚上还给他发了条说说说马上就要站起来了,结果就在我走出卧室门上厕所的那一小段时间里,瓦力!没错,就是他!竟然从桌子上掉下来了!亚克力板的四边全部摔断,甚至连主控引脚都摔歪了,没人知道他是怎么从桌子上掉下来的,没人知道,哎~总结一下,下次一定把自己的平衡车放到一个安全的位置叭,防止类似的惨案再次发生。

文章目录 一、基本功能二、硬件选型三、原理图设计四、PCB设计五、器件详细介绍5.1 DC-DC电源插头5.2 自锁开关 六、制板文件获取

一、基本功能

  作为一辆合格的平衡车,核心功能肯定是能做到平衡,也就是能够保持不栽跟头,即使有外力影响也能及时调整姿势。

  除了基本的平衡功能外,还为平衡车提供了一些可扩展的功能

OLED模块,用来显示调试信息、故障信息和运行信息;蓝牙模块,用来实现蓝牙遥控;超声波测距模块,用来实现超声波避障功能;

  除了上述内容,本设计利用霍尔编码器来检测转速,实现速度的闭环控制,使得整个控制系统更加稳定。

二、硬件选型

  讨论完基本功能,下面我们来讨论一下硬件选型,其中包括电源部分(电源、降压模块、电源开关)、模块部分(角度传感器、蓝牙模块、显示模块、超声波模块)、主控部分和整体车身以及电机和电机驱动模块。

模块选型电源选择带有圆形插头的两节18650电池加电池盒电源开关选择自锁开关降压模块5V降压模块角度传感器MPU6050蓝牙模块HC-05显示模块四针OLED超声波模块HC-SR04主控STM32F103C8T6车身及电机车身及电机选择购买成套的,电机7.4V供电驱动模块TB6612

  除了上述一些模块外,还需要准备排母、电源插头等物品,这里就不再一一列举了。

三、原理图设计

  原理图设计需要考虑的关键点在于引脚的分配,这里列举一下引脚分配

引脚功能PA6SCL(OLED)PA7SDA(OLED)PB6SCL(MPU6050)PB7SDA(MPU6050)PB0电机M1霍尔编码器A相PB1电机M2霍尔编码器A相PA9TX(HC-05)PA10RX(HC-05)PA0PWMA(TB6612)PA1PWMB(TB6612)PA2AIN1(TB6612)PA3AIN2(TB6612)PA4BIN1(TB6612)PA5BIN2(TB6612)PB8Trig(HC-SR04)PB9Echo(HC-SR04)

  除了上述描述的,TB6612的AO引脚控制电机M1,BO控制电机M2,原理图如下图所示。

原理图

  绘制原理图时除了引脚分配外,(针对我这个小白来说)比较容易出错的是电源插头和自锁开关部分的原理图设计,下面会有一章节着重介绍。

四、PCB设计

  设计完了原理图,接下来就是设计PCB,设计PCB主要就是布局和布线,博主属于是硬件小白,大概总结一下重点内容

电源和地线尽量加宽,可使用15mil宽的线,其他的线可以选择10mil;注意布局,防止出现模块互相贴的太近导致无法插入的情况;注意开固定孔时的孔径,经过测试,M3的尼龙柱或者铜柱开孔时孔直径设置为3.2mm比较合适;注意固定孔间距,防止固定孔间距与平衡车底板不符导致无法固定;尽量将每一个模块的引脚都加上丝印标注,方便后续实物调试时插接模块;注意不要忘记铺铜;

  除了上述介绍的内容外就是一些老生常谈的问题,比如走线尽量不要走直角和锐角这种,这里就不再详细介绍了,觉得自己手动布线比较麻烦的可以选择直接自动布线,博主这里就选择的自动布线。

  由于博主属于是硬件小白,如果有大佬觉得任何地方描述存在问题,欢迎批评指正。

  最终的3D视图如下

3D视图

五、器件详细介绍

  由于博主在绘制原理图时有两个小器件的电路绘制错误,所以这里着重介绍一下,介绍时请忽略博主潦草的画风,大佬可以直接划走。

5.1 DC-DC电源插头

  首先看一下它的物理外观对应的引脚作用

DC-DC插头物理外观

引脚编号引脚功能1电源正极2电源负极静触点3电源负极动触点

  未插入时,2和3连通,插入时三个引脚均为接通,1为电源正极,3为电源负极。

  然后我们再看看它的原理图,引脚功能顺序与物理外观相同

DC-DC插头原理图

5.2 自锁开关

  还是先来看一下他的物理外观

  正面的小标记有可能是博主买的自锁开关独有的,别的不太清楚。

自锁开关物理外观

  对应物理外观,我们来看一下它的引脚。

常开状态下1、2连通,4、5连通;常闭状态下2、3连通,5、6连通;

  下面我们来看一下原理图画法(引脚连通规律与物理外观对应)

自锁开关原理图

六、制板文件获取

  最后给大家奉上平衡车转接板的制板文件,祝大家一切顺利!

链接:https://pan.baidu.com/s/1ATYMkfE8rbZlQawqcESlmA 提取码:bpl6 –来自百度网盘超级会员V4的分享

2024.06.19补充:本文设计的PCB有一些未考虑到的点,所以后续更改为了(上),接着会有一篇(下)会针对一些点进行优化调整,也会给出优化的理由。



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