一種兩輪自平衡車控制電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種兩輪自平衡車控制電路，包括MCU，以及MCU連接的通過電源驅動模塊連接的電源模塊、電機驅動模塊，電機編碼器模塊，姿態檢測模塊、無線控制模塊和OLED顯示模塊，電源模塊采用12v的3600mhA可充電鎳氫電池，電機驅動模塊采用TB6612FNG驅動器件，電機編碼器模塊采用工作電壓為12V，最大轉速1000轉/分的增量式編碼器，該編碼器作為兩輪自平衡車的速度傳感器，姿態檢測模塊采用整合了3軸陀螺儀和3軸加速度計的6軸運動處理組件MPU6050，無線控制模塊采用單芯片無線收發芯片nRF24L01，MCU采用STC12C5A60S2系列單片機。
【專利說明】
一種兩輪自平衡車控制電路
技術領域
[0001]本實用新型屬于便攜代步工具技術領域，特別涉及一種兩輪自平衡車控制電路。
【背景技術】
[0002]兩輪自平衡小車也可以作為一種嶄新的，便攜的交通工具，由于兩輪車采用電力驅動，且體積小，駕駛操作靈活方便，不僅占用空間更小，方便實用，對于短途出行是一種很好的選擇，具有實用價值。然而，現有技術中，兩輪自平衡小車的在成本和功能上都有不足，影響了市場推廣。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的是提供一種兩輪自平衡車控制電路，優化現有設計，方便參數調試。
[0004]本實用新型的技術方案是，一種兩輪自平衡車控制電路，包括MCU，以及MCU連接的通過電源驅動模塊連接的電源模塊、電機驅動模塊，電機編碼器模塊，姿態檢測模塊、無線控制模塊和OLED顯示模塊，
[0005]電源模塊采用12v的3600mhA可充電鎳氫電池，
[0006]電機驅動模塊采用TB6612FNG驅動器件，
[0007]電機編碼器模塊采用工作電壓為12V，最大轉速1000轉/分的增量式編碼器，該編碼器作為兩輪自平衡車的速度傳感器，
[0008]姿態檢測模塊采用整合了3軸陀螺儀和3軸加速度計的6軸運動處理組件MPU6050，
[0009]無線控制模塊采用單芯片無線收發芯片nRF24L01，
[0010]MCU 采用 STC12C5A60S2 系列單片機。
[0011]本實用新型在實現了一種優化的一種兩輪自平衡車控制電路同時，方便了對兩輪自平衡車的參數調試。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型實施例的電路組成示意圖。
【具體實施方式】
[0013]如圖1所示，一種兩輪自平衡車控制電路，包括MCU，以及MCU連接的通過電源驅動模塊連接的電源模塊、電機驅動模塊，電機編碼器模塊，姿態檢測模塊、無線控制模塊和OLED顯示模塊。
[0014]電源模塊采用12v，3600mhA大容量可充電鎳氫電池，以保證供電的充足，電源轉化模塊可以提供不同電壓的轉化12V電壓提供給電機，3.3V供給mpu6050，5V電壓提供給主芯片供電。
[0015]電機驅動模塊使用的TB6612FNG是一款新型驅動器件，能獨立雙向控制2個直流電機，它具有很高的集成度，同時能提供足夠的輸出能力，運行性能和能耗方面也具有優勢，因此在集成化、小型化的電機控制系統中，它可以作為理想的電機驅動器件。TB6612FNG是東芝半導體公司生產的一款直流電機驅動器件，它具有大電流MOSFET-H橋結構，雙通道電路輸出，可同時驅動2個電機。TB6612FNG每通道輸出最高1.2A的連續驅動電流，啟動峰值電流達2A/3.2A(連續脈沖/單脈沖)；4種電機控制模式:正轉/反轉/制動/停止;PffM支持頻率高達1 O k H z ;待機狀態；片內低壓檢測電路與熱停機保護電路；工作溫度:-2 O?8 5 °C ;SS0P24小型貼片封裝。
[0016]電機編碼器模塊的工作電壓為12V，最大轉速1000轉每分。選擇增量式編碼器作為兩輪平衡小車的速度傳感器，這款編碼器可以提供兩相輸出，體積小，質量輕，線數多，能夠滿足實際需求，另外選用齒數較少的傳動齒輪，能夠有效的提高光電編碼器與電機的轉速相比，使相同的速度下采到的脈沖更多，這就提高了速度反饋的精度。增量式光電編碼器的每一個輸出信號對應一個位移增量，但它不能通過其輸出脈沖來區別增量具體的位置。它可以產生和位移增量值相等的脈沖信號，其作用是可以提供對連續的位移量增量化或離散化及位移變化的一種傳感方法，是相對某個基準點相對的位置增量，不能直接測出其軸的絕對位置;此光電編碼器的輸出相和相相差。脈沖信號，可方便的判斷出來旋轉的方向，作為參考零位相標志的脈沖信號，碼盤旋轉一周，就發出相應的一個標志脈沖信號。其中標志脈沖通常指示對積累量清零或機械位置。此編碼器主要是由碼盤、光源、檢測光柵光、電檢測器件和轉換電路構成。
