基于STM32F411的平衡车制作
基于STM32F411的平衡车制作
&先上视频一：设计目标&&&&&& 一直想做一台平衡车玩，但是怕自己能力不够一直不敢动手去做，中间不断的收集各种资料，吸取别人的经验，了解PID算法等等。正好大三结课比较早，感觉自己已经了解大概了就开始动手做。&平衡车成品图& &&&&&&& 先期的目标是使平衡车站立平稳，再就是使用2.4G遥控控制，最后添加其他的功能——自动巡航等等。&二硬件设计首先确定平衡车主控，因为是第一次制作平衡车，选一款熟悉的开发平台十分重要，本人对于STM32软件开发也比较熟悉，并且以前申请得到一个NUCLEOF411板，主频高达100MHz，集成SPI接口等，完全能够胜任平衡车的要求。&接下来是加速度陀螺仪传感器的选择，从价格开源方面来说MPU6050无疑是初次接触平衡车必选的模块，一块大概12元，经过测试，配合卡尔曼滤波得到的角度曲线还是比较好的。&因为贪便宜选择日本纳米奇（namiki)直流减速电机后来收到货才发现电机转速太慢，建议电机转速大一点的，不然到后来电机平衡常数不好调，而且小车的机动性能比较好。再来就是电机驱动板，看过不少平衡车的制作方案，有的用L298N，也有用TB6612的，但是作为TI的粉丝，个人感觉TI的电机驱动芯片做的相当好，作为个人DIY感谢TI的样片申请制度，为学生党省了不少钱。以前用过TI的集成无刷驱动芯片DRV11873做硬盘时钟，也没用过TI的有刷芯片，去他的官网果然有一款芯片非常适合我的设计方案——DRV8881，电路简单，驱动方式也十分方便。&因为DRV8881的背面有散热PAD，但是市面上买的TTSOP转接板基本没有散热块。所以我采用反面焊接的方式，你也可以加焊一根粗一点的铜线加大散热，不过TI的芯片一般发热极少。再来就是无线传输模块，因为在调试PID参数时，参数的整定是最耗时间的，基本都在几十次左右，如果通过重编译下载程序对于芯片的寿命也是一种影响，如果通过串口更改，线对于车的运动也会产生干扰。所以最好是通过无线传输进行PID整定。而且对于后续的遥控控制也必须采用无线传输。在以前的一个项目中使用过NRF24L01这个模块，对于它的传输机制也比较了解，故采用NRF24L01模块。&&再来就是电源的选择，看过其他方案的平衡车，一般采用12V3S航模电池，但是如果采用航模电池就得用特定的充电器，这样总的成本比较大，所以我采用DC-DC升压模块加移动电源，方便充电也容易维护。本方案采用双电源设计，原来使用一个12v电源，加7805降压给主控板，但是12v升压板的电源输出对光电编码器的影响比较大，所以采用双电源。而且在一次测试的过程中插错线把NUCLEO板给烧了（好伤心的说），这更加坚定了我使用双电源的决心。&&&&&& 以上就是主要的硬件部分，在制作过程主要注意以下几点，一.12V和5V电源分离并固定，做好防反接。二．做好引线的标记，防止接错。三．将各个模块固定结实，防止运动的时候脱落。以上都是惨痛的经验希望大家不要放同样的错误。&&三：软件设计&以下介绍一下编写平衡车的主要过程一MPU6050的DMP移植我采用的是平衡小车之家的DMP文件进行的移植。将红色框中的文件移到工程文件中，因为他的工程是基于103创建的，而我是f411所以要修改其中的头文件，延时函数，IIC接口时钟等等。对于在文件下的.h文件的包涵如果出现错误可以如下操作移植完成后发现的问题：如果按照原来文件中的读法利用void Read_DMP(void)这个函数在main函数中读取角度，加速度会存在尖峰。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&加速度（visualscope）&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&角度（visualscope）而如果将MPU6050的INT脚引出利用中断读取就不会出现尖峰。但是读取的角度的波形不如采用定时器读取时平滑，这我一直没搞懂，因为采用外部中断读取的频率大概也在200Hz左右但是读取的角度在PD直立环时存在很大的延迟，反应非常慢。车的抖动非常大。所以我采用他给出的第二个方案——void Get_Angle(u8 way)这个函数进行读取加速度和角度。取得了不错的效果。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&角速度（visualscope）&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&角度（visualscope）二2.4G无线传输&& 无线传输发送模块采用51单片机，电脑将PID参数发送到51单片机，51单片机通过一定的协议发送给STM32进行处理。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&两个字节&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&功能&&|&&&&&&&&& 8个字节的有效数据&&&&&&&&&&&&| CRC校验&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&共11个字节三电机编码器&&&&&& 因为STM32集成编码器电路，通过简单的设置就可以使用。void EncoderConfig(void){&TIM_TimeBaseInitTypeDef& TIM_TimeBaseS& TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitS& GPIO_InitTypeDef GPIO_InitS//& NVIC_InitTypeDef NVIC_InitS& &//TIM3 clock& RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);&&& & RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOC , ENABLE);&&//TIM4 clock&RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE);&&& & RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB , ENABLE);& & &//TIM3 GPIO&GPIO_PinAFConfig(GPIOC,GPIO_PinSource6,GPIO_AF_TIM3);&GPIO_PinAFConfig(GPIOC,GPIO_PinSource7,GPIO_AF_TIM3);&&GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;& GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;&GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;& GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);&&//TIM4 