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将DIY进行到底,《史上最“烂”两轮平衡小车》新版讨论稿

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123jj|  楼主 | 2011-5-26 14:06 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
《史上最“烂”两轮平衡小车》因要重新制作新PCB板,根据网友提议,将作适当改动。
在不超过每台99元成本的前提下,尽量完善此小车。

现讨论匠人的改动,是否在新版中体现。

下面引用,出自匠人原贴:
接下来记录的是匠人的改动,可能会随着项目的进行而不断更新。
1、加速度传感器部分:
加速度传感器有3路输出信号(XYZ),123jj的原始电路里采用的是(XY),并且要求把传感器小板扳下来旋转90度安装。(能想出这招来真是太有才了。)
匠人改为:废弃Y轴信号(把P4与P1之间的PIN3走线割断),改用Z轴信号(把P1的PIN5、PIN6用焊锡相连),如此一来,小板子无需旋转即可使用。
答:传感器小板和下面的连线本身只是顺势画线,没用的,原考虑用杜邦线跨接,现听从匠人意见,改板时将Z轴信号引入,省却杜邦线跨接。

2、加速度信号放大电路部分:
123jj的原始电路中,有U1A和U2B,是为备用电路。正常情况下不需要使用。因此改动如下:
  A. 把U1A的3脚接地(P1 的 PIN7与PIN8 短路即可)
  B. 把U1B改为跟随器接法(R2开路,R1短路)
答:A. 不用改动,将备用的短路插将P1的PIN7与PIN8短路即可。
    B. 因是备用电路,不改,把U1B改为跟随器接法(R2拆除开路,R1可不变照旧)

3、AD通道的安排:
原始电路中安排了很多AD通道。实际上是没有用的。目前我先取3路,其它的暂时不管它。改动如下:
  A、把原来的AN0那根线割断,把原来的AN3接到AN0通道上,作为加速度传感器X轴信号输入。
  B、原来的AN6用于检测电机电压。现在该检测电路(LM358及附属电路)没有焊。把AN5接到AN6上,作为加速度传感器Y轴信号输入。
  C、原来的AN1功能保留,作为陀螺仪信号输入。
答:原始电路中安排了很多AD通道。实际上很多是备用的,供网友作各种实施方案的实验,最重要的三路独立ADC输入通道,AN0为一路加速度信号输入,AN1为一路陀螺仪信号输入,AN6为一路检测电机电压输入,便于将AD口与仿真口错开了,利于调试。
    A. 不用改动,在程序中直接改为AN0通道输入,且加上软件积分滤波即可。
    B. 这个没法改,AN6要用于检测电机电压,改善控制特性,用AN6口可把AD口与仿真口错开了,利于调试。
    C、这个照旧。

4、PWM部分:
MCU只有1路PWM。如果要实现两个轮子的同步或差动。需要软件实现PWM。
A.一路PWM口,继续使用;
B.另一路原本接INT0,改到T0。
答:由于考虑到一路硬件PWM,同时控制两路电机以不同转速运行,这个就没法改了。

5、测速部分:
把INT2改接到INT0。
答:理由同上,由于考虑到一路硬件PWM,同时控制两路电机以不同转速运行,这个就没法改了。

6、调试电位器(临时):
AN2,AN3,AN4,AN5 临时接4个电位器,用于调试参数。
答:这个请自由发挥了。

7、陀螺仪部分:
C6去掉
答:C6,C19阻值太大,响应时间变慢,改为100n,电路不改。

8、加速度计放大部分:
R10和R25,改为10欧姆。——这里的最终目标是想把C8和C21去掉。
答:R10,C8和R25,C21是积分电路,备用的,如用软件积分抗干扰,可不变或去掉,舍弃AN3,AN5输入,直接用AN0,AN4输入。

上面匠人的所有改动,俺只听取了一条,从传感器小板上直接Z轴信号引入,省却杜邦线跨接。
为此,庆祝匠人捉小虫成功,赠送一套用于《史上最“烂”两轮平衡小车》多按键无线遥控发射器一个和无线接收模块一个。

综上,本人尽管水平很菜,啥都不懂,最多了解一点皮毛,但在一般情况下,无论在机械、电子、光学、化工设计上,一般的朋友很难找到俺明显的设计错误和缺陷。

请网友们继续帮俺捉小虫,凡捉到一个小虫者,无小车者赠送一套《史上最“烂”两轮平衡小车》,有小车者赠送一套和《史上最“烂”两轮平衡小车》配套的多按键无线遥控发射器一个和无线接收模块一个,直接用于遥控两轮平衡小车。