[0017]姿態檢測模塊MPU6050為全球首例整合了6軸運動處理組件，整合了 3軸陀螺儀，3軸加速度計。相較于多組件方案，不僅免除了組合陀螺儀和加速度計數據時所存在的時差問題，而且減少了大量的包裝空間縮小了整個套件的尺寸。其其角速度全格感測范圍為正負250，正負500，正負2000，可以通過編程進行選擇，以準確追蹤快速與慢速動作;并且用戶可以在正負2g，正負4g，正負16g之間選擇加速度值測量范圍。角度、角速度計算和角度控制是自平衡控制算法中的重點部分，良好的角度控制算法產生穩定的平衡控制效果，角度、角速度的計算將根據傳感器的外圍電路信號的放大及信號濾波等來確定相關角度和角速度換算。
[0018]無線傳輸模塊采用的nRF24L01是由Nordic公司出品的單芯片無線收發芯片，工作于2.4GHz?2.5GHz的頻率，芯片內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。發射功率和工作頻率等工作參數可以很容易的通過6線I2C端口與單片機設定的端口所連接。本實用新型無線模塊包括連接在發送單片機的發送模塊A，連接在接收單片機的接收模塊B，通過該無線通信方式實現了對兩輪平衡車的參數調試。
[0019]單片機微處理模塊采用的STC12C5A60S2系列單片機是宏晶科技生產的單時鐘周期的單片機，是高速，低功耗，超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8-12倍。內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換，針對電機控制，強干擾場合。STC12C5A60S2單片機內部就自帶高達60K FLASH ROM，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。而且STC系列單片機支持串口程序燒寫。顯而易見，這種單片機對開發設備的要求很低，開發時間也大大縮短。寫入單片機內的程序還可以進行加密，這又很好地保護了你的勞動成果。本設計采用兩個STC12系列單片機一個作為發送ro值的發送機，另一個作為算法處理和中斷搭載的接收機。
[0020]OLED顯示模塊，OLED即有機發光二極管。模塊分辨率是128x64，內置了升壓電路(0LED點亮顯示8?14V的高壓)和復位電路，所以只要3?5V電源輸入電壓即可。采用I2C或SPI總線通過，電路連接簡潔。小體積帶來小的功耗，只要3mA左右的電流就能讓它顯示內容，耗能非常小。MCU的控制方式如下:控制方式是OLED顯示控制器與單片機系統中的某個并行I/O接口銜接，單片機通過對該I/O接口的操作間接地實現對OLED顯示控制器的控制。這種控制方式在硬件電路上系統需要一個8位并行接口與OLED顯示控制器的數據線連接，作為數據總線，還需要一個3位并行接口作為時序控制信號線RD，WR，RS或E，R/W，RS。這種控制方式的接口電路與時序無關。再有由于并行接口是專用于OLED顯示控制器的接口，而且該并行接口自身在單片機系統中有相應的片選地址，所以OLED顯示控制器的片選信號可以直接接地作選通態。
【主權項】
1.一種兩輪自平衡車控制電路，其特征在于，包括MCU，以及MCU連接的通過電源驅動模塊連接的電源模塊、電機驅動模塊，電機編碼器模塊，姿態檢測模塊、無線控制模塊和OLED顯示模塊， 電源模塊采用12 V的3600mhA可充電鎳氫電池， 電機驅動模塊采用TB6612FNG驅動器件， 電機編碼器模塊采用工作電壓為12V，最大轉速1000轉/分的增量式編碼器，該編碼器作為兩輪自平衡車的速度傳感器， 姿態檢測模塊采用整合了3軸陀螺儀和3軸加速度計的6軸運動處理組件MPU6050， 無線控制模塊采用單芯片無線收發芯片nRF24L01， MCU采用STC12C5A60S2系列單片機。
【文檔編號】G05B19/042GK205594387SQ201620389230
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月29日
【發明人】張坤, 于志明, 劉雨青, 曹守啟, 吳燕翔
【申請人】上海海洋大學