GPIO&GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource6,GPIO_AF_TIM4);&GPIO_PinAFConfig(GPIOB,GPIO_PinSource7,GPIO_AF_TIM4);&GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;& GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;&GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;& GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);&&/* Timer3 configuration in Encoder mode */&&&&& TIM_DeInit(TIM3);& TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);& & TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =0;& & TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 8000; & TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;& & TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;& TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);&& TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM3, TIM_EncoderMode_TI12,&&&&&&&&&&&&&& TIM_ICPolarity_Rising, TIM_ICPolarity_Rising);&& & TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);&TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter =0; //&TIM_ICInitStructure.TIM_Channel=TIM_Channel_1|TIM_Channel_2; & TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);& &// Clear all pending interrupts//& TIM_ClearFlag(TIM3, TIM_FLAG_Update);//& TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update, DISABLE);& //Reset counter& TIM_SetCounter(TIM3,5000);& TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); && /* Timer4 configuration in Encoder mode */&&&&& TIM_DeInit(TIM4);&&&&&&&&& & TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);& & TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =0;& & TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 8000; & TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;& & TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;& TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure);&& TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM4, TIM_EncoderMode_TI12,&&&&&&&&&&&&&& TIM_ICPolarity_Rising, TIM_ICPolarity_Rising);&& & TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);&TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter =0; //&TIM_ICInitStructure.TIM_Channel=TIM_Channel_1|TIM_Channel_2; & TIM_ICInit(TIM4, &TIM_ICInitStructure);& &// Clear all pending interrupts//& TIM_ClearFlag(TIM4, TIM_FLAG_Update);//& TIM_ITConfig(TIM4, TIM_IT_Update, DISABLE);& //Reset counter& TIM_SetCounter(TIM4,5000);& TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);& }四PID算法编写一直立环PD&/**************************************************************************函数功能：直立PD控制入口参数：角度、角速度返回& 值：直立控制PWM作&&& 者：平衡小车之家**************************************************************************/int16_t balance(float Angle,float Gyro){& && float B& int16_& Bias=Angle+0;&&&&&&&&&&&&& //===求出平衡的角度中值 和机械相关 +0意味着身重中心在0度附近 如果身重中心在5度附近 那就应该减去5& balance=140*Bias+Gyro*0.9;//===计算平衡控制的电机PWM& PD控制 215& 0.75&}&二速度环PI环&/**************************************************************************函数功能：速度PI控制入口参数返回& 