自平衡的莱洛三角_esp32_可充电_10*10版本 - 嘉立创EDA开源硬件平台

# 自平衡莱洛三角形可充电版 #### 介绍 **在B站[“基于LQR控制器的自平衡莱洛三角形”](https://www.bilibili.com/video/BV19v411n7mN)基础上添加了充电模块** 主控芯片使用ESP32，并配置了调参上位机，可以很方便的通过wifi无线调参。无刷控制使用灯哥开源FOC。制作出一个方便复刻的自平衡莱洛三角形，在桌面上作为一个摆件还是非常不错的 [展示视频](https://www.bilibili.com/video/BV1b3411x7za) (2202/3/15更新V2，增加RGB，更换电机驱动，平衡效果更好，优化bom更方便下单)[v2链接](https://oshwhub.com/45coll/zi-ping-heng-di-lai-luo-san-jiao_10-10-ban-ben_copy) [项目git](https://gitee.com/coll45/foc)程序在git自行下载。需要购买的东西也在git的物料清单。（后续更新内容都在git， 项目说明请以git为准 ）  左：使用灯哥开源FOC2.0板测试 中：13*13cm立创紫PCB 右：10*10cm最终版本 #### 1 软件架构 在原作者的自平衡控制**电压**算法上进行修改，将电压控制改为**速度**控制。使对模型的控制在物理上更加容易理解。并且代码的调参都可以通过连接ESP32的wifi调整。具体特性如下： * **基于 Arduino**：运行在 ESP32 Arduino 上 * **控制模式丰富**：电压控制和速度控制  #### 2 硬件特性 | 说明 | 参数 | | --- | --- | | 莱洛三角形尺寸 | 100*100 mm | | 动量轮尺寸 | 80*80 mm | | 电池*3 | 厚x长x宽:7.9mmx25mmx40mm | | 输入电压 | 3.7v锂电池*3 | | 充电电压 | 5V 从Type-C口输入 | | 充电芯片CS5095 | 5V输入,最大1.2A充电电流 | | 串口芯片CH340C | 需要打开开关才能下载 | | 主控芯片 | ESP-WROOM-32 | | 电机驱动芯片L6234PD | 引脚:32, 33, 25, 22; 22为enable | | AS5600 编码器 | SDA-23 SCL-5 | | MPU6050六轴传感器 | SDA-19 SCL-18 | #### 3 使用说明 1. 下载完[项目git](https://gitee.com/coll45/foc)所有文件后，打开arduino文件夹，解压arduino.7z完成之后双击运行esp32_package_1.0.6.exe安装esp32库环境。注意：若之前有安装过arduino，请将路径`C:\Users\用户名\AppData\Local\`的Arduino15文件夹和`此电脑\文档`内的Arduino 删除 （~~也可自行下载Arduino并安装SimpleFOC~~）（但是可能会版本不对电机不动） 2. 打开解压后的arduino文件夹内的arduino.exe，导航栏-文件-打开。选择arduino\main里面的main.ino 3. 烧录程序到ESP32：选择工具-开发板-esp32 Arduino-ESP32 Dev module，然后连接USB口选择对应的com口，编译上传。 1. 　 如无法正常编译 1. 可能与原有arduino冲突，请查看使用说明第一条 2. 文件夹路径含有非法字符，可以把Arduino移动到硬盘根目录下，如D:\Arduino 4. 打开本项目内的`python_gui`内的`可执行文件_main`内的**main.exe**并连接上WIFI：ESP32 密码：12345678。点击设置开始调参。 5. 连接成功后，点击disable，然后逆时针拨动动量轮，查看上位机中V参数是否为正值。注意！如果 逆时针转为为负值 那么需要将电机线任 6. 如果电机不能正常运行可以，点击上位机中最下方的 测试部分 ，打开电压或者速度测试，滑动滑条，查看电机能否正常运行。如还不能请检测硬件电路部分。 7. 