自制ESP32自平衡小车，电路代码全开源

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我自制了一个基于ESP32与simplefoc的自平衡小车。这也是一个少见的用FOC无刷电机制作的平衡小车。

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本项目的学习价值较高！

关于foc无刷电机

foc无刷电机一般应用于机器人关节，相机云台电机控制等领域。

自制ESP32自平衡小车，电路代码全开源

实际上，普通的平衡小车，都是用有刷电机制作的。但如果你用foc无刷电机来做，那你会得到这些好处：

小车扭矩更大，这让小车可以直驱；而有刷电机则需要带减速器才能满足扭矩要求。
响应速度更快。
采用无刷电机可以把小车做的更紧凑美观。

小车主要功能

小车板载双路无刷电机驱动及电流环芯片，每路最大电流2.5A，可驱动两个云台无刷电机，可控制到电流；
小车可自平衡，可通过手机app蓝牙连接控制进退，转向；
搭载双排RGB，每排共24个灯，可以扩展成更多，实现多种灯光特效且不影响车辆控制；
图传接口，通过外接ESP-CAM模块实现WIFI图传，可在手机上查看。

电路设计图

自制ESP32自平衡小车，电路代码全开源

用嘉立创EDA设计的原理图

自制ESP32自平衡小车，电路代码全开源

用嘉立创EDA设计的PCB

电路分析

电路部分，分为：一个主板，两个编码器小板，两个RGB灯板。

其中主板部分集成了无刷电机驱动，控制部分，MPU6050传感器，供电，串口和各种接口
驱动器板搭载AS5600磁编码器，通过IIC与主板通信
主板为RGB提供5V电源与控制信号电机采用2210无刷云台电机，7对极

1.无刷电机驱动部分

驱动是小车的核心部分，是小车动起来的关键。

初次学习FOC，我采用灯哥开源FOC驱动的方案。 电机驱动采用L6234P三相H桥集成驱动芯片。

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电流检测采用INA240A2芯片，放大增益为50，这个芯片也比较贵，可以用INA240A1取代，放大增益为20，我焊的时候用的就是这个，一样能用。

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电机位置检测采用AS5600绝对值磁编码器芯片，IIC通讯，我为这个芯片画了个小板子附在电机轴处，与主板相连，同时还需要在电机轴线处固定一个径向磁铁。

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2.控制部分

由主要功能可知，需要MCU具有蓝牙和WIFI功能，还需要足够的性能用于FOC算法，同时控制RGB。

esp32可以说正合适，esp32有320K RAM，4M ROM，两个core，一个核专门用来跑foc算法，另外一个核用来跑其他程序包括RGB控制，simplefoc官网上说esp32单次foc运算能有1ms，引脚也足够多，满足平衡控制的需求。

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3.传感部分

平衡控制需要通过传感器检测到小车自身的姿态，我采用最常见的MPU6050 6轴加速度计陀螺仪芯片。

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WIFI图传由主板通过2.54排母插接ESP-CAM模块实现

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4.电源部分

电池选用3S 900mah航模电池，提供12V电压给电机
TPS5430开关芯片将12V转5V，供给到RGB和ESP-CAM模块
AMS1117将5V降到3.3V

5.RGB部分

RGB采用WS1802B LED灯，MCU一个IO口就可以驱动一串RGB

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代码部分

无刷电机的驱动电路和算法要比有刷电机更加复杂一些。整体软件框架基于arduino+freertos。

无刷电机平衡小车的理论部分需要了解：

1.无刷电机磁场定向控制FOC算法 2.平衡车建模和控制算法

{
    // See http://go.microsoft.com/fwlink/?LinkId=827846
    // for the documentation about the extensions.json format
    "recommendations": [
        "platformio.platformio-ide"
    ],
    "unwantedRecommendations": [
        "ms-vscode.cpptools-extension-pack"
    ]
}

// AUTOMATICALLY GENERATED FILE. PLEASE DO NOT MODIFY IT MANUALLY
//
// PIO Unified Debugger
//
// Documentation: https://docs.platformio.org/page/plus/debugging.html
// Configuration: https://docs.platformio.org/page/projectconf/section_env_debug.html

{
    "version": "0.2.0",
    "configurations": [
        {
            "type": "platformio-debug",
            "request": "launch",
            "name": "PIO Debug",
            "executable": "c:/Users/Alpha/Documents/PlatformIO/Projects/esp32_simplefoc_freertos_test/.pio/build/esp32dev/firmware.elf",
            "projectEnvName": "esp32dev",
            "toolchainBinDir": "C:/Users/Alpha/.platformio/packages/toolchain-xtensa-esp32/bin",
            "internalConsoleOptions": "openOnSessionStart",
            "preLaunchTask": {
                "type": "PlatformIO",
                "task": "Pre-Debug"
            }
        },
        {
            "type": "platformio-debug",
            "request": "launch",
            "name": "PIO Debug (skip Pre-Debug)",
            "executable": "c:/Users/Alpha/Documents/PlatformIO/Projects/esp32_simplefoc_freertos_test/.pio/build/esp32dev/firmware.elf",
            "projectEnvName": "esp32dev",
            "toolchainBinDir": "C:/Users/Alpha/.platformio/packages/toolchain-xtensa-esp32/bin",
            "internalConsoleOptions": "openOnSessionStart"
        },
        {
            "type": "platformio-debug",
            "request": "launch",
            "name": "PIO Debug (without uploading)",
            "executable": "c:/Users/Alpha/Documents/PlatformIO/Projects/esp32_simplefoc_freertos_test/.pio/build/esp32dev/firmware.elf",
            "projectEnvName": "esp32dev",
            "toolchainBinDir": "C:/Users/Alpha/.platformio/packages/toolchain-xtensa-esp32/bin",
            "internalConsoleOptions": "openOnSessionStart",
            "loadMode": "manual"
        }
    ]
}