项目心得

优化后

项目总结与收获

1. 平衡车

在平衡车项目中，我实现了小车的平衡控制，效果良好。主要模块如下：

  • 硬件：
    • MPU6050 六轴传感器
    • STM32F103CT86 最小系统板
    • TB6612 电机驱动模块
    • 两个带编码器的减速电机
    • 12V 电源（3节电池）
    • 自制 PCB 板（嘉立创打板）
    • 价值 80 元的底座
    • OLED 屏幕
    • NRF2401 无线通信模块（100m距离）
    • FreeRTOS 操作系统

2. 摇杆遥控器

在遥控器项目中，实现了超远距离的控制。主要模块如下：

  • 硬件：
    • STM32F103CT86 最小系统板
    • NRF2401 无线通信模块（100m）
    • OLED 屏幕
    • 无源蜂鸣器
    • PS 游戏手柄 3D 摇杆电位器模块
    • 纽扣电池
    • 开关模块
    • PID 算法
    • FreeRTOS 操作系统

项目背景与动机

对于这两个项目，我并没有使用老师提供的学习版，而是购买了 STM32F103 最小系统板进行开发。这样做的目的是提升自己的动手能力。通过使用 STM32F103 和 STM32F407，比较了两者的差异，并且深入学习了 STM32F103 的原理图制作、PCB 设计、FreeRTOS 移植等内容。在查阅资料过程中，我通过 OpenAI 和 GitHub 搜索相关文档，找到了 STM32F103 的帮助文档，并深入学习了其应用。

平衡车项目细节

  1. 确定机械中值：
    通过 MPU6050 传感器获取小车自然直立时的欧拉角作为初始平衡角度。要注意，传感器的摆放方向需要和其他人的配置一致，否则会导致角度计算出错。
  2. PID 调试过程：
    • 直立环调参：
      • 调整 KP（比例系数），直到小车有明显的平衡响应，但避免过大产生低频震荡。
      • 加入 KD（微分系数），抑制低频震荡，确保平衡稳定。
    • 速度环调参：
      • 关闭直立环，调节速度环的 KP 和 KI，使小车能够修正漂移，保持静止。
      • 确认速度环反馈方向与预期一致。
    • 转向环调参：
      • 关闭直立环和速度环，仅调节转向环的 KD，使小车避免自旋。
  3. 起落检测：
    通过检测欧拉角变化判断小车是否被拿起，若小车被拿起则关闭电机，放下后重新初始化 PID 控制。

摇杆遥控器项目细节

最初，我使用面包板搭建了遥控器系统，并成功实现了 NRF2401 模块的超远距离通信。随后，我收到了定制的 PCB 板，并开始焊接。焊接后，我遇到了一些问题：虽然 NRF2401 可以发送信号，但另一个 MCU 无法接收到。通过排查后，我发现是由于电源不足或信号干扰导致的。进一步调试后，问题得以解决。

MicroPython 与 ESP32 开发

为了实现智能门锁项目，我决定使用 MicroPython 开发 ESP32。尽管 Python 提供了许多便捷的内置函数，但在内存占用方面较为吃紧。特别是导入了过多模块时，内存使用会迅速增加。为此，我学习了将 .py 文件转换为 .mpy 格式的字节码文件，减少了约 30% ～ 50% 的内存占用。

同时，我还学习了如何使用 uasyncio 实现多线程协作，虽然与 FreeRTOS 的任务调度类似，但 MicroPython 中的协程使用 await 语句进行任务切换，较为简便。

总结

这两个项目使我在硬件设计、嵌入式开发和调试方面有了很多实战经验。无论是在解决 NRF2401 的信号干扰问题，还是在调试 PID 控制时的艰难历程，我都积累了宝贵的经验。接下来，我还计划深入学习 MicroPython 和 ESP32 的更多功能，继续推进智能门锁项目。

初稿

在本次项目阶段中，收获还是蛮大的。

1.平衡车：目前实现了平衡车的平衡，平衡效果还是可以的，模块用到了 MPU6050六轴传感器模块，stm32f103CT86最小系统板，TB6612电机驱动模块，两个带有编码器的减速电机，3节带有12V电压的电源，自己在嘉立创打印的PCB板子，一个价值80快的底座，以及两个轮胎，一个OLED屏，无线通信模块NRF2401(带有晶震，距离可以用100m)，母座，FreeRtos操作系统

2.摇杆遥控器：实现了摇杆遥控超远距离的控制，模块用到了stm32f103CT86最小系统板，无线通信模块NRF2401(带有晶震，距离可以用100m)，一个一个OLED屏，一个无源蜂鸣器，两个PS游戏手柄3D摇杆电位器模块，一个纽扣电池，一个开关模块，以及母座，PID算法，FreeRtos操作系统

对于这两个小项目，我并没有用老师发的学习版来做，而是另外买了stm32f103最小系统板来使用，至于为什么用它来做，其实是为了提高自己的动手能力，其实觉得自己的动手能力挺差的，来学硬件也是为了提高一下自己的动手能力的，也是想看stm32f407和stm32f103这两个MCU有什么区别吧，也是抱个好奇心去学的，最后发现其实也差不太多，在和温工老师学习stm32f407的时候也是去试着用stm32f407um版本的chm帮助文档去写代码的，我就想着自己去找一下stm32f103的um版本的chm帮助文档去使用，主要是用ChatGpt的OPEN AI大模型搜索引擎帮我去github上面找相关的链接，最后还是找到了，其实stm32f407老师那个um版本的chm帮助文档，其实我也找到了，是一样的，我也是着去找了一下关于GD32这个国内最近非常火热的MCU的帮助文档，最后还是没找到他的这个chm帮助文档，但是在官方网站上可以找到相关GD32版本MCU的程序，外设什么的相关源码，其实和chm帮助文档是一样的，只不过是以文件夹的形式存在，没有chm帮助文档，那么方便，

