ESP32S3兩輪平衡小車硬件方案分享

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這一版的設(shè)計(jì)風(fēng)格為高集成與冗余設(shè)計(jì):
????(1)將兩串18650電池座固定于PCB板背面,使得接線進(jìn)一步簡化。
????(2)板子上集成基于MP2639的兩串鋰電池充電電路,僅使用一根TYPE-C即可為板載的18650充電,無需拆卸充電。
????(3)集成MPU6050與MPU9250雙陀螺儀,引出INT腳,支持DMP。
????(4)電機(jī)驅(qū)動(dòng)選用英飛凌TLE6209,單極性控制,6A持續(xù)電流,40V工作電壓,Rds=150mΩ,帶短路、過溫、過壓、欠壓保護(hù),通過SPI進(jìn)行配置(未分配SPI引腳,無需配置也可以驅(qū)動(dòng))。
????(5)電機(jī)測速使用74HC74芯片硬件正交解碼,輸出一路固定電平表征電機(jī)方向,一路PWM信號(hào)表征電機(jī)轉(zhuǎn)速,配合ESP32編碼器模式測速。
????(5)板載OV2640攝像頭接口、MIC、蜂鳴器、FLASH、5路舵機(jī)接口(通過PCA9685擴(kuò)展)、WS2812接口及一路激光雷達(dá)接口。
????(6)電源部分,使用INA226對(duì)電池電壓及電流進(jìn)行檢測,TPS5430開關(guān)電源芯片做一級(jí)降壓,輸出5V(3A);TPS7333線性電源芯片做二級(jí)降壓,輸出3.3V。
原理圖:


對(duì)原理圖做一些補(bǔ)充說明:
????(1)TLE6209電機(jī)驅(qū)動(dòng)

????????TLE6209通過SPI配置芯片的工作模式、讀取異常狀態(tài),實(shí)際使用跳過這一步也可,減少引腳資源占用。INH和DIS腳為芯片的使能引腳,INH=1,DIS=0,芯片使能,設(shè)計(jì)中置INH恒為1,通過控制DIS使能電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
????????74HC74為雙路D觸發(fā)器,利用其鎖存功能做硬件正交解碼,PRE和CLR引腳需置1。
????(2)MP2639
????????MP2639兼充電芯片和開關(guān)電源輸出兩用,通過PB和MODE兩個(gè)引腳來定義其工作模式。MODE置1時(shí),芯片進(jìn)入放電模式(輸出5V,但為使能);此時(shí),當(dāng)PB檢測到下降沿脈沖(按鈕按下),芯片放電使能,輸出5V;再次按下按鈕,芯片放電失能。具體的工作流程datasheet里有詳細(xì)介紹。
????(3)TPS5430
????????TPS5430最大輸出電流3A,TPS5450則為5A,按需選用。
一些注意事項(xiàng):
???(1)MPU6050的焊接溫度不能超過260℃,具體見數(shù)據(jù)手冊(cè)。
???(2)硬件方案供參考,可做適當(dāng)裁剪,外設(shè)只需TLE6209+74HC74+MPU6050即可實(shí)現(xiàn)一輛最簡的平衡小車,能夠移動(dòng),通過ESP32的WIFI/藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)遙控。

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