• STM32两轮平衡小车原理详解（开源）

    一、引言

    关于STM32两轮平衡车的设计，我想在读者阅读本文之前应该已经有所了解，所以本文的重点是代码的分享和分析。至于具体的原理，我觉得读者不必阅读长篇大论的文章，只需按照本文分享的代码自己亲手制作一辆平衡车，其原理并不言而喻了。源完整代码工程在文章末尾百度网盘链接，请需要的读者自行下载即可。

    另外，由于平衡车的精髓在于PID算法的运用，有需要了解PID算法的读者可以参考以下两篇文章：

    PID算法详解（代码详解篇），位置式PID、增量式PID（通用）_pid 代码-CSDN博客

    PID算法详解（精华知识汇总）_小小_扫地僧的博客-CSDN博客

    二、所需材料

    1、STM32F03C8T6

    2、MPU6050

    3、蓝牙模块

    4、编码电机

    5、TB6612

    6、电源+稳压模块

    7、OLED显示模块

    三、接线强调

    1、TB6612接线

    2、蓝牙模块与单片机之间

    单片机                蓝牙模块

     TX      ——>     RX  

     RX      ——>     TX  

    3、MPU6050 

    使用IIC通信，所以对照代码接SDA、SCL、GND、VCC、IN（中断触发线）

    四、功能介绍

    1、两轮平衡直立

    2、蓝牙APP控制运动状态

    3、遥控手柄控制

    4、超声波避障

    五、关键算法

    PID算法对编码电机的控制

    1.位置闭环控制

            位置闭环控制就是根据编码器的脉冲累加测量电机的位置信息，并与目标值进行比较，得到控制偏差，然后通过对偏差的比例、积分、微分进行控制，使偏差趋向于零的过程。 位置闭环控制就是根据编码器的脉冲累加测量电机的位置信息，并与目标值进行比较，得到控制偏差，然后通过对偏差的比例、积分、微分进行控制，使偏差趋向于零的过程.

    1.1理论分析

    1.2控制原理图 

    1.3C语言实现 

    1. int Position_PID (int Encoder, int Target)
    2. {
    3.     static float Bias, Pwm,Integral_bias,Last_Bias;
    4.     Bias=Encoder-Target;//计算偏差
    5.     Integral_bias+=Bias; //求出偏差的积分
    6.     Pwm=Position_KP*Bias+Position_KI*Integral_bias+Position_KD*(Bias-Last_Bias);Last_Bias=Bias;  //保存上一次偏差
    7.     return Pwm; //输出
    8. }
    9.

    入口参数为编码器的位置测量值和位置控制的目标值，返回值为电机控制PWM(现在再看一下上面的控制原理图是不是更加容易明白了)。
    第一行是相关内部变量的定义。
    第二行是求出速度偏差，由测量值减去目标值。第三行通过累加求出偏差的积分。
    第四行使用位置式PID控制器求出电机 PWM。第五行保存上一次偏差，便于下次调用。最后一行是返回。
    然后，在定时中断服务函数里面调用该函数实现我们的控制目标:Moto=Position_PID(Encoder, Target_Position);
    Set_Pwm(Moto) ;//===赋值给PWM寄存器

    2、速度闭环控制

    速度闭环控制就是根据单位时间获取的脉冲数(这里使用了M法测速)测量电机的速度信息，并与目标值进行比较，得到控制偏差，然后通过对偏差的比例、积分、微分进行控制，使偏差趋向于零的过程。
    一些PID的要点在位置控制中已经有讲解，这里不再赘叙。
    需要说明的是，这里速度控制20ms一次，一般建议10ms或者5ms，因为在这里电机是使用USB供电，速度比较慢，20ms可以延长获取速度的单位时间，提高编码器的采值。

     2.1理论分析

    根据增量式离散PID公式 根据增量式离散PID公式
    Pwm+=Kp[e(k)-e(k-1)]+Ki*e(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]
    e(k):本次偏差
    e(k-1):上一次的偏差e (k-2):上上次的偏差
    Pwm 代表增量输出

    在我们的速度控制闭环系统里面只使用PI控制，因此对PID控制器可简化为以下公式:
    Pwm+=Kp[e(k)-e(k-1)]+Ki*e(k)

