0、前 言

原諒我起這么猛的標(biāo)題，但看完，你不會(huì)來(lái)打我的。

如果此項(xiàng)目有朋友已經(jīng)做過(guò)，可以越過(guò)不看。

回歸正題， 平衡小車(chē) ，這個(gè)開(kāi)源項(xiàng)目已經(jīng)出來(lái)很多年了，雖然是一個(gè)比較基礎(chǔ)的項(xiàng)目，但也牽扯到方方面面的知識(shí)，單片機(jī)程序開(kāi)發(fā)、硬件電路設(shè)計(jì)、焊接手法等。

在許多朋友咨詢(xún)我，電子設(shè)計(jì)入門(mén)，該選什么項(xiàng)目時(shí)，我都會(huì)首推這個(gè)。

那么，如果一個(gè)新手，或者對(duì)電子設(shè)計(jì)興趣但有不知道從何下手時(shí)，看我這篇文章就對(duì)了。

我將平衡小車(chē)分為 三種技術(shù)路線(xiàn) ，不同的技術(shù)路線(xiàn)都可以實(shí)現(xiàn)完成平衡小車(chē)，不同的路線(xiàn)，針對(duì)不同的基礎(chǔ)的人群，難度都不同。

1、模塊拼接+手工焊接布線(xiàn)

第一條路線(xiàn)，也是我首推的：模塊化+手工焊接布線(xiàn)。

當(dāng)一個(gè)人對(duì)平衡小車(chē)這個(gè)項(xiàng)目完全不熟悉時(shí)，如何開(kāi)展？

首先，沒(méi)有硬件平臺(tái)的支撐，軟件無(wú)法存活。

同樣，要想完成平衡小車(chē)，首先我們應(yīng)該要搭建好硬件平臺(tái)。

那么，我們應(yīng)該要知道需要那些元器件？那些模塊？

當(dāng)然，首要的，既然是做小車(chē)，應(yīng)該要有輪子、電機(jī)、車(chē)架。

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1.1  車(chē)架    

直接網(wǎng)上買(mǎi)一套平衡小車(chē)底盤(pán)，100元以?xún)?nèi)足以，太貴的沒(méi)必要買(mǎi)。一般來(lái)說(shuō)，車(chē)底盤(pán)都含有電機(jī)、輪子、車(chē)板。

PS： 偷偷告訴你們，圖中有我的淘寶店【大魚(yú)電子】

這個(gè)紅黑騷氣的就是我店里的，哈哈哈，歡迎各位來(lái)購(gòu)買(mǎi)，報(bào)我名字有特大優(yōu)惠！

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1.2  電路如何設(shè)計(jì)？

有了車(chē)架，還差電路部分，如何設(shè)計(jì)？

為了讓大家快速熟悉平衡小車(chē)的系統(tǒng)電路，加快開(kāi)發(fā)速度。

第一條路線(xiàn)， 我們采用 模塊化的設(shè)計(jì)方式。

也就是，電路部分都采用模塊，將各個(gè)模塊電路連接起來(lái)即可完成電路設(shè)計(jì)。

那么需要哪些模塊電路呢？

• 單片機(jī)最小系統(tǒng)：這個(gè)是用來(lái)寫(xiě)入程序的。
  
• 電機(jī)驅(qū)動(dòng)： 用來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)；單片機(jī)IO電流不夠，不足以驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
  
• 姿態(tài)傳感器： MPU6050（用來(lái)獲取小車(chē)姿態(tài)數(shù)據(jù)，來(lái)保持平衡）。
• 電源模塊： 用來(lái)做電源升降壓，給各個(gè)單元電路（單片機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)MPU6050）供電。
• 電池： 給整個(gè)系統(tǒng)供電。
• 無(wú)線(xiàn)模塊： 用來(lái)做遙控，控制小車(chē)移動(dòng)行走。
  
  

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做個(gè)簡(jiǎn)要說(shuō)明：

單片機(jī)最小系統(tǒng)（10~20元）： 根據(jù)自己的單片機(jī)型號(hào)來(lái)選擇，喜歡用32的可以買(mǎi)32，喜歡用51的可以用51，等等。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)（10~15元）： 根據(jù)購(gòu)買(mǎi)的電機(jī)電壓來(lái)購(gòu)買(mǎi)，比如，你的電壓是12V，應(yīng)該選用工作在12V下的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

一般來(lái)說(shuō)，由于平衡小車(chē)的電機(jī)功率都不大，常用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)有三種，TB6612，L298N，A4950。這三種都是常用的驅(qū)動(dòng)IC，可以驅(qū)動(dòng)7V~12V之間的電機(jī)。