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沙发
21IC之星| | 2011-5-26 14:08 | 只看该作者
先占沙发

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板凳
123jj|  楼主 | 2011-5-26 14:09 | 只看该作者
来改原理图,方便讨论。


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地板
pa2792| | 2011-5-26 14:11 | 只看该作者
很多元器件改成贴片的比较节约面积。因为准备失业中,找房子等等一堆事情,帮忙不上,真不好意思了。

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5
carl_lee| | 2011-5-26 14:45 | 只看该作者
LZ,,能不能做成兼容其他MCU?一方面很多网友都没有相关开发工具和多余芯片,另一方面也可以让网友有更大的发挥空间

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6
xiaotann| | 2011-5-26 15:51 | 只看该作者
不断更新

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7
123jj|  楼主 | 2011-5-26 16:44 | 只看该作者
LZ,,能不能做成兼容其他MCU?一方面很多网友都没有相关开发工具和多余芯片,另一方面也可以让网友有更大的发挥空间
carl_lee 发表于 2011-5-26 14:45


可以,但由于《史上最“烂”两轮平衡小车》受成本限制,无法实现,这一要求将在《标准版经典两轮平衡小车》中实现,敬请关注。

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123jj|  楼主 | 2011-5-26 16:57 | 只看该作者
很多元器件改成贴片的比较节约面积。因为准备失业中,找房子等等一堆事情,帮忙不上,真不好意思了。
pa2792 发表于 2011-5-26 14:11


因考虑到老T叔、老爷子这些上一辈革命家的参与,以及刚入门的菜鸟的焊接水平,尽量用分列直插的,使用贴片的这一设想,将在《标准版经典两轮平衡小车》中实现,敬请关注。

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9
123jj|  楼主 | 2011-5-26 17:01 | 只看该作者
老王NB,  超级给力啊~~~~

这些的这些,老王友情出场,一切都搞定,神马踏在脚下~~~ :lol

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10
123jj|  楼主 | 2011-5-26 17:01 | 只看该作者
老王NB,  超级给力啊~~~~

这些的这些,老王友情出场,一切都搞定,神马踏在脚下~~~ :lol

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11
t.jm| | 2011-5-26 17:01 | 只看该作者
电机测速的光耦不宜并联,最好单独串限流电阻(R27改成两个560R的)。

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12
123jj|  楼主 | 2011-5-26 17:07 | 只看该作者
电机测速的光耦不宜并联,最好单独串限流电阻(R27改成两个560R的)。
t.jm 发表于 2011-5-26 17:01



原设计是用两个电阻分开的,但后来反复考虑,为了降低光耦的一半功耗,延长5号电池的使用寿命,改成了串联(不是并联)接一个电阻。

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13
程序匠人| | 2011-5-26 18:20 | 只看该作者
改动建议:

除了我在帖子中曾经提到的一些之外,建议改动如下:

1、去掉现有的3个电位器。改用电阻。(其实这几个电位器,我根本就没正儿八经地调过,直接用软件标定解决了)省下的电位器用在下一条中。

2、安排4个新的电位器(单圈的也行),备用,以便调节一些别的参数,就像我做的那样。

3、把器件安排紧凑一些(实在不行可以考虑把部分电阻立起来),腾点空间,做些洞洞,便于网友自己发挥时增加电路。(我是另外加了一块小板子,放电位器,感觉不方便)。另外,那块底板也可以加以利用,做点洞洞以备不时之需。

4、12V电源加一个防反接二极管的位置。(网友可自选,不用时直接相连,要用时自己找个二极管对付上去)(我自从上次遇到妖气之后,就加了这个二极管,但是这里有一块12v的覆铜区,割线比较麻烦,必须正反面同时下刀。)

5、把电机驱动芯片的中间4个接地焊盘,与地线敷铜区直接相连(不要那种细细的线啦),增加散热效果。(有时,控制时序不好的话,驱动片还是比较烫手的。原电路这部分散热效果欠佳)

6、随便找个角落放个LED,一头接地,另一头通过电阻后接个杜邦线,应用者想连哪里连哪里。便于指示一些状态。

7、如果有可能的话,给驱动电机预留8个续流二极管的位置。万一有个别网友想玩其它功率稍微大些的电机,这个能不能降低芯片的发热程度?