如果不能摇摆直立，推荐调整的参数为TA、SA、SV 8. K值可以用滑块调整，拖动滑块就会发送参数命令，但是调整到合适值之后需要自行在Arduino的main中修改再烧录一次 9. 滑条：最左边输入框为滑块下限，右边是滑块上限，滑条等分成**200**份，命令是**字符串**，滑动滑块发送**字符串** + **数值** 比如让平衡角度为90度，则输入：TA90，并且会存入eeprom的位置0中 注：wifi发送**命令不能过快**，因为每次都会保存进eeprom，K参数没有保存到EEPROM所以可以使用滑条调整。 | 参数命令 | 说明 | | ---------------- |---------------------- | | TA | target_angle平衡角度 例如TA89.3 设置平衡角度89.3| | SV | swing_up_voltage摇摆电压 左右摇摆的电压，越大越快到平衡态，但是过大会翻过头| |SA|swing_up_angle摇摆角度 离平衡角度还有几度时候，切换到自平衡控制| |VP1|速度环的PID的P，1是稳定在平衡角度之前的P值| |VI1|速度环的PID的I，1是稳定在平衡角度之前的I值| |VP2|速度环的PID的P，2是稳定后的P值| |VI2|速度环的PID的I，2是稳定后的I值| |K为LQR参数|**3和4**是速度控制稳定前和后| |K3**1**|LQR的参数1：稳定前的角度差值| |K3**2**|LQR的参数2：稳定前的左右倾倒加速度| |K3**3**|LQR的参数3：稳定前的当前速度| |K4**1**|LQR的参数1：稳定后的角度差值| |K4**2**|LQR的参数2：稳定后的左右倾倒加速度| |K4**3**|LQR的参数3：稳定后的当前速度|意两线互换。 #### 4 硬件设计 使用立创EDA绘制电路原理图，LaserMaker绘制莱洛三角形和动量轮（有激光切割机可以事先切割结构作为参考）。将绘制完的图形导入到立创EDA中可作为PCB的外框。丝印图案分别是**Gawr Gura**、**ouro kronii** ~~helicopter~~ LaserMaker绘制的plt在**莱洛三角结构**文件夹内 感谢嘉立创的PCB制板，使DIY电路制作变得非常便利 [莱洛三角形PCB](https://oshwhub.com/45coll/zi-ping-heng-di-lai-luo-san-jiao_10-10-ban-ben) [动量轮](https://oshwhub.com/45coll/lai-luo-san-jiao-dong-liang-lun) 具体需要购买的物品在**物料清单.xlsx**中 #### 5 Ctrl+C +V（参考） Arduino上的控制算法是原作者的LQR，无刷电机控制是灯哥开源FOC。电机控制引脚定义与传感器定义和灯哥开源FOC控制板2.0版一样。 Python的GUI是SimpleFOC的SimpleFOCStudio。 充电电路是立创广场开源的CS5095充电方案。 1. 原作者：基于LQR控制器的自平衡莱洛三角形[BV19v411n7mN](https://www.bilibili.com/video/BV19v411n7mN) 2. 灯哥开源FOC [https://gitee.com/ream_d/Deng-s-foc-controller](https://gitee.com/ream_d/Deng-s-foc-controller) 3. 充电芯片电路[https://oshwhub.com/Aknice/cs5095e-san-jie-li-dian-chi-sheng-ya-chong-dian-dian-lu](https://oshwhub.com/Aknice/cs5095e-san-jie-li-dian-chi-sheng-ya-chong-dian-dian-lu) 4. Arduino环境提供者[https://github.com/kaliCYH](https://github.com/kaliCYH) #### 6 有用的地方 1. Arduino的程序中的command.h、command.cpp可以支持任意的字符串输入。在其他项目中一样可以用，无论是wifi接收到的字符串数据或者是串口的字符串数据。 2. GUI上位机可以在其他wifi项目中可以继续使用，用来调参还是很方便。