值：速度控制PWM**************************************************************************/int16_t velocity(void){& &&int16_t Encoder_Least,V&int8_t M&& //=============遥控前进后退部分=======================//&&if(Qian_Flag==1)&Movement=50;&&&&&&&&&&&&& //===如果前进标志位置1 位移为&&else if(Hou_Flag==1)&& Movement=-50;&&&&&&&&& //===如果后退标志位置1 位移&& else& Movement=0;&& //=============速度PI控制器======================//&&&Encoder_Least =Encoder_Left+Encoder_R&&&& //===获取最新速度偏差//&printf(&Encoder=%d\n&,Encoder);//&&Encoder *= 0.8;&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& //===一阶低通滤波器&&&&&& //&&Encoder += Encoder_L&&&&&&&&&&&&&&&&& //===一阶低通滤波器&&& & &Encoder_Integral +=Encoder_L&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& //===积分出位移 积分时间：10ms&&Encoder_Integral+=M&//防止站立抖动&if(Encoder_Least&3&&Encoder_Least&-3&&Movement==0)&{&&Encoder_Least=0;&}//&t++;//&if(t&10)//&{//&&printf(&Encoder_Integral=%d,Encoder_Least=%d\n&,Encoder_Integral,Encoder_Least);//&&t=0;//&}//&&printf(&Encoder_Left=%d,Encoder_Right=%d\n&,Encoder_Left,Encoder_Right);&&if(Encoder_Integral&1700)& &Encoder_Integral=1700;&&&&&&&&& //===积分限幅&&if(Encoder_Integral&-1700)&Encoder_Integral=-1700;&&&&&&&& //===积分限幅&&&Velocity=Encoder_Least*120+Encoder_Integral*0.9;&&&&&&&&&&&&& //===速度PI控制器&&& return V}&三转向PID环&/**************************************************************************函数功能：转向PID控制入口参数：返回& 值：转向控制PWM作&&& 者：**************************************************************************/int16_t TurnBalance(void){&int16_t Encoder_Diff,Turn_PWM;&int8_t Turn_M&if(Zuo_Flag==1)&Turn_Move=20;&&&&&&&&&&&&& //===如果前进标志位置1 位移为负&else if(You_Flag==1)&& Turn_Move=-20;&&&&&&&&& //===如果后退标志位置1 位移为正&else Turn_Move=0;&Encoder_Diff=Encoder_Left-Encoder_R&Encoder_Diff_Integral+=Encoder_D&Encoder_Diff_Integral+=Turn_M//&t++;//&if(t&10)//&{//&&printf(&Encoder_Diff_Integral=%d,Encoder_Diff=%d\n&,Encoder_Diff_Integral,Encoder_Diff);//&&t=0;//&}&&if(Encoder_Diff_Integral&2500)& &Encoder_Diff_Integral=2500;&&&&&&&&& //===积分限幅&if(Encoder_Diff_Integral&-2500)&&Encoder_Diff_Integral=-2500;&&&&&&&& //===积分限幅&&Turn_PWM=Encoder_Diff*100+Encoder_Diff_Integral*0.9-Gyro_Turn*0.75;&return Turn_PWM;}&&&&
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STM32F4的ADC如何校准？
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使用STM32F417VGT的ADC测量同一个模拟电压值（比如557.8mV），每次复位后的测量值不一致，有时为554~556mV，有时为557~559mV。之前使用STM32F107ADC开始转换之前可以校准一下，为什么STM32F4没有这个功能呢？这个问题该如何解决？
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AD测量的数据本来就有偏差，如果分辨率越高，则偏差越小。你可以换个大分辨率的adc芯片
估计是取消了。
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AD测量的数据本来就有偏差，如果分辨率越高，则偏差越小。你可以换个大分辨率的adc芯片
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我之前使用过STM32F107试过，ADC数据很稳，而且使用前还可以先校准一下。选芯片的时候考虑到STM32F4的168M速率，选了stm32F417，数据波动较大，后来尝试加滤波电容，然后软件滤波取平均值总算好了一下，但是却发现4系列的ADC没有校准功能，寄存器和1系列都一致，但是那两个校准控制位编程无效了，这是怎么回事？
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估计是取消了。
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每次复位后的测量值不一致，这个问题该如何解决？有没有人用过STM32F4的ADC，测量效果怎么样?
