基于STM32的双轮平衡车

ElectronicDesignEngineering19Vol.1913No.1320117Jul.2011STM32（430070）：，，，STM32，uCOS-II，、、、。LCD，。、、，，，。：；STM32；；；uCOS-II：TP242：A1674－6236（2011）13-0103-04Two-wheeledself-balancevehiclebasedonSTM32ZHANGZhi-qiang（WuhanUniversityofTechnolgoy，Wuhan430070，China）Abstract：Thepriceofself-balancevehiclesonthemarketsaretooexpensive,simplexfunction.Anditcannotautomaticallyrestorebalanceafterlostbalance.Accordingtothoseproblems,aself-balancevehiclebasedonSTM32ispresented,whichusesreal-timeoperatingsystemuCOS-IIwithgyroscopes,accelerometer,steeringgearcontroller,encodersconstitutingaself-balancingsystem.ThissystemhasthefunctionofremotecontrolsLCDdisplayandrestorationofbalance.Byobservingthegyroscopedata,itshowsthatthesystemisrunningsmoothly.Also,itismultifunctional,lowcost.Keywords：two-wheeledself-balancevehicle；STM32；gyroscope；accelerometer；uCOS-II，：，，，。·（DeanKamen）DEKA（DEKAResearchandDevelopmentCorp.），Segway。：7。，。，ARM32STM32，CPU72MHz，，，，。1[1-2]，，，：、、、。，，，1。，，，：：MRL=HTL-HL（1）JRL=GL+HTLR（2），xRM：（m）；MRL：（kg）；HL：（N）；HTL：：2011-04-24：201104117：（2010-ZY-JS-028）：（1978—），，，，。：。1Fig.1MechanicalmodelxRL··θRL··－103－《》2011132Fig.2Schematicdiagramofsystemcomponents（N）；θRL：（rad）；JRL：Z（kgm2）；CL：（kg·m）；R：（m）。：Mp=HL+HR（3）Mp=VL+VR-Mpg（4）Jpθ=（VL+VR）Lsinθp-（HL+HR）Lcosθp-（CL+CR）（5），xp：（m）；yp：（m）；Mp：（kg）；VL，VR：（N）；HL,HR：（N）；L：（m）；θp：y（rad）；Jpθ：z（kg·m2）；CL，CR：（kg·m）.，sinθP≈θp，cosθp≈1；（1）（2）（3）（4）（5），：（2MRL+2JRLR+MPL+MPR）θRL=-1R（Jpθ+MpL2）+Mp≈≈Lθp+gMpL1Rθp）（6）2（6），，θp，，。。，θp。，，，θpθp。。2。，，。Kalman[3]，，，3，。，，PID，。。，，，，，LCD。，，M1M2，，，。3STM32F103ZE[4]，ARMCortex-M3，、、、。STM32F103ZE：72MHz，90DMips，1.25DMips/MHz。512k，64kSRAM。：、ADC、SPI、I2C、USARTUSB。MMA7260QT[5]，MMA7260QT1.5g、2g、4g、6g4，1.5g，800mV/g，。MMA7260QTxySTM32AD，，，12AD0.8mV，1μs。ADXRS300[6]，±300°/s，0.1％，FPGA，。0.5°，0.6°。，16，，PWM。MG995，0.17s/60°(4.8V)，13kg·cm，4μs。，2.5kΩ。PT2262PT2272,，PT2272STM32Remote1~Remote4（PC8~PC11），4Remote1~Remote4，STM32。，：。，，。ST150，ST1505μs、0.4mm、1μA、0.25mA，。ST15090°，。74HC14STM32Encode1~Encode4(PC4~PC7)。yp··xp··ep··θp··θRL··..－104－4Fig.4Designofmastercontroller3。LCDILI9320，SPISTM32。，STM324。USART2USTAR3，USART2USART3MAX3232TTLRS232，RS232-15~+15V，。4uCOS-II[7]STM32，3。，。5。3Fig.3Encoder5Fig.5BlockdiagramofsoftwareSTM32，。PLL、SPI、、A/D、I/O、DMA、、，，，。uCOS-II3，：1），Kalman，。，。2），(Balace_sem)，PID，。(Unbalace_sem)，。3），，SPILCD。，：1）2；2）3；STM32－105－《》2011133）I/O；4）4I/O。AD。，AD，。6。5ARMRealViewMDK[8]，LogicAnalyzer。，，LogicAnalyzer，Gyro_degreeθp，LogicAnalyzer7。Gyro_degree，θp-5°≤θp≤5°，。，S，：-5°≤θp≤5°，LCD。θp＞25°，θp＜-25°，。M1M2，-5°≤θp≤5°，。，1500，Segway。6STM32，，uCOS-II，，。，，，，，。：[1]CrasserF，D’ArrigoA,ColombiS，etal.JOE:Amobile，invertedpendulum[J].IEEETransactionsonIndustrialElec-tronics，2002，49（1）：107-114.[2]，，，.[J].，2008，27（4）:117-120.CHENWei，YANWen-jie，ZHOUChao-ying.Controlsystemdesignoftwowheelsself-balancerobot[J].TransducerandMicrosystemTechnologies，2008,27(4):117-120.[3].[D].:，2006:22-31.[4]STMicroelectronicsIntegratedProducts.STM32Referencemanual[EB/OL].(2011-01-01)[2011-04-01].[5]FreescaleIntegratedProducts.MMA7260QT[EB/OL].(2008-05-03)[2011-04-01].=1&sr=1.[6]AnalogDevicesIntegratedProducts.ADXRS300[EB/OL].(2004-01-01)[2011-04-01].=Datasheets-4&file=DSA-67061.pdf&scan=.[7]LabrosseJJ.μC\OS-[M].，.:,2003.[8].ARMRealViewMDK[M].:，2008.6Fig.6Flowchartofsystemsoftware7LogicAnalyzerFig.7DataofLogicAnalyzer：CN61-1477/TN：ISSN1674-6236：http：//[e-mail]（）：2105-1-3：710082≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤≤－106－