V2自平衡萊洛三角形可充電RGB版

介紹

該版本為2022/3/3制作的版本，無刷驅動使用EG2133可以成功使用esp32-arduino的simplefoc驅動。但是特殊情況下會mos管擊穿冒煙，請使用帶保護的鋰電池，以防發生意外

（2202/3/3更新）中間為立創smt版本，左為鐵板燒，右為風槍。均可以搖擺平衡，使用2715電機（動量輪每個孔上了四個螺母，一共48個螺母+12個12mm長的螺絲）情況搖擺平衡效果非常好。

(2022/3/15更新，動量輪增加了M5螺絲孔，可以只上一個M5螺帽就可以替代M3上4個螺帽的效果。打板可以自行選擇M3或者M5的動量輪，但物料清單里面給出的是M5的)

程序附件都在giteehttps://gitee.com/coll45/foc 一定要使用gitee-V2文件夾下的BOM進行下單購買，分為淘寶購買和立創購買

圖片中間為立創smt版本，左為加熱焊臺一次焊成，右為使用熱風槍分區域焊成。均可以搖擺平衡，使用2715電機

• mos管可以全部換成AP2300（更便宜一些），立創商城有售，測試過可以實現foc控制（原理圖用AO3400只是因為它是SMT基礎庫）

• cn3300充電部分設計充電截至電壓12.9V（考慮到電池內阻，最終充滿電壓為12.43V），充電電流0.5A，電感電流1.5A。充電功率為7.5W（充電會電感部分會燙，但不至于燒毀電路）

• 電機可以適配GB2204和2715無刷電機(2715的平衡成功率高，因為KV值小)

1 制作說明

原理圖以及PCB圖鏈接

1. 在立創開源鏈接中，點擊在編輯器中打開，進入EDA頁面，雙擊對應的PCB，上方導航欄找到-制造-PCB制板文件（gerber）-生成gerber-一鍵PCB/SMT下單。（一定要進編輯器！！！有遇到過開源鏈接的bom和真實bom對不上的情況）
2. 在下單頁面中下單對應的pcb，如需SMT（機器貼片）可以選需要SMT，不選SMT會得到PCB空板（SMT到手之后需要焊30幾個元器件，PCB空板為181個）
3. 淘寶購買的表格是SMT和普通空板都要購買的
4. 普通空板，BOM_萊洛三角V2可以直接從立創商城bom導入里面導入
5. 一定需要經向磁鐵，物料清單里面已經給出，二選一（磁環方便但是郵費貴，圓柱磁鐵便宜包郵需要自行粘貼）
6. 焊接是基本功，最好是有風槍+烙鐵的情況下嘗試制作。

SMT注意：

• 選擇需要SMT完成下單之后，進入訂單界面。SMT分板定位孔選擇-嘉立創添加，BOM與坐標清單選擇-用我自己的BOM和坐標，導出文件選擇-立創EDA。
• 需要上傳的坐標文件和bom，都是在EDA頁面-萊洛三角形PCB-制造-（物料清單BOM和坐標文件）中導出。
• 進入BOM匹配之后，左上角貼片數量選擇-做5貼2（因為萊洛三角形制作一個需要兩個PCB板，一個有元器件一個空板），貼片層-只貼頂層，產品類型-經濟型，坐標文件生成方式-單板
• 強烈建議刪除所有擴展庫以及推薦庫后打板也可以刪除AO3400這樣可以便宜15元（費用做5貼2只需要90元左右）
• SMT下單完成之后，只需購買BOM_SMT購買專用_萊洛三角V2，同樣是從立創商城bom導入
• BOM_SMT購買專用_萊洛三角V2中給出的MOS管將AO3400替換成了AP2300

2 硬件特性

3 使用說明

1. 下載完本git所有文件后，打開arduino文件夾，解壓arduino.7z完成之后雙擊運行esp32_package_1.0.6.exe安裝esp32庫環境。注意：若之前有安裝過arduino，請將路徑C:\Users\用戶名\AppData\Local\的Arduino15文件夾和此電腦\文檔內的Arduino 刪除 （也可自行下載Arduino并安裝SimpleFOC）（但是可能會版本不對電機不動）

2. 打開解壓后的arduino文件夾內的arduino.exe，導航欄-文件-打開。選擇v2\main里面的main.ino

3. 使用CH340下載器，將下載器的TXD\RXD\GND用杜邦線引出，對準PCB的ESP32正上方的GND\RXD\TXD，接法為TXD-TXD\RXD-RXD\GND-GND

