我会将软件，焊接方式全部开源，方便你上手！

项目介绍

平衡车几乎是入坑电子DIY的必做项目。

并且此类平衡车原理都差不多，大家想制作属于自己的平衡车这篇文章可以提供参考。

本车包括了

传感器采集处理电机运动控制pid算法调节等许多领域

本项目外观小巧，运动性能卓越。

兼顾专业性和趣味性，非常适合作为入门练习项目。

这是附件的文档内容

开源文件说明

主要以硬件、软件两个角度展开说明。

硬件部分

模型文件都上传到附件了，包含完整的solidworks建模装配体文件。有需要发我【88】

小车按照实际尺寸建模，可以提供一点参考。

亚克力板切割用里面的DWG文件，放了两块一样的板，直接定制即可。

电路图在下方查看。

软件部分

见附件代码，当前为最新版本，后续优化会标上版本号上传。有需要发我【88】

使用Arduino IDE开发，需要自行下载准备的库有：、。

工程中的每个模块为.h+.cpp文件的组合，已添加了很多注释，可自行查阅。

蓝牙调参

需要将最开头的BTMODE 宏定义修改为0（默认为1，即遥控模式）。

手机端APP用任意的蓝牙调试APP都行，发送指令格式见代码中的注释说明如下：

/* 蓝牙发送参数指令，使用JSON格式进行打包和解析，字符串格式： "{"cmd":1,"data":[p,i,d]}" , (p、i、d为常数) * cmd=1：角度环pid设置 * cmd=2：速度环pid设置 * cmd=3：转向环pid(暂未添加) * cmd=4：角度平衡值, 发送格式："{"cmd":4,"data":[angle]}" , (angle为常数) * cmd=5：速度值，同角度 * cmd=6：转向值，同上 **/

蓝牙遥控

遥控用的APP已放在附件中，仅限安卓平台。在APP里自行配置的摇杆参数如下图所示：

设计图

原理图

PCB

硬件设计详述

主要以3D建模、焊接组装、材料清单三个方面展开描述。

3D建模

完整结构建模

电机排线需要向上突出，下面放不了电池，所以使用三层板堆叠结构。

下面两层使用亚克力切割；最上层为电路板；电池放置在上层。

下层“挖空”引出电机排线、

亚克力板还需增加电机固定架孔位。

将电机安排得尽可能靠近来减小横向间距。

solidworks建模如下：

除电路板外，需要定制的仅两块相同的亚克力板，从solidworks导出为DWG文件即可定制。

焊接和组装

电路板焊接测试

CH340缺了一个电容（见debug部分）。

飞线已解决，上了一坨热熔胶固定。

电源接口也加上了热熔胶，防短路。

整体组装

下面两层亚克力板，上面一层PCB。

用M3六角铜柱连接固定，长度能短则短，但电池和排线需要一定的空间。

下面用的长度15mm，上面是20mm。

最下面的电机是用的附赠的电机座，螺丝固定。

Debug记录

CH340 V3接口缺少一个0.1uF电容接地，导致无法正常连接串口。

用飞线接上电容后可以正常工作。

电机排线6p插座方向设置错误。

原设计打算放在背面，但根据实际接线顺序需要放在正面。

请注意检查，否则容易造成短路风险。

材料清单

其他“元件”：

剩下的CH340、AMS1117还有电阻电容等元件比较常规，可根据BOM表配单。

买的时候注意封装型号。

特别说明

本项目电路焊接部分有一定的门槛！！

如果对小型贴片器件的焊接没有把握，不建议尝试！

打板的时候选嘉立创SMT代工，省去了自己焊的麻烦。

基本信息

主控芯片：ESP32-WROOM

六轴加速度传感器模块：MPU6050

用于获取姿态信息。

芯片：DRV8833驱动电机运动，提供较大电流。

电机：选用N20减速电机。

带有AB相霍尔编码器用于测量转速。

供电：选用7.4V锂电池(2s)。

经线性稳压器：LM1084稳压至5V。

再使用1117稳压至3.3V给ESP32供电。

程序部分：基于Arduino IDE。

使用开源库实现角度获取和pid算法平衡控制。

使用JSON库编写了指令解析程序，用于蓝牙远程调节pid参数。

并借助开源的安卓蓝牙APP用来遥控小车运动。

总结

从结构与软件层面进行总结，以下是当前的问题。

结构层面

如果再要减小的话就要换更小的电机才行。

最大的问题是电池接线，电机排线也比较突出，倒地的时候撞到排线，可能造成损坏。

改进方式：考虑连接座换成直针，代替目前的弯针即可解决。

软件层面

PID运行的前一分钟，电机运动会出现明显的滞后和超调现象，运行一段时间才能恢复正常的平衡模式。

目前未排查到原因，估计是某些变量初始化时的问题，还在排查中。

小车运行稳定程度也还有提升空间，静止时还不能很稳。

一方面PID算法和参数还可以优化，另一方面可能受编码器分辨率影响。

按20Hz采样率，得到编码器数据范围是0-50左右的整数值，数据精度十分有限。

后续可能的更新

优化PID算法，争取达到更稳定的效果换一种更紧凑美观的外形结构