    2.2 控制原理图

    2.3 C语言实现

    增量式PI控制器具体通过C语言实现的代码如下:
     

    1. int Incremental_PI (int Encoder,int Target)
    2. {
    3.     static float Bias, Pwm, Last_bias;
    4.     Bias=Encoder-Target;//计算偏差
    5.     Pwm+=Velocity_KP*(Bias-Last_bias)+Velocity_KI*Bias;//增量式PI控制器
    6.     Last_bias=Bias;//保存上一次偏差
    7.     return Pwm;//增量输出
    8. }

    入口参数为编码器的速度测量值和速度控制的目标值，返回值为电机控制PWM。
    第一行是相关内部变量的定义。
    第二行是求出速度偏差，由测量值减去目标值。第三行使用增量PI控制器求出电机PWM。
    第四行保存上一次偏差，便于下次调用。最后一行是返回。
    然后，在定时中断服务函数里面调用该函数实现我们的控制目标:

    Moto=Incremental_PI(Encoder, Target_Velocity);Set_Pwm(Moto);//===赋值给对应MCU的PWM寄存器

    六、关键代码分析

    1、编码电机PID算法控制

    1. #include "control.h"
    2. #include "usart2.h"
    3.  
    4. /**************************************************************************
    5. 函数功能：所有的控制代码都在这里面
    6.          5ms定时中断由MPU6050的INT引脚触发
    7.          严格保证采样和数据处理的时间同步	
    8. 				 在MPU6050的采样频率设置中，设置成100HZ，即可保证6050的数据是10ms更新一次。
    9. 				 读者可在imv_mpu.h文件第26行的宏定义进行修改(#define DEFAULT_MPU_HZ  (100))
    10. **************************************************************************/
    11. #define SPEED_Y 100 //俯仰(前后)最大设定速度
    12. #define SPEED_Z 80//偏航(左右)最大设定速度 
    13.  
    14. int Balance_Pwm,Velocity_Pwm,Turn_Pwm,Turn_Kp;
    15.  
    16. float Mechanical_angle=8; 
    17. float Target_Speed=0;	//期望速度（俯仰）。用于控制小车前进后退及其速度。
    18. float Turn_Speed=0;		//期望速度（偏航）
    19.  
    20. //针对不同车型参数，在sys.h内设置define的电机类型
    21. float balance_UP_KP=BLC_KP; 	 // 小车直立环PD参数
    22. float balance_UP_KD=BLC_KD;
    23.  
    24. float velocity_KP=SPD_KP;     // 小车速度环PI参数
    25. float velocity_KI=SPD_KI;
    26.  
    27. float Turn_Kd=TURN_KD;//转向环KP、KD
    28. float Turn_KP=TURN_KP;
    29.  
    30.  
    31.  
    32. void EXTI9_5_IRQHandler(void) 
    33. {
    34. 	static u8 Voltage_Counter=0;
    35. 	if(PBin(5)==0)
    36. 	{
    37. 		EXTI->PR=1<<5;                                          //清除LINE5上的中断标志位   
    38. 		mpu_dmp_get_data(&pitch,&roll,&yaw);		            //得到欧拉角（姿态角）的数据
    39. 		MPU_Get_Gyroscope(&gyrox,&gyroy,&gyroz);				//得到陀螺仪数据
    40. 		Encoder_Left=Read_Encoder(2);                           //读取编码器的值，保证输出极性一致
    41. 		Encoder_Right=-Read_Encoder(3);                         //读取编码器的值
    42. 		Led_Flash(100);
    43. 		
    44. 		Voltage_Counter++;
    45. 		if(Voltage_Counter==20)                                 //100ms读取一次电压
    46. 		{
    47. 			Voltage_Counter=0;
    48. 			Voltage=Get_battery_volt();		                    //读取电池电压
    49. 		}
    50. 		
    51. 		if(KEY_Press(100))										//长按按键切换模式并触发模式切换初始化
    52. 		{
    53. 			if(++CTRL_MODE>=101) 
    54. 				CTRL_MODE=97;
    55. 			Mode_Change=1;
    56. 		}
    57. 		
    58. 		Get_RC();
    59. 			
    60. 		Target_Speed=Target_Speed>SPEED_Y?SPEED_Y:(Target_Speed<-SPEED_Y?(-SPEED_Y):Target_Speed);//限幅
    61. 		Turn_Speed=Turn_Speed>SPEED_Z?SPEED_Z:(Turn_Speed<-SPEED_Z?(-SPEED_Z):Turn_Speed);//限幅( (20*100) * 100)
    62. 			
    63. 		Balance_Pwm =balance_UP(pitch,Mechanical_angle,gyroy);   							//===直立环PID控制	
