【8】蓝牙遥控平衡小车V2

lb8820265

【8】蓝牙遥控平衡小车V2 [复制链接]

本帖最后由 lb8820265 于 2022-1-29 22:06 编辑

先上视频：

小车没有用到什么高深的技术和算法，全部开源，包括PCB源文件，STM32源文件，Android端源文件，物料采购推荐，所有文件在帖子最后都有下载。大家只需要购买好相关的物料，打板焊接好烧录程序即可，建了个QQ群：187045895，欢迎加入。

小车使用的是FreeRTOS操作系统，并配合FatFs。这里讲解下硬件，代码结构和相关功能的实现。

硬件：

小车主要是由一块小钢炮开发板、一块PCB板、一块STA350BW语音板、三个舵机、小车支架组成，相关物料帖子最后有下载，舵机粘在了面板上，将语音板粘在舵机上，喇叭粘在语音板上，所有的接线全是用细线焊接出来的，实在是不好看呢。其中还需要将LED灯拆下，因为语音的IIC使用的是PB3与PB10，并没有使用板子留出的IIC，PB3正好是LED灯的接口，IIC这里需要注意加一个上拉电阻，不加也可以，不过偶尔会出现干扰的情况。

注意：上面的电源模块需要先调好5V电压然后才焊接上去。如果没有使用舵机和语音那么下面的6V电压模块就可以不焊接了。

主要文件：

STM32端源码使用KEIL5打开，主要文件及功能如下：

文件	功能
app.c	初始化，任务创建，蓝牙接收与发送
outputdate.c	配合VisualScope软件查看波形
function.c	相关的功能函数，包括初始化，各种检测，PWM输出等
ffconf.h	FatFs文件系统的配置文件
FreeRTOSConfig.h	FreeRTOS操作系统配置文件
imu_sensor_fusion_9-axis.c	一些姿态解算算法
control.c	小车控制算法
imu_sensor_fusion.c	一些姿态解算算法
waveplayer.c	音乐播放

代码运行流程：

整个代码分为两个部分，一个是被操作系统接管的部分，一个是独立与操作系统的部分。独立于操作系统的部分主要是用来控制小车直立，主要是出于实时性的考虑。被操作系统接管的部分，主要是为了享受操作系统带来的便利。

先来看看独立于操作系统的部分，这里主要是由两个中断驱动的，IMU配置为fifo模式，阈值设为6，开启中断，IIC使用DMA传输，开启中断。因此流程为IMU的fifo充满6个12位数据触发外部引脚中断，在中断函数中利用IIC的DMA读取，读取完进入IIC中断，中断函数中处理数据，并进行小车控制。这里的中断不想让操作系统接管，主要原因是为了增强实时性，同时也使得系统变得简单。

（Tips：IMU的IIC频率可以设置为1MHz，IMU的pulling模式读取数据需要将CTRL3_C寄存器中的BDU位置1，不然会有小概率出现错值）

操作系统部分，初始化函数在on_ready();都是直接初始化，蓝牙的初始化在有专门在初始化任务执行，这是因为蓝牙的初始化会有SPI引脚中断，而由于SPI是非可重入函数，这里做了互斥量所以这里SPI中断被操作系统接管了。任务包括：蓝牙接收任务，蓝牙发送任务，音乐播放任务（当无TF不会初始化），音乐播放控制任务（当无TF不会初始化），LED闪烁任务（当有TF时时不会初始化），电压发送函数，主函数任务，SPI中断任务，蓝牙初始化任务，任务的初始化后都有注释。以后也许还会有更多的任务。

蓝牙数据协议：

JUMA的蓝牙包将原本20字节的数据变成了1字节的type，1字节长度，18字节的数据。本协议中type发送与接收永远都是1，这里可以理解为数据帧头吧，然后长度的这一字节没有用到，怕不准，因为AndroidSDK发送是1字节type，后面接着数据，长度自动计算出来的，这个并不可靠。然后后面18个字节的数据，第一个字节是数据的ID，因为从APP发送过来的数据类型相当多（目前有7个），所以需要将数据都一一编号，这就是ID的作用了，除了数据ID有宏定义，还有数据的长度，这个主要是用来更加准确解码数据，中间的数据因为类型不同解码方式也不同，在宏定义处有解释，数据最后一位是CkeckSum。

小车控制：

控制采用的传统的PID控制，直立采用PD控制，解算出来的角度乘以P，然后直接用陀螺仪的值乘以D，速度采用PI控制，速度差乘以D，速度的积分乘以I，这里需要将积分限幅限得相当的小，不然前进时需要小车停止，小车会向前运行一段距离然后退回到之前需要停止的点。转向就是其中一个电机加上一定的PWM值，另一个电机减去相同量的PWM值。APP的转向控制分两种情况，一种是普通模式的转向控制，一种是朝向模式的转向，朝向模式就是APP虚拟摇杆的方向或者手机的姿态就是小车运行的方向，普通模式就是给定一个转向的速度一直不停的旋转。操作模式也分为两种，一种是使用摇杆，一种是使用手机的姿态，所以两两相乘就产生了四种控制模式。三个控制直接线性融合，其中速度和直立控制的周期不同，速度控制为50ms，其实速度是对直立控制的一种干扰，所以周期需要设置的长一些。

小车姿态解算：

小车使用了两个姿态解算，一个是使用6轴Mahony算法解算出Pitch，一个是9轴Mahony用来解算Yaw，这也就是为啥我会觉得小车没用啥高深的技术和算法的主要原因了，等小车硬件稳定后，会仔细研究姿态解算算法和控制算法。

PCB源文件：https://github.com/cannonrobot/Balance_Car_PCB

STM32端源代码：https://github.com/cannonrobot/Balance_Car_STM32/tree/v0.2.1

Android源文件：https://github.com/cannonrobot/Balance_Car_Android

小车物料与参考购买链接：

https://github.com/cannonrobot/Balance_Car_PCB/blob/master/%E5%B0%8F%E8%BD%A6%E7%89%A9%E6%96%99%E4%B8%8E%E5%8F%82%E8%80%83%E8%B4%AD%E4%B9%B0%E9%93%BE%E6%8E%A5.xlsx