【轮式平衡机器人】——软硬件配置/准备

news2024/11/15 15:30:59

本系列以轮式平衡移动机器人为例，将使用基于模型设计（MBD）方法进行介绍，涉及基础硬件、软件、控制算法等多方面内容，结合MATLAB/Simulink的强大仿真能力和代码生成能力辅助设计！在此过程中可以系统了解开发全流程，学习到各种知识！

一、软件配置

1、MATLAB/Simulink

很熟悉，不再赘述，也可见以下系列

《Simulink系列》专栏http://t.csdnimg.cn/d4NDP

第2和3都可以看作软件包，服务于Simulink。

2、controlSUITE

是TI（德州仪器）为C2000开发者提供的资料库和参考工具包。其中C2000每个型号都有对应的样例、手册和设计指导，还有各种开发板平台的原理图、PCB图和使用说明。安装该软件的目的是在生成代码的过程中，matlab可直接从中找到编译时所需的头文件、库文件和支持代码。与Code Composer Studio一样的安装路径，都在c或d盘的ti文件夹

安装步骤这个博客写的很详细https://blog.csdn.net/weixin_42042288/article/details/110044979

软件主页面如下：

3、Embedded Coder Support Packages

全称Embedded Coder Support Packages for Texa Instruments C2000硬件支持包，能够生成一个实时可执行文件，并将其下载到TI开发板。自动生成C代码，并在方框图中插入I/O设备驱动程序。这个可以在matlab主页面，直接找到获取硬件包下载。

它其实可看作C2000 Simulink开发工具包，打开Matlab软件，单击“附加功能”下的三角，然后单击“获取硬件支持包”，这时一般会出现matlab检测不是正版无法下载的情况（需要续订），这时需要用另外的方法。

其他方法https://blog.csdn.net/qq_32892383/article/details/130630557

把下载的setup放在工程目录下，双击即可启动安装。

4、Code Composer Studio（CCS）

是一个代码调试器，代码设计套件，缩写为CCS，可提供强大的核心功能与便捷的配置和图形可视化工具。包含一整套开发和调试嵌入式应用的工具，包含使用于每个TI器件系列（德州仪器的模拟器件）的编译器、源码编辑器、项目构建环境、调试器、描述器、仿真器等。集成了DSP代码生成工具、数据传输工具等，主要用于生成可以烧写进芯片的执行文件，这是纯matlab所不具备的。

CCS下载官网https://www.ti.com/tool/download/CCSTUDIO/9.0.1.00004

点击接受

路径中c可改为d，但是其他最好别改，防止后续与matlab互相读取数据错误。

这里只选择C2000 real time MCUs，如果有其他需要可以多选。

这里保持默认即可，有需要可以多选。

点击finish，完成安装。

软件界面如下：

在CCS软件中可以添加2，3两个包

总结下来我们下载的app有两个：MATLAB/Simulink和Code Composer Studio（CCS）、软件包两个：controlSUITE和Embedded Coder Support Packages ！

二、硬件准备

使用软件平台（算法和模型）搭建而成代码需要在硬件实验平台上进行实验，硬件平台主要分2部分：

1、机械部分

铝合金板若干、电源（充电宝）、电动机、编码器、轮胎、安装支架、紧固件若干、排线、数据线等。这些用于承载控制板，保证实验的稳定性和可靠性。

2、电控部分

（1）主控制板：运行控制程序，实现控制信号的输出与外部电平的采集。包括仿真电路与主控芯片，保证主控板在脱离其他模块时也能独立仿真与程序的运行，所有功能引脚通过Forest S1引脚引出。

主控芯片选择TIC2000系列 DSP控制芯片 TMS320F28069。JTAG 相关引脚与 FT2232 相连,除了 LED 灯与 KEY 用到的 I/O 口以及 CAN connector接口，其余功能引脚引到主控板的P2和P3处（见Forest S1部分示意图）。

仿真电路采用的是 XDS100V2 仿真器，对 TI全系列芯片兼容。首先将 USB 口的5V 电压通过 TLV1117LV33电压转换芯片转换到3.3V 为主控 TMS320F28069芯片以及 USB转串口芯片 FT2232H 供电，仿真电路与主控电路通过多通道的数字隔离芯片ISO7240、ISO7231与主控电路进行电磁隔离，保证主控电路的稳定运行；其中93LC56BT-IOT 为2KB的 Microwire兼容串行的 EEPROM，用于存储烧写的仿真器固件。

（2）电源板：将锂电池的电压转换到主芯片、驱动芯片及传感器合适的工作电压。充电宝的输出电压一般为12V，使用 XL2596S 将 12V 转化为 5V，使用 TLV1117LV33将5V 转化为 3.3V。得到的5V 与3.3V 通过 ForestS1引脚对外输出，而12V 则单独通过tb1向电动机驱动板输出。

（3）驱动板：驱动电机运行。结合有刷直流电动机的原理,平衡移动机器人采用的是 TI公司的 TB6612系列的有刷直流电动机驱动芯片。TB6612电动机驱动芯片有两个全桥电路可以同时驱动两个直流无刷电动机,其中一个简单的PWM 接口便可以方便地对控制器电路进行接入,峰值输出电流为2A,宽电源电压范围为2.7~10.8V。