A4950還會(huì)更高一些，從數(shù)據(jù)手冊(cè)看，可以驅(qū)動(dòng)二十幾V的電機(jī)。但我沒(méi)用過(guò)，有興趣的可以自行測(cè)試。

姿態(tài)傳感器（10元）： 這個(gè)基本不用考慮其他的，常用的就是MPU6050，當(dāng)然，還有其他的一些數(shù)字的、模擬的姿態(tài)傳感器，像icm20602+ak8975+spl06-001 等。

但我建議大家選用MPU6050，因?yàn)橛玫娜硕?，相?yīng)的資料也會(huì)多一些。

畢竟，前人走過(guò)的路，我們?cè)偃プ?，?huì)好走的多。

電池和電源模塊： 為了方便，多少V的電機(jī)就選多少V的電池，一般而言，現(xiàn)在都是12V的直流減速電機(jī)。直接選用12V的航模電池套裝即可。切記，選配充電器。航模電池大都比較昂貴，電池和充電器一套得要好幾十塊錢(qián)。

嫌貴的，可以選配18650電池，一節(jié)3.7V，幾節(jié)串聯(lián)即可。

唯一的缺點(diǎn)，18650的放電電流較小，不過(guò)單單用來(lái)做平衡小車(chē)的供電，足以。

電池準(zhǔn)備好之后，要根據(jù)單片機(jī)和傳感器的工作電壓對(duì)電池進(jìn)行降壓。

較為常見(jiàn)的降壓模塊LM2596，也別其他，這個(gè)太便宜了，就用這個(gè)。簡(jiǎn)直不要太香！

如果需要同時(shí)降壓到5V和3.3V，用2個(gè)LM2596即可。

切記，單個(gè)LM2596最大電流2A，請(qǐng)注意功率。

無(wú)線(xiàn)模塊：無(wú)線(xiàn)模塊建議選用藍(lán)牙，HC05/06主從一體。串口通信，便宜，主要是，可以直接連接手機(jī)藍(lán)牙，用手機(jī)APP直接對(duì)小車(chē)進(jìn)行控制。這還不“騷”？

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1.3 手工焊接 

將各個(gè)系統(tǒng)模塊化之后，根據(jù)電路原理圖，要進(jìn)行的就是， 手工焊接。

針對(duì)完全不熟悉的朋友而言，我更推薦此種方式，此種方式能讓我們更快速且有效的去搭建起電路，并去驗(yàn)證我們的電路。

畢竟PCB的繪制以及腐蝕都是需要時(shí)間的，更加不說(shuō)那些對(duì)PCB設(shè)計(jì)不熟悉的朋友了。

手工焊接，需要一塊和車(chē)架板差不多大小的洞洞板，方便我們的板子后面安裝在車(chē)上。

手工焊接和PCB設(shè)計(jì)一樣，需要考慮各個(gè)模塊以及元件的布局。也就是各個(gè)模塊的擺放位置。

模塊位置的擺放正確與否，能讓我們少走錫，少布跳線(xiàn)。

能讓我們省去許多精力，到底能多省。

用烙鐵去體會(huì)！

2、模塊+PCB繪制

第二條路線(xiàn)，模塊化+PCB繪制。

同樣的，第二條路線(xiàn)也采用模塊化設(shè)計(jì)，但與第一條不同的是，在于不再使用洞洞板焊接，但此種方法路線(xiàn)，針對(duì)于基礎(chǔ)較好，對(duì)PCB繪制以及一些單片機(jī)基本電路較為熟悉的朋友。

當(dāng)然，用第一種方法完成平衡小車(chē)的設(shè)計(jì)之后，可以采用第二種方法進(jìn)行進(jìn)階學(xué)習(xí)，可以通過(guò)此方法來(lái)學(xué)習(xí)或加強(qiáng)PCB設(shè)計(jì)。

畢竟，別人的電路板，哪有自己設(shè)計(jì)的香。

本質(zhì)上， 此種方法路線(xiàn)與第一種沒(méi)有什么不同。省去了人工焊接布線(xiàn)，使用機(jī)器布線(xiàn)，再通過(guò)自我腐蝕或發(fā)廠(chǎng)打樣制作。來(lái)完成整個(gè)電路板的設(shè)計(jì)。

比如視頻中這種：

視頻中，綠色是STM32F103C8T6，黑色是MPU6050。控制主板都是模塊化設(shè)計(jì)，基本上可以直接拔插，如果燒毀某器件，可以直接進(jìn)行更換。

此種電路設(shè)計(jì)方法，非常適合大家在完成某系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前期試驗(yàn)，能節(jié)省不少時(shí)間。并且調(diào)試及其方便。

