双轮自平衡小车设计报告(2)

2018-11-22 21:13

(4)测量范围大,反应快。

以下是MPU6050相关资料

MPU-6000为全球首例整合性6轴运动处理组件,相较于多组件方案,免除了组合陀螺仪与加速器时之轴间差的问题,减少了大量的包装空间。MPU-6000整合了3轴陀螺仪、3轴加速器,并含可藉由第二个I2C端口连接其他厂牌之加速器、磁力传感器、或其他传感器的数位运动处理(DMP: Digital Motion Processor)硬件加速引擎,由主要I2C端口以单一数据流的形式,向应用端输出完整的9轴融合演算技术

InvenSense的运动处理资料库,可处理运动感测的复杂数据,降低了运动处理运算对操作系统的负荷,并为应用开发提供架构化的API。

MPU-6000的角速度全格感测范围为±250、±500、±1000与±2000°/sec (dps),可准确追緃快速与慢速动作,并且,用户可程式控制的加速器全格感测范围为±2g、±4g±8g与±16g。产品传输可透过最高至400kHz的I2C或最高达20MHz的SPI。

MPU-6000可在不同电压下工作,VDD供电电压介为2.5V±5%、3.0V±5%或3.3V±5%,逻辑接口VVDIO供电为1.8V± 5%。MPU-6000的包装尺寸

4x4x0.9mm(QFN),在业界是革命性的尺寸。其他的特征包含内建的温度感测器、包含在运作环境中仅有±1%变动的振荡器。

引脚图 实物图

3、光码盘测速模块

此模块有以下优点:

(1)

测速精度高,反应快,因为其一圈有高达60个栅格

(2)能测正反转 此模块详细资料如下: 对管厂家:美国惠普HP原装 供电电压:5V

接线方式:红5V 黑GND

输出信号:5Vp-p 两相信号输出(见下图)。

两根信号线,一根黄色的一根蓝色的(由于生产批次不同,有时候信号线可能为绿色,不影响使用),黄色和蓝色分别是2个TTL电平(可以直接接单片机)信号 (注:测正反转就是靠这两个电平区分是正转还是反转) (设A B 为信号线) A先有脉冲,证明是正转 B先有脉冲,证明是反转

重要说明:长时间挡住或者不挡均没有输出,作为相位检测,只有在对射的上升沿和下降沿才会有波形输出,所以转动码盘或者用不透明物体来回切换状态的时候才会有方波输出,高速状态下,类似正弦波或者锯齿波,详见下面视频演示。万用表测试一直表现为0.1V左右,是无效的!测试请用示波器或者单片机的采集口。

测速原理示意图

测速原理演示图

4、稳压模块

之所以要设计稳压模块,是因为平衡小车不同模块所需电压值不同,比如电机的工作电压在9V,而单片机控制系统、LCD1602显示模块及测速模块工作电压在5V;但同时陀螺仪加速度模块工作电压却在3.3V,因此有必要设计一稳压模块,能够同时稳定地提供这三组电压值。

稳压模块的原理图如下:

稳压模块原理图

其中用到两个稳压芯片LM7805及LM1117,LM7805能够将7V到12V之间的输入电压转化为5V的输出输出电压,同时LM117以LM7805V的输出电压为输入电压,将其转化为3.3V输出以供陀螺仪加速度模块使用。图中,LED为测试电路是否正常,正常时灯亮;反之,灯灭。D1为普通二极管,在LM7805的输入与输出之间起滤波作用。图中电容也均为滤波作用。使用时,两稳压芯片均要用散热片,否则会导致温度过高而烧坏。

相应的PCB布线图如下:

稳压模块PCB图

5、电机驱动模块

由于电机工作电压与单片机的不同,且单片机本身带负载能力不强,电机工作需要较大电流等因素,无法用单片机直接驱动电机运转,因此需要电机驱动模块来驱动电机。在此设计中所选用的电机驱动为L298N模块。

它具有以下优点: (1)负载能力强

(2)能实现高电压强电流的输出 (3)控制简单方便 具体资料如下:

L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是:工作电压高,最高工作电压可达46V;输出电流大,瞬间峰值电流可达3A,持续工作电流为2A;额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器,可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载;采用标准逻辑电平信号控制;具有两个使能控制端,在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端,使内部逻辑电路部分在低电压下工作;可以外接检测电阻,将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机,该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机,也可以驱动两台直流电机。

简要说明:

一、 尺寸:80mmX45mm

二、 主要芯片:L298N、光电耦合器

三、 工作电压:控制信号直流5V;电机电压直流3V~46V(建议使用36伏以下)

四、 最大工作电流:2.5A 五、 额定功率:25W 特点:1、具有信号指示。 2、转速可调 3、抗干扰能力强

4、具有过电压和过电流保护 5、可单独控制两台直流电机


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