GD190的自平衡小车方案分享

df_flying · 发表于 2016-6-19 10:33:54

本帖最后由 df_flying 于 2016-6-19 10:43 编辑

   拿到190的小红板有段时间了，这期间工作比较忙，没时间集中来写分享。今天花点时间，将目前的一点分享工作给大家分享下。
   GD190的小红板更改了GD207小红板的安卓引脚位，使之不在需要外扩版直接兼容安卓引脚，同时提供了串口和调试于一体的USB解决方案，虽然该方案的发热量较大（好像GDlink本身就比较大），但还是更加方便了使用者的调试和串口数据的查看，（使用的下载协议不是GDlink，而是CMSIS，该方案最大的好处就是不需要相应的驱动）。这次的引脚外扩，同时提供了母座和排针，也更加的体现了人性化。如果需要外扩做自己的东西，也不需要自己购买母座或排针了~当然了，配套的资料还是比较全的，默认还带了一个RTOS。各个模块的官方例程还是藏得比较深：GD32F190\MCU开发板资料\GD32_Colibri_F190R8_TROCHILI_V0.12_PRV4代码\trochili_v0.12_preview4_20160408\firmware\GD32F1x0_Firmware_Library_V2.0.0\Examples
   GD190的小红板采用的芯片是GD32F190R8T6,LQFP-64封装的，这回几乎芯片的所有引脚都被引了出来，这样，也就更能充分的让大家使用该芯片了。
   回归正题，此次分享给大家带来一个自平衡小车的DIY，整个制作过程和软件代码的移植步骤，所以内容可能较多，有一定经验的看了希望别喷。用到的单片资源，主要如下：LED1-5 其中LED1-3分别是小板上的LED，这里由于设计原因没办法看到，但引脚没有用到也就放在那了，LED5(PA4)为电源电压检测LED，电压过低会亮起。LED4(PA5)为工作指示LED； UART  使用了两路，其中一路为板载串口，用于数据的调试，为串口2（分别为PA2-TX  PA3-RX），另一路为蓝牙的透传接口，使用了串口1（分别为PA9-TX  PA10-RX）；IIC       为了方便移植6050的DMP，这里使用的是GPIO模拟IIC，分别使用了PF4-CLK 和PF5-SDA；  AD：主要用于对电池的电压采样；TIMER timer主要有3个作用，分别为电机PWM控制（使用了TIMER2的CH2(PB10)和CH2(PB11)）、两路编码器的输入（使用了TIMER3的CH1(PC6)\TIMER16的CH1(PA6)）以及基本周期定时器TIMER14。
   第一步建立一个自己的空工程：首先需要安装一个Keil.GD32F1x0_DFP.2.0.0.rar，这个是GD32F1X0系列的官方头文件。新建一个MDK的工程，在如下图的路径中找到这两个文件夹：CMSIS和Peripherals，同时新建一个BSP文件夹用于放自己的程序。User文件夹放置工程文件，并添加gd32f1x0_conf.h，gd32f1x0_it.c，gd32f1x0_it.h，main.c，四个文件。其实除了main.c是自己建立的，其他几个都在Peripherals文件里剪切一下就行了，当然你也可以不动后期添加下路径就好了。
QQ截图20160619090723.png

然后在工程里添加分组和相应的文件，还有路径的设置。并在C/C++的默认Define中添加USE_STDPERIPH_DRIVER,GD32F170_190，空程序模版如下。
QQ截图20160619091646.png

这里提供了三个基本的BSP文件，分别是内部嘀嗒时钟，板载的三个LED和板载的串口通信。下载后LED1-3闪烁，串口打印“usart is OK”完全代码见附件：GD190Template。
第二步移植MPU6050的官方DMP：mpu6050的官方库使用的控制器是430，开发环境为CCS，不过这里直接使用了官方的函数接口（其实就是IIC接口），这里使用了硬件模拟了一个IIC，这里给大家一个推荐的IIC高低电平引脚的用法：直接定义相关的寄存器，而不再使用各种库函数。不过习惯还得看个人。
QQ截图20160619092724.png

这里的bsp_12c.c就是模拟IIC程序，bsp_mpu6050.c就是6050的初始化和DMP的初始化。inv_xx的两个文件为官方的函数。还有一大堆的头文件，这里没有对各个bsp模块进行分组，全部放在了BSP文件夹下面的inc和src文件夹了，分别是.c和.h文件，这样的好处就是不需要写一个bsp就添加一个路径，坏处就是不容易分清各个模块。移植DMP注意的一点就是DMP的内部fifo的溢出，如下代码处会返回一个-2，给一个网友们的建议解决方式：
QQ截图20160415153721.png

给出的IIC完整代码见附件GD190&IIC，同时给出了DMP的官方库附件为官方库Embedded_MotionDriver_5.1。测试的效果如图
QQ截图20160619094325.png

不难看出一开始DMP的数据其实变化还是很大的，如果大家有兴趣可以自己用卡尔曼滤波或互补滤波自己对比下效果。
第三步添加AD采样程序，这里是直接使用了49K和10K的电阻对电池的电压进行了分压采集，AD的程序直接参考了官方的例程，不过通道更换为CH1，去掉了DMA通道，这里只是查询下电压的情况，避免电池放电过低。使用的是红色LED报警加电机停转，当然对APP熟悉的可以使用APP端报警。AD的采样处理为advalue=(float)Get_battery_volt()*5.0/2048*11.7*10/49;因为单片用的5V供电，电池给的基准电压为11.7V，*10/49为电阻的分压。测试的结果如下，完整的代码见附件GD190&IIC&AD。
QQ截图20160619095841.png

第四步添加TIMER，给的附件工程分别是PWM输出，PWM输入捕捉和定时器，但是测试直接使用的PWM的输出接PWM的输入，当然可以直接使用示波器查看相应PWM输出结果。给电机的工作频率是20K，这个值的选择和电机以及电机驱动有关的，这里采用的是TB6612，不过一般的电机驱动都支持20K。代码编写我就不多说了，给出的附件有GD190&IIC&AD&PWM和GD190&IIC&AD&PWM-IN。这里采用了寄存器的方式直接读写相关的TIMER通道，如#define PWMA TIMER2->CHCC3 #define PWMB TIMER2->CHCC4。测试的结果如下图所示,这里的AD没有接，可以看出counta 和b的两路PWM采集几乎同时增长。
QQ截图20160619104140.png

   第五步添加蓝牙程序，其实就是一个蓝牙透传模块，使用的是USART1作为通信工具，因为对APP上位机程序不太了解，这里使用的是一个写好了的简单上位机，就是一个将屏幕分为9宫格的数据接收，使用了一个中断作为UART的接收，可以使用接收数据的变化方向，简单的控制小车的开关，如果大家有什么好的上位机，可以一起分享下。详细的工程文件见附件的GD190&IIC&AD&PWM-IN&BLUE。
   最后就是整个代码的数据融合和基本控制，这里给出一个基本的代码模型供大家参考，代码见GD190-test。这里还没有加入上位机程序控制。
    好了，一起来看看硬件吧，如附件图，