以上为实际DIY中积累的经验,供改版时参考。

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14
程序匠人| | 2011-5-26 18:30 | 只看该作者
其实如果是我的话,会一刀把除了陀螺仪放大之外的所有运放都砍了。;P

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参与人数 1威望 +10 收起 理由
谈的元 + 10 我也这么想的,哈哈
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535zcq| | 2011-5-26 18:34 | 只看该作者
16
123jj|  楼主 | 2011-5-26 21:05 | 只看该作者
千年等一回,终于迎来了一个拍砖的,俺举双手双脚欢迎~~~  :victory:

下而引用匠人原贴:
改动建议:
除了我在帖子中曾经提到的一些之外,建议改动如下:
1、去掉现有的3个电位器。改用电阻。(其实这几个电位器,我根本就没正儿八经地调过,直接用软件标定解决了)省下的电位器用在下一条中。
答:如使用经典两轮平衡小车方案,这几个电位器确实作用不大,将陀螺仪和加速度传感器数据融合可抵消掉绝大部分不利因素,但本机除此经典两轮平衡小车方案外,还同时考虑了另两种方案,方案一:只用一个陀螺仪经简单调整就能让两轮小车站立,并且陀螺仪的温漂不影响测试精度方案。方案二:只用一个最“烂”的三轴加速度传感器,经简单调整就能让两轮小车站立,挑战史上无人做成功之方案。
这几个电位器,俺想了很久,都没胆量省略,因此,还是保留为好,起码增加一成只用一个最“烂”的三轴加速度传感器,就能让两轮小车站立的希望。

2、安排4个新的电位器(单圈的也行),备用,以便调节一些别的参数,就像我做的那样。
答:增加几个电位器,调节PID修正常数及数据融合度相当有效方便,当时也想加的,但SCH画下来,由于考虑的方方面面太多了,ADC输入口不够用,鱼与熊掌不可全得,最后一狠心,将这些电位器全部OUT了,想通过串口调节参数。
这次答应匠人,加装4个电位器,通过杜邦线连接。

3、把器件安排紧凑一些(实在不行可以考虑把部分电阻立起来),腾点空间,做些洞洞,便于网友自己发挥时增加电路。(我是另外加了一块小板子,放电位器,感觉不方便)。另外,那块底板也可以加以利用,做点洞洞以备不时之需。
答:要使结构紧凑些,使用贴片最方便,结构最紧凑,但考虑到一些老前辈老法师如老T叔老爷子玩,视力老化玩贴片很吃力,故尽量采用分列元件。听从匠人意见,尽量增加洞洞板,方便网友自己发挥时增加电路。

4、12V电源加一个防反接二极管的位置。(网友可自选,不用时直接相连,要用时自己找个二极管对付上去)(我自从上次遇到妖气之后,就加了这个二极管,但是这里有一块12v的覆铜区,割线比较麻烦,必须正反面同时下刀。)
答:这个给俺偷工减料了,同时也偷工减料了电源开关,没想到匠人一个老江湖,在这里也翻船,更不要说一般菜鸟了,吸取教训,有些不该省的坚决不能省,这次全加上。

5、把电机驱动芯片的中间4个接地焊盘,与地线敷铜区直接相连(不要那种细细的线啦),增加散热效果。(有时,控制时序不好的话,驱动片还是比较烫手的。原电路这部分散热效果欠佳)
答:只要加装IC座子,方便芯片更换,中间环节太多,就无法做到有效热传导,另外,中间4个接地焊盘,与地线敷铜区直接大面积相连,焊接时导热太快,一般小功率烙铁很难有效焊接。不过这次答应匠人,在不影响小功率烙铁有效焊接的前提下,尽量加粗与地线敷铜区的连接线。

6、随便找个角落放个LED,一头接地,另一头通过电阻后接个杜邦线,应用者想连哪里连哪里。便于指示一些状态。
答:这个点子好,匠人是天才,赞一个,立马增加。

7、如果有可能的话,给驱动电机预留8个续流二极管的位置。万一有个别网友想玩其它功率稍微大些的电机,这个能不能降低芯片的发热程度?
答:给驱动电机预留8个续流二极管的位置,俺也想过,这个不能增大驱动功率,对想玩其它功率稍微大些的电机无效,但能增加开关速度,提高频率响应,便于使用较高的PWM,这次估计没位置很难增加了,因优先增加了电源开关及防电源反接保护二极管。