4. 燒錄程序到ESP32：選擇工具-開發板-esp32 Arduino-ESP32 Dev module，然后連接USB口選擇對應的com口，編譯上傳。

   1. 如無法正常編譯
      1. 可能與原有arduino沖突，請查看使用說明第一條
      2. 文件夾路徑含有非法字符，可以把Arduino移動到硬盤根目錄下，如D:\Arduino

5. 如需修改參數，長按點贊觸摸盤，可以打開wifi并停止電機。

6. 打開本項目內的python_gui內的可執行文件_main內的main.exe并連接上WIFI：ESP32 。點擊設置開始調參。

7. 連接成功后，點擊disable，然后逆時針撥動動量輪，查看上位機中V參數是否為正值。注意！如果 逆時針轉為為負值 那么需要將電機線任意兩線互換。

8. 如果電機不能正常運行可以，點擊上位機中最下方的 測試部分 ，打開電壓或者速度測試，滑動滑條，查看電機能否正常運行。如還不能請檢測硬件電路部分。

9. 如果不能搖擺直立，推薦調整的參數為TA、SA、SV

10. K值可以用滑塊調整，拖動滑塊就會發送參數命令，但是調整到合適值之后需要自行在Arduino的main中修改再燒錄一次

11. 滑條：最左邊輸入框為滑塊下限，右邊是滑塊上限，滑條等分成200份，命令是字符串，滑動滑塊發送字符串 + 數值

比如讓平衡角度為90度，則輸入：TA90，并且會存入eeprom的位置0中 注：wifi發送命令不能過快，因為每次都會保存進eeprom，K參數沒有保存到EEPROM所以可以使用滑條調整。

LQR算法解釋：當三角形向←傾斜時，需要產生向→的力回正。

在電壓控制下：回正力F直接和輸出電壓值掛鉤，向←傾斜，電機提供正電壓V動量輪向左加速轉動，產生向右的力F。

期望電壓 = 角度差值x參數1 + 左右傾倒加速度x參數2 + 當前速度x參數3

在速度控制下：回正力F和動量輪轉速加速度a有關，F = ma，向←傾斜，電機需要向左加速轉動，產生向右的力F。

期望速度 = 角度差值x參數1 + 左右傾倒加速度x參數2 + 當前速度x參數3

兩者區別：電壓和速度控制都可以實現平衡，但因為使用simpleFOC控制電機轉速無法無限加速，本電機實驗最高轉速180轉，電壓到上限12v。

使用電壓控制會遇到，電機一下子就到了轉速上限，就不能提供穩定的力F，參數調起來比較困難。

速度控制可以在偏差變大的時候，根據期望速度產生最大電壓12v，并且不會超過電機最高轉速。

4 硬件設計

使用立創EDA繪制電路原理圖，LaserMaker繪制萊洛三角形和動量輪（有激光切割機可以事先切割結構作為參考）。將繪制完的圖形導入到立創EDA中可作為PCB的外框。絲印圖案分別是Gawr Gura、ouro kronii helicopter

LaserMaker繪制的plt在萊洛三角結構文件夾內，需要重新繪制電路圖可以使用

感謝嘉立創的PCB制板，使DIY電路制作變得非常便利，點擊下方超鏈接可以前往嘉立創進行PCB制板

萊洛三角形V2PCB

5 Ctrl+C +V（參考）

Arduino上的控制算法是原作者的LQR，無刷驅動為立創開源的EG2133方案。

Python的GUI是以SimpleFOC的SimpleFOCStudio為基礎，添加wifi功能。

V2的充電電路是在立創廣場開源的《CN3300 4串電池組板》方案基礎上改的3串鋰電池

PCB以及原理圖技術支持——muyan

wifi效果以及按鍵面修復代碼作者——muyan

1. 原作者：基于LQR控制器的自平衡萊洛三角形BV19v411n7mN
2. muyan立創鏈接https://oshwhub.com/muyan2020?tab=project&page=1
3. muyan git鏈接https://gitee.com/muyan3000
4. EG2133驅動參考https://oshwhub.com/acmetech-lceda/minifoc
5. 燈哥開源FOC https://gitee.com/ream_d/Deng-s-foc-controller
6. CN3300 4串電池組板https://oshwhub.com/583703056a/dian-chi-zu-ban_copy_copy
7. Arduino環境提供者https://github.com/kaliCYH

6 有用的地方

1. Arduino的程序中的command.h、command.cpp可以支持任意的字符串輸入。在其他項目中一樣可以用，無論是wifi接收到的字符串數據或者是串口的字符串數據。

2. GUI上位機可以在其他wifi項目中可以繼續使用，用來調參還是很方便。