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Vref外接参考电压2.000V没问题吧？
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本帖最后由 PowerSource 于
16:37 编辑
STM32F4的ADC软件校准应该是取消了，手册里面应该说明一下（也可能我没看到..）。估计这个取消只是为了软件编程更简洁一些吧！显然，要使用ADC，对1系列而言，总是需要先校准，那么不如ADC使能后自动完成校准。猜测而已，希望能得到确认！
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基于STM32F407ZG的驱动1602液晶的程序
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stm32F4操作1602液晶的程序，讲述了如何实时的控制1602的显示，操作的好，可以显示各种数据，之前我用GPS模块就可以显示出地理坐标。
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给你超强图形显示体验――STM32F469I DISCOVERY评测
[导读]最近ST祭出神级开发板――STM32F469I DISCOVERY。超大TFT彩色液晶显示屏，能够给用户带来超强的图形显示体验。此开发板一出可谓我花开后百花杀，不少开发者都蠢蠢欲动想要第一时间上手把玩一番。21ic特地第一时间对此开发板进行了深度评测。想知道这款ST的神级开发板到底怎么样？这块开发板是否能满足你的开发需求？只看这一篇评测就够了！
最近ST祭出神级开发板&&。超大TFT彩色液晶显示屏，能够给用户带来超强的图形显示体验。此开发板一出可谓我花开后百花杀，不少开发者都蠢蠢欲动想要第一时间上手把玩一番。21ic特地第一时间对此开发板进行了深度评测。想知道这款ST的神级开发板到底怎么样？这块开发板是否能满足你的开发需求？只看这一篇评测就够了！
这次的开发板测评内容包含以下几个方面：
一、STM32F469I DISCOVERY初识
二、STM32F469I DISCOVERY核心MCU了解
三、STM32F469I DISCOVERY开发板认识
四、STM32F469I DISCOVERY开发板DEMO上手
五、STM32F469I功耗测试
六、STM32F469I DISCOVERY开发
七、STM32F469I DISCOVERY出厂程序回归
附：ST生态系统介绍
当我收到开发板的瞬间，立刻被吸引：板载4英寸800X480像素的TFT彩色液晶显示屏，电容式触摸屏，丰富的外设资源，多种可扩展接口!
1、首先看到塑料包装，一块开发板加一个简单的操作活页仅此，无华丽的包装，有效控制成本，这是大家见到ST开发板的一贯风格。
2、打开包装，取出开发板，来看一下开发板的正面，几乎被4英寸的大屏幕占满，有没有点手机或PSP的感觉?立刻让人有高大上的感觉。一看到这个屏，立刻就知道显示接口是此款MCU的一大特点是图形接口强大。
此款开发板四角还是用塑料支撑座， 这也是以前的开发板没有的，再也不用担心不小心背面短路了。
3、接下来看看开发板的背面，元器件布局非常整齐，首先看到的是主微控制器MCU(STM32F469NIH6)，BGA216封装形式，有效缩小了开发板的空间;之后看到的是外扩存储器，一片SDRAM和一片SPI NOR闪存;接下来是支持Arduino UNO R3的扩展接口，可以链接丰富的Arduino外设;之后是音频接口，可以看出这款开发板秉承F4系列的音频处理功能;同时板载还提供USB OTG和MicroSD卡连接器。
开发板上的核心微控制器STM32F469NIH6，这号称是全球首款集成MIPI-DSI接口的MCU，MIPI-DSI即移动产业处理器接口的显示标准规范，该串行接口通过少量引脚即可连接显示器，并能够提高支持的显示分辨率。一般在智能手机、平板的控制器中比较常见，至于微控制器MCU集成MIPI接口，ST还是开了先河!
4、下面简单来看看开发板提供的快速使用说明，这是我们最开始能够接触到的信息。
(1)正面介绍了板子的主要特点和资源
(2)背面介绍的有板子初次上电运行DEMO的步骤和演示内容，还有系统需求、开发工具等内容信息。
5、最后给出官网的开发板资源链接：
/web/catalog/tools/FM116/CL1620/SC959/SS1532/LN1848/PF262395
二、核心MCU了解
开发板的MCU是ST推出的STM32F469NIH6微控制器，ARM Cortex&-M4内核，216引脚的BGA封装，隶属于STM32F4系列MCU。
(1)在意法半导体的官网(网址：/web/en/catalog/mmc/FM141/SC1169/SS1577)针对STM32F4系列MCU的资源配置描述如下表。
在该页面还专门针对STM32F469/F479这款新品做了简要的说明：
通过上面我们可以很清楚的看到意法半导体公司对这款新品的市场定位及主要特点：
(a)STM32F469/ F479主要的市场定位是可实现综合物联网和可穿戴设备，并提供了先进的图形用户界面。
(b)新的STM32F469/479产品线提供配上大容量内存资源和先进的图形功能使丰富的东西，从而有足够的能力应用在可穿戴设备的互联网应用。
(c)内核具有180兆赫/225 DMIPS，FPU和DSP功能
(d)存储器上具有2 MB的内部闪存和384字节的内部RAM
(e)内部集成了Chrom-ART加速器更多的动画和图形效果
(f)世界第一个嵌入MIPI串行显示器接口控制器
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