    64. 		Velocity_Pwm=velocity(Encoder_Left,Encoder_Right,Target_Speed);       //===速度环PID控制	 
    65. 		Turn_Pwm =Turn_UP(gyroz,Turn_Speed);        						  //===转向环PID控制
    66. 		Moto1=Balance_Pwm-Velocity_Pwm+Turn_Pwm;                              //===计算左轮电机最终PWM
    67. 		Moto2=Balance_Pwm-Velocity_Pwm-Turn_Pwm;                              //===计算右轮电机最终PWM
    68. 	    Xianfu_Pwm();  														  //===PWM限幅
    69. 		Turn_Off(pitch,12);													  //===检查角度以及电压是否正常
    70. 		Set_Pwm(Moto1,Moto2);                                                 //===赋值给PWM寄存器  
    71. 	}
    72. }
    73.  
    74. /**************************************************************************
    75. 函数功能：直立PD控制
    76. 入口参数：角度、机械平衡角度（机械中值）、角速度
    77. 返回  值：直立控制PWM
    78. **************************************************************************/
    79. int balance_UP(float Angle,float Mechanical_balance,float Gyro)
    80. {  
    81.    float Bias;
    82. 	 int balance;
    83. 	 Bias=Angle-Mechanical_balance;    							 //===求出平衡的角度中值和机械相关
    84. 	 balance=balance_UP_KP*Bias+balance_UP_KD*Gyro;              //===计算平衡控制的电机PWM  PD控制   kp是P系数 kd是D系数 
    85. 	 return balance;
    86. }
    87.  
    88. /**************************************************************************
    89. 函数功能：速度PI控制
    90. 入口参数：电机编码器的值
    91. 返回  值：速度控制PWM
    92. **************************************************************************/
    93. int velocity(int encoder_left,int encoder_right,int Target_Speed)
    94. {  
    95.     static float Velocity,Encoder_Least,Encoder;
    96. 	  static float Encoder_Integral;
    97.    //=============速度PI控制器=======================//	
    98. 		Encoder_Least =(Encoder_Left+Encoder_Right);//-target;              //===获取最新速度偏差==测量速度（左右编码器之和）-目标速度 
    99. 		Encoder *= 0.8;		                                                //===一阶低通滤波器       
    100. 		Encoder += Encoder_Least*0.2;	                                    //===一阶低通滤波器    
    101. 		Encoder_Integral +=Encoder;                                         //===积分出位移 积分时间：10ms
    102. 		Encoder_Integral=Encoder_Integral - Target_Speed;                   //===接收遥控器数据，控制前进后退
    103. 		if(Encoder_Integral>10000)  	Encoder_Integral=10000;             //===积分限幅
    104. 		if(Encoder_Integral<-10000)		Encoder_Integral=-10000;            //===积分限幅	
    105. 		Velocity=Encoder*velocity_KP+Encoder_Integral*velocity_KI;          //===速度控制	
    106. 	  if(pitch<-40||pitch>40) 			Encoder_Integral=0;     			//===电机关闭后清除积分
    107. 	  return Velocity;
    108. }
    109. /**************************************************************************
    110. 函数功能：转向PD控制
    111. 入口参数：电机编码器的值、Z轴角速度
    112. 返回  值：转向控制PWM
    113. **************************************************************************/
    114.  
    115. int Turn_UP(int gyro_Z, int RC)
    116. {
    117. 	int PWM_out;
    118. 		/*转向约束*/
    119. 	if(RC==0)
    120. 		Turn_Kd=TURN_KD;                                              //若无左右转向指令，则开启转向约束