为了做这两个项目，我需要额外去学习stm32f103CT86最小系统板的使用，原理图的制作和PCB的制作和以及嘉里创打板子，stm32f103CT86的FreeRtos的移植，面包板的使用，在第一次使用stm32f103和面包板搭配使用时候，其实也遇到一些问题，比如MCU没有插好，导致某个IO口无法使用，但是看教程上可以使用，其实也是买的他家的stm32f103，我还去找了是不是stm32f103的一些IO口是不是有别的功能，或者没有这个功能了，发现还真的有人和我发现了同一样的困难，其实不然，是我MCU没有完全插入面包板导致的，但是其他的IO口可以使用的，所以我没有考虑到是否是MCU没有插好。

在平衡车项目中，我实现了小车的模型搭建，并且通过移植别人的MPU6050陀螺仪模块代码和DMP去实现小车的俯仰角，翻滚角，偏航角，其实也需要用到github某个大佬的源码，在调PID的时候是真的痛苦，具体的步骤如下：

  1. 确定机械中值：
    通过MPU6050传感器获取小车自然直立时的欧拉角，作为初始平衡角度。

  2. 直立环调参：

    • 调整KP：增加KP直到小车有明显的平衡响应，但避免过大产生低频震荡。
    • 加入KD：调整KD以抑制低频震荡，确保小车反应迅速稳定。

  3. 速度环调参：

    • 关闭直立环，调节速度环的KP和KI，使小车能够自动修正漂移并保持静止。
    • 极性验证：确认速度环的反馈方向与期望一致。

  4. 转向环调参：

    • 关闭直立环和速度环，仅调节转向环的KD，使小车能够自我修正方向并避免自旋。

  5. 加入拿起与放下检测功能：
    通过检测欧拉角变化，判断小车是否被拿起，超过一定时间关闭电机，放下后重新初始化PID控制。

，

在确定机械中值的时候，需要注意几点，在你看别人确定机械中值的需要确定你MPU6050的摆放方向是否和他的一样，你也可以将俯仰角，翻滚角，偏航角这几个通过串口一起打印出来，看那个值变化最大，就选哪个作为你要确定机械中值的目标了，最后会发现你往那边倾斜小车就会往那边倒，这个时候机械中值就确定了，PID算法就是P是一个比例系数，I是英文中的increase,起到增益的效果，D就是decrease，起到预测未来的作用，可以提前知道小车的状况，直立环用到的是PD，速度环用到的是PI。

在做遥感遥控器项目中,起初我是用面包板搭建的，并且可以实现NRF2401无线超远通信，因为我的PCB还没到，在11月10日，我得知我的PCB板子到了，我欣喜若狂的去快递店拿快递，打开包装，开始拿器件焊接，我其实我挺害怕我打的PCB有问题，因为我是很少打板子的，焊接完成好，开始调IO，最终发现板子没有问题，但是NRF2401他可以发送，但是另外一个MCU接受不到，但是当我把这个MCU的NRF模块给拔掉，就接收到了，就证明我的NRF2401其实没有问题，是受到干扰了，或者电源供应不足导致的，信号受到干扰我开始觉得是我的PCB板子的线的长度不一样，导致电阻不一样，而造成信号的不好的，另外一种情况就是因为NRF2401这个模块也是用的2.4GHZ频段的信号，而wifi基本上也是，为了证明我的猜想是对的，我有去借了一个别人的stm32f103MCU重新接线，调GPIO口，好了之后，我用遥感遥控可以发现偶尔可以发送出去，并且另外一个MCU可以接受到消息，最后偶然的发现，他可以在某个地方可以一直发送成功，我就觉得是不是这个晶振被影响了，然后我遮住晶振，发现确实是晶振被影响力，最终解决了这个问题。

，在弄完这两个项目之后，我还额外去学习了用MicroPython去烧录ESP32，并打算用它去实现智能门锁，此前我并没有用过Python去操作MCU，所以我也变学习边弄的，想用Python去写ESP32其实是因为他内置函数比较多，也没有和C语言那个一样需要写相关的初始化，MicroPython它是一步完成的，虽然方便但有弊端，内存占用太多，运行没有C语言那么快，在代码比较少的时候其实是差不多的，但是一旦代码变多了，就显而易见了，在用MicroPython进行ESP32开发的时候，老是遇到RAM内存不够的情况，即超出了，占内存的情况有比如你import导入了比较多的模块，因为Python它是用解释器的，而不是像C是用编译器线进行编译，然后在执行代码，每行每一行的运行，可能之前都是在Window上进行学习的，没有什么内存顾虑，但是在嵌入式开发上应该会经常和这些问题打交道，一般在嵌入式开放上应该是需要用到那个类或函数或变量，就导入哪个，这样应该可以大大减少内存的使用，还有一个减少内存使用的方法是使用MicroPython官方提供的一个工具，用于将 .py 文件转换为 .mpy 格式的字节码文件 ，这样可以减少内存30%～50%的使用，类似于编译，需要用到多线程的话，需要导入import asyncio 模块，这个模块是使用的是协程,而不是和FreeRtos一样使用的是任务，其实FreeRtos也可以使用协程，需要打开相应的开关，用法都是差不多的其实感觉，都是来回调度任务，在FreeRtos上它是用到xTaskDelay(),而在asynico上它是使用的是await来跳转到别的任务。