值得一提的是，車(chē)上除了紅色的TB6612FNG模塊從網(wǎng)上購(gòu)買(mǎi)，其他電路部分都是自己設(shè)計(jì)。

3、集成化主板

第三條路線(xiàn)：集成化主板。

同樣的，第三條路線(xiàn)都可以作為第一條、第二條的進(jìn)階學(xué)習(xí)之路。

想要完成集成化主板的設(shè)計(jì)，需要對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)以及外圍電路非常熟悉，能進(jìn)行自我電路設(shè)計(jì)，包括一些基本的電源電路等。

當(dāng)然，網(wǎng)上也有許多電路可以進(jìn)行參考，畢竟做的人特別多。

我也為大家準(zhǔn)備了一套完整的電路和程序。

下圖就是我自己設(shè)計(jì)的主板和小車(chē)。

關(guān)注公眾號(hào)【 大魚(yú)機(jī)器人 】，后臺(tái)回復(fù)關(guān)鍵詞【 大車(chē) 】

即可獲取該平衡小車(chē)資料網(wǎng)盤(pán)下載鏈接，開(kāi)源所有設(shè)計(jì)資料。

如果網(wǎng)盤(pán)鏈接失效了，可以加我微信： well_xiaolong ，我單獨(dú)再發(fā)。

4、程序設(shè)計(jì)思路

講完了三種硬件搭建路線(xiàn)之后，需要談?wù)摰膽?yīng)該是程序部分了。

寫(xiě)程序就像是學(xué)英語(yǔ)一般，先記單詞、學(xué)基本語(yǔ)法，再學(xué)著去造句。

同樣的，做一段代碼量較大的程序也是如此。

我們應(yīng)該從各個(gè)“單詞”入手，也就是各個(gè)“模塊”。

先把各個(gè)模塊驅(qū)動(dòng)起來(lái)，再拼接。

最后成為一段優(yōu)美的程序（BUG）。

那么平衡小車(chē)程序如何拼接？

我為大家已經(jīng)準(zhǔn)備好了各個(gè)“單詞”，只要大家學(xué)會(huì)拼即可。

關(guān)注公眾號(hào)【大魚(yú)機(jī)器人】，后臺(tái)回復(fù)關(guān)鍵詞【大車(chē)】即可獲取該程序。

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如何做？

在資料包中，我準(zhǔn)備好了MPU6050測(cè)試、電機(jī)驅(qū)動(dòng)測(cè)試、藍(lán)牙測(cè)試程序。

我們可以通過(guò)程序?qū)蝹€(gè)模塊電路進(jìn)行測(cè)試，一步一步的移植拼接。

比如：

第一步，先測(cè)試MPU6050程序，通過(guò)測(cè)試程序正確讀取出6050數(shù)據(jù)。

第二步，單獨(dú)再調(diào)試單片機(jī)和電機(jī)，單片機(jī)程序是否能正確控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使得電機(jī)正反轉(zhuǎn)、加減速。

第三步，以MPU6050程序?yàn)榛A(chǔ)，將電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)程序加入其中，并添加PID控制函數(shù)，以6050數(shù)據(jù)為閉環(huán)入口參數(shù)，調(diào)節(jié)PID參數(shù)，計(jì)算出控制PWM，來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，保持小車(chē)車(chē)身平衡。

第四部，小車(chē)控制平衡后，對(duì)藍(lán)牙測(cè)試程序進(jìn)行單獨(dú)測(cè)試，并將藍(lán)牙控制信號(hào)輸入到PID控制函數(shù)中，作為速度環(huán)和轉(zhuǎn)向環(huán)的一個(gè)控制變量，來(lái)達(dá)到控制小車(chē)前后左右移動(dòng)的效果。

以上，是小車(chē)程序的整體設(shè)計(jì)思路。

5、最后

最后，想要表明一點(diǎn)，關(guān)于平衡小車(chē)設(shè)計(jì)，說(shuō)來(lái)簡(jiǎn)單且粗暴，但實(shí)施起來(lái)，需要花費(fèi)的時(shí)間和精力不言而喻。

因?yàn)槠浜w軟硬件設(shè)計(jì)，對(duì)于新手而言，工作量確實(shí)較高，但等完成之后，回過(guò)頭再看，腦子里覺(jué)得沒(méi)什么工作量。

但手上卻多了各種技術(shù)活。

這也許就是電子設(shè)計(jì)的魅力之所在：

享受設(shè)計(jì)制作過(guò)程之折磨，收獲成果后之享受。

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本文授權(quán)轉(zhuǎn)載自公眾號(hào)“大魚(yú)機(jī)器人”，作者：張巧龍