    121. 	else 
    122. 		Turn_Kd=0;                                                    //若左右转向指令接收到，则去掉转向约束
    123. 	
    124. 	PWM_out=Turn_Kd*gyro_Z + Turn_KP*RC;
    125. 	return PWM_out;
    126. }
    127.  
    128. void Tracking()
    129. {
    130. 	TkSensor=0;
    131. 	TkSensor+=(C1<<3);
    132. 	TkSensor+=(C2<<2);
    133. 	TkSensor+=(C3<<1);
    134. 	TkSensor+=C4;
    135. }
    136. void Get_RC()
    137. {
    138. 	static u8 SR04_Counter =0;
    139. 	static float RATE_VEL = 1;
    140. 	float RATE_TURN = 1.6;
    141. 	float LY,RX;      //PS2手柄控制变量
    142. 	int Yuzhi=2;  		//PS2控制防抖阈值
    143. 	switch(CTRL_MODE)
    144. 	{
    145. 		case 97:
    146. 			SR04_Counter++;
    147. 			if(SR04_Counter>=20)									         //100ms读取一次超声波的数据
    148. 			{
    149. 				SR04_Counter=0;
    150. 				SR04_StartMeasure();												 //读取超声波的值
    151. 			}
    152. 			if(SR04_Distance<=30)				
    153. 			{
    154. 				Target_Speed=0,Turn_Speed=40;
    155. 			}
    156. 			else
    157. 			{
    158. 				Target_Speed=30,Turn_Speed=0;
    159. 			}
    160. 			break;
    161. 			
    162. 		case 98://蓝牙模式
    163. 			if((Fore==0)&&(Back==0))
    164. 				Target_Speed=0;//未接受到前进后退指令-->速度清零，稳在原地
    165. 			if(Fore==1)
    166. 				Target_Speed--;//前进1标志位拉高-->需要前进
    167. 			if(Back==1)
    168. 				Target_Speed++;//
    169. 			/*左右*/
    170. 			if((Left==0)&&(Right==0))
    171. 				Turn_Speed=0;
    172. 			if(Left==1)
    173. 				Turn_Speed-=30;	//左转
    174. 			if(Right==1)
    175. 				Turn_Speed+=30;	//右转
    176. 			break;
    177. 			
    178. 		case 99://循迹模式
    179. 			Tracking();
    180. 			switch(TkSensor)
    181. 			{
    182. 				case 15:
    183. 					Target_Speed=0;
    184. 					Turn_Speed=0;
    185. 					break;
    186. 				
    187. 				case 9:
    188. 					Target_Speed--;
    189. 					Turn_Speed=0;
    190. 					break;
    191. 				
    192. 				case 2://向右转
    193. 					Target_Speed--;
    194. 					Turn_Speed=15;
    195. 					break;
    196. 				
    197. 				case 4://向左转
    198. 					Target_Speed--;
    199. 					Turn_Speed=-15;
    200. 					break;
    201. 				
    202. 				case 8:
    203. 					Target_Speed=-10;
    204. 					Turn_Speed=-80;
    205. 					break;
    206. 				
    207. 				case 1:
    208. 					Target_Speed=-10;
    209. 					Turn_Speed=80;
    210. 					break;
    211. 			}
    212. 			break;
    213. 			
    214. 		case 100://PS2手柄遥控
    215. 			if(PS2_Plugin)
    216. 			{
    217. 				LY=PS2_LY-128; //获取偏差
    218. 				RX=PS2_RX-128; //获取偏差
    219. 				if(LY>-Yuzhi&&LY
    220. 					LY=0; //设置小角度的死区
    221. 				if(RX>-Yuzhi&&RX
    222. 					RX=0; //设置小角度的死区
    223. 				if(Target_Speed>-LY/RATE_VEL) 
    224. 					Target_Speed--;
    225. 				else if(Target_Speed<-LY/RATE_VEL) 
    226. 					Target_Speed++;
    227. 				Turn_Speed=RX/RATE_TURN;
    228. 			}
    229. 			else
    230. 			{
    231. 				Target_Speed=0,Turn_Speed=0;
    232. 			}
    233. 		break;
    234. 	}
    235. }