以上为实际DIY中积累的经验,供改版时参考。
其实如果是我的话,会一刀把除了陀螺仪放大之外的所有运放都砍了。
答:如将陀螺仪放大之外的所有运放都砍了,没有了加速度传感器及相应放大器,匠人你那数据融合,卡尔曼滤波这种高难度技术,都将付之东流,彻底杯具,没有硬件基础支撑了~~~  :dizzy:


匠人这个砖拍的好,欢迎继续加大力度拍~~~

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123jj|  楼主 | 2011-5-26 21:07 | 只看该作者
引蛇出洞相当成功
王奉瑾 发表于 2011-5-26 18:51


什么时候把老王引下山才算成功~~~ :lol

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123jj|  楼主 | 2011-5-26 21:27 | 只看该作者
但是为啥要用陀螺呢。。
王奉瑾 发表于 2011-5-26 18:52



这个问题老王有机会请教一下高中生春哥,包你满意。

俺回答不好,只能简单说一下,见谅。

为啥轮船在大海里航行要用陀螺呢。。
答:机械陀螺仪是一种高精密的定位定向器件,利用其中心高速旋转的球的惯性保持平衡,精度远胜于指南针,在船只航行时起定位定向作用。

现代微电子学,利用**技术,制成了微型晶体型陀螺仪,精度、稳定度当然没机械陀螺仪高,但体积小巧成本低廉,为了弥补微型晶体型陀螺仪的不足,通常采用加速度传感器,将两者的输出数据融合后,能起到互补作用,大大提高测试稳定性和测试精度。

在两轮小车中,只要平衡有一点打破,陀螺仪就有一个信号量输出,通过伺服机构带动小车,修正偏移,让小车重新获得平衡,如此往复,永保平衡。

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程序匠人| | 2011-5-26 21:32 | 只看该作者
如将陀螺仪放大之外的所有运放都砍了,没有了加速度传感器及相应放大器,匠人你那数据融合,卡尔曼滤波这种高难度技术,都将付之东流,彻底杯具,没有硬件基础支撑了~~~  123jj 发表于 2011-5-26 21:05



加速度传感器的放大电路,按照默认图纸只有2倍吧?我没有改电阻。这是其一。

我MCU给了5V。这是其二。

那么,如果我给MCU供3V,把那个放大器去掉。精度方面好像损失不了多少。

再说,在这个系统里面,加速度传感器的数据只是当作校正陀螺仪用。我觉得精度并不是太大的问题。本来就没指望靠加速度传感器能站起来。

有一种技术叫过采样,就是可以通过多次采样获得更高精度。这个理论我不是很精通。但是我觉得对于这里,是可以借用该说法的。因为加速度传感器的数据,经过卡尔曼的低通滤波之后,是不是也可以获得某种补偿。——我只是提出一种想法,谁的理论知识丰富,不妨去论证一下。

当然,这个只是设想。在没有得到验证之前,放大器电路还是保留为好。所以我没有把这条列入正式的建议中。

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123jj|  楼主 | 2011-5-26 21:47 | 只看该作者
加速度传感器的放大电路,按照默认图纸只有2倍吧?我没有改电阻。这是其一。

我MCU给了5V。这是其二。

那么,如果我给MCU供3V,把那个放大器去掉。精度方面好像损失不了多少。

再说,在这个系统里面,加速度传感器的数据只是当作校正陀螺仪用。我觉得精度并不是太大的问题。本来就没指望靠加速度传感器能站起来。

有一种技术叫过采样,就是可以通过多次采样获得更高精度。这个理论我不是很精通。但是我觉得对于这里,是可以借用该说法的。因为加速度传感器的数据,经过卡尔曼的低通滤波之后,是不是也可以获得某种补偿。——我只是提出一种想法,谁的理论知识丰富,不妨去论证一下。

当然,这个只是设想。再没有得到验证之前,放大器电路还是保留为好。...
程序匠人 发表于 2011-5-26 21:32



匠人正解,过采样技术通过时间来换精度,在这个系统里面,加速度传感器的数据只是当作校正陀螺仪用。精度并不是太大的问题。理论上完全可省略。

在这个烂轮子上,还是加着吧,俺想玩玩只用一个加速度传感器的让小车站立方案,省了这个放大器,一切都没玩了。

在匠人设想的搞个大一点结实一点标准化一点,成本控制在300大洋之内的《标准版经典两轮平衡小车》,这上面大家讨论一下,能省就省掉吧。

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