     2、编码电机编码值采集

    1. #include "encoder.h"
    2.  
    3.  
    4. /**************************************************************************
    5. 函数功能：把TIM2初始化为编码器接口模式
    6. 入口参数：无
    7. 返回  值：无
    8. **************************************************************************/
    9. void Encoder_Init_TIM2(void)
    10. {
    11. 	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;  
    12.   TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;  
    13.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    14.   RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);//使能定时器4的时钟
    15.   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);//使能PB端口时钟
    16. 	
    17.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1;	//端口配置
    18.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空输入
    19.   GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					      //根据设定参数初始化GPIOB
    20.   
    21.   TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);
    22.   TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0x0; // 预分频器 
    23.   TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = ENCODER_TIM_PERIOD; //设定计数器自动重装值
    24.   TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;//选择时钟分频：不分频
    25.   TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;TIM向上计数  
    26.   TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);
    27.   TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM2, TIM_EncoderMode_TI12, TIM_ICPolarity_Rising, TIM_ICPolarity_Rising);//使用编码器模式3
    28.   TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);
    29.   TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 10;
    30.   TIM_ICInit(TIM2, &TIM_ICInitStructure);
    31.   TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);//清除TIM的更新标志位
    32.   TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);
    33.   //Reset counter
    34.   TIM_SetCounter(TIM2,0);
    35.   TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); 
    36. }
    37. /**************************************************************************
    38. 函数功能：把TIM3初始化为编码器接口模式
    39. 入口参数：无
    40. 返回  值：无
    41. **************************************************************************/
    42. void Encoder_Init_TIM3(void)
    43. {
    44. 	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;  
    45.   TIM_ICInitTypeDef TIM_ICInitStructure;  
    46.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    47.   RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);//使能定时器4的时钟
    48.   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);//使能PB端口时钟
    49. 	
    50.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;	//端口配置
    51.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空输入
    52.   GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);					      //根据设定参数初始化GPIOB
    53.   
    54.   TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);
    55.   TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 0x0; // 预分频器 
    56.   TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = ENCODER_TIM_PERIOD; //设定计数器自动重装值
    57.   TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;//选择时钟分频：不分频
    58.   TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;TIM向上计数  
    59.   TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); 
    60.   TIM_EncoderInterfaceConfig(TIM3, TIM_EncoderMode_TI12,TIM_ICPolarity_Rising, TIM_ICPolarity_Rising);//使用编码器模式3
    61.   TIM_ICStructInit(&TIM_ICInitStructure);
    62.   TIM_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 10;
    63.   TIM_ICInit(TIM3, &TIM_ICInitStructure);
    64.   TIM_ClearFlag(TIM3, TIM_FLAG_Update);//清除TIM的更新标志位
    65.   TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update, ENABLE);
    66.   //Reset counter
    67.   TIM_SetCounter(TIM3,0);
    68.   TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); 
    69. }
    70.  
    71. /**************************************************************************
    72. 函数功能：单位时间读取编码器计数
    73. 入口参数：定时器
    74. 返回  值：速度值
    75. **************************************************************************/
    76. int Read_Encoder(u8 TIMX)
    77. {
    78.     int Encoder_TIM;    
    79.    switch(TIMX)
    80. 	 {
    81. 	   case 2:  
    82. 		 Encoder_TIM= (short)TIM2 -> CNT; 
    83. 		 TIM2 -> CNT=0;
    84. 		 break;
    85. 	   case 3:  
    86. 		 Encoder_TIM= (short)TIM3 -> CNT;  TIM3 -> CNT=0;
    87. 	     break;	
    88. 		 default: Encoder_TIM=0;
    89. 	 }
    90. 		return Encoder_TIM;
    91. }
    92.  
    93.

    3、PWM配置

    1. #include "pwm.h"
    2.  
    3.  
    4.  
    5. //PWM输出初始化
    6. //arr：自动重装值
    7. //psc：时钟预分频数
    8. //TIM1_PWM_Init(7199,0);//PWM频率=72000/(7199+1)=10Khz
    9.  
    10. void TIM1_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
    11. {  
    12. 	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    13. 	TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
    14. 	TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;
    15. 	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);// 
    16.  	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA , ENABLE);  //使能GPIO外设时钟使能
    17.    //设置该引脚为复用输出功能,输出TIM1 CH1 CH4的PWM脉冲波形
    18. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_11; //TIM_CH1 //TIM_CH4
    19. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出
    20. 	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    21. 	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    22. 	
    23. 	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值	 
    24. 	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值  不分频
    25. 	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
    26. 	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
    27. 	TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
    28.  
    29.  
    30. 	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式1
    31. 	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
    32. 	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;                            //设置待装入捕获比较寄存器的脉冲值
    33. 	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = arr >> 1;
    34. 	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;     //输出极性:TIM输出比较极性高
    35. 	TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);  //根据TIM_OCInitStruct中指定的参数初始化外设TIMx
    36. 	TIM_OC4Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);  //根据TIM_OCInitStruct中指定的参数初始化外设TIMx
    37.  
    38.     TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1,ENABLE);	//MOE 主输出使能	
    39.  
    40. 	TIM_OC1PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable);  //CH1预装载使能	 
    41. 	TIM_OC4PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable);  //CH4预装载使能	 
    42. 	
    43. 	TIM_ARRPreloadConfig(TIM1, ENABLE); //使能TIMx在ARR上的预装载寄存器
    44. 	
    45. 	TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);  //使能TIM1
    46. }

    4、蓝牙控制

    1. #include "usart2.h"
    2.  
    3. /**************************************************************************
    4. 函数功能：串口2初始化
    5. 入口参数： bound:波特率
    6. 返回  值：无
    7. **************************************************************************/
    8. void uart2_init(u32 bound)
    9. {  	 
    10. 	  //GPIO端口设置
    11.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    12. 	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    13. 	 
    14. 	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//使能UGPIOB时钟
    15.   RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE);	//使能USART2时钟
    16. 	//USART2_TX  
    17.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2; //PA2
    18.   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    19.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;	//复用推挽输出
    20.   GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    21.    
    22.   //USART2_RX	  
    23.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;//PA3
    24.   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
    25.   GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    26.  
    27.    //USART 初始化设置
    28. 	USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//串口波特率
    29. 	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长为8位数据格式
    30. 	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
    31. 	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶校验位
    32. 	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
    33. 	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;	//收发模式
    34.   USART_Init(USART2, &USART_InitStructure);     //初始化串口2
    35.   USART_ITConfig(USART2, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启串口接受中断
    36.   USART_Cmd(USART2, ENABLE);                    //使能串口2 
    37. }
    38.  
    39. /**************************************************************************
    40. 函数功能：串口2接收中断
    41. 入口参数：无
    42. 返回  值：无
    43. **************************************************************************/
    44. u8 Fore,Back,Left,Right;
    45. void USART2_IRQHandler(void)
    46. {
    47. 	int Uart_Receive;
    48. 	if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)!=RESET)//接收中断标志位拉高
    49. 	{
    50. 		Uart_Receive=USART_ReceiveData(USART2);//保存接收的数据
    51. 		BluetoothCMD(Uart_Receive);								
    52. 	}
    53. }
    54.  
    55. void BluetoothCMD(int Uart_Receive)
    56. {
    57. 	switch(Uart_Receive)
    58. 		{
    59. 			case 90://停止
    60. 				Fore=0,Back=0,Left=0,Right=0;
    61. 				break;
    62. 			case 65://前进
    63. 				Fore=1,Back=0,Left=0,Right=0;
    64. 				break;
    65. 			case 72://左前
    66. 				Fore=1,Back=0,Left=1,Right=0;
    67. 				break;
    68. 			case 66://右前
    69. 				Fore=1,Back=0,Left=0,Right=1;
    70. 				break;
    71. 			case 71://左转
    72. 				Fore=0,Back=0,Left=1,Right=0;
    73. 				break;
    74. 			case 67://右转
    75. 				Fore=0,Back=0,Left=0,Right=1;
    76. 				break;
    77. 			case 69://后退
    78. 				Fore=0,Back=1,Left=0,Right=0;
    79. 				break;
    80. 			case 70://左后,向右旋
    81. 				Fore=0,Back=1,Left=0,Right=1;
    82. 				break;
    83. 			case 68://右后，向左旋
    84. 				Fore=0,Back=1,Left=1,Right=0;
    85. 				break;
    86. 			default://停止
    87. 				Fore=0,Back=0,Left=0,Right=0;
    88. 				break;
    89. 		}
    90. }
    91.  
    92. void Uart2SendByte(char byte)   //串口发送一个字节
    93. {
    94. 		USART_SendData(USART2, byte);        //通过库函数  发送数据
    95. 		while( USART_GetFlagStatus(USART2,USART_FLAG_TC)!= SET);  
    96. 		//等待发送完成。   检测 USART_FLAG_TC 是否置1；    //见库函数 P359 介绍
    97. }
    98.  
    99. void Uart2SendBuf(char *buf, u16 len)
    100. {
    101. 	u16 i;
    102. 	for(i=0; iUart2SendByte(*buf++);
    103. }
    104. void Uart2SendStr(char *str)
    105. {
    106. 	u16 i,len;
    107. 	len = strlen(str);
    108. 	for(i=0; iUart2SendByte(*str++);
    109. }
    110.

    5、中断处理函数

    1. void EXTI9_5_IRQHandler(void) 
    2. {
    3. 	static u8 Voltage_Counter=0;
    4. 	if(PBin(5)==0)
    5. 	{
    6. 		EXTI->PR=1<<5;                                          //清除LINE5上的中断标志位   
    7. 		mpu_dmp_get_data(&pitch,&roll,&yaw);		            //得到欧拉角（姿态角）的数据
    8. 		MPU_Get_Gyroscope(&gyrox,&gyroy,&gyroz);				//得到陀螺仪数据
    9. 		Encoder_Left=Read_Encoder(2);                           //读取编码器的值，保证输出极性一致
    10. 		Encoder_Right=-Read_Encoder(3);                         //读取编码器的值
    11. 		Led_Flash(100);
    12. 		
    13. 		Voltage_Counter++;
    14. 		if(Voltage_Counter==20)                                 //100ms读取一次电压
    15. 		{
    16. 			Voltage_Counter=0;
    17. 			Voltage=Get_battery_volt();		                    //读取电池电压
    18. 		}
    19. 		
    20. 		if(KEY_Press(100))										//长按按键切换模式并触发模式切换初始化
    21. 		{
    22. 			if(++CTRL_MODE>=101) 
    23. 				CTRL_MODE=97;
    24. 			Mode_Change=1;
    25. 		}
    26. 		
    27. 		Get_RC();
    28. 			
    29. 		Target_Speed=Target_Speed>SPEED_Y?SPEED_Y:(Target_Speed<-SPEED_Y?(-SPEED_Y):Target_Speed);//限幅
    30. 		Turn_Speed=Turn_Speed>SPEED_Z?SPEED_Z:(Turn_Speed<-SPEED_Z?(-SPEED_Z):Turn_Speed);//限幅( (20*100) * 100)
    31. 			
    32. 		Balance_Pwm =balance_UP(pitch,Mechanical_angle,gyroy);   							//===直立环PID控制	
    33. 		Velocity_Pwm=velocity(Encoder_Left,Encoder_Right,Target_Speed);       //===速度环PID控制	 
    34. 		Turn_Pwm =Turn_UP(gyroz,Turn_Speed);        						  //===转向环PID控制
    35. 		Moto1=Balance_Pwm-Velocity_Pwm+Turn_Pwm;                              //===计算左轮电机最终PWM
    36. 		Moto2=Balance_Pwm-Velocity_Pwm-Turn_Pwm;                              //===计算右轮电机最终PWM
    37. 	    Xianfu_Pwm();  														  //===PWM限幅
    38. 		Turn_Off(pitch,12);													  //===检查角度以及电压是否正常
    39. 		Set_Pwm(Moto1,Moto2);                                                 //===赋值给PWM寄存器  
    40. 	}
    41. }

    七、PCB板设计

    八、代码开源

    1、寄存器版本

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    2、HAL库版本

    链接：https://pan.baidu.com/s/1rW5M7Dz-TK4IWJxNp57mBw?pwd=zxf1 
    提取码：zxf1 
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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/m0_73931287/article/details/134233491