一、前言
最近參加了RT-Thread官方發起的RT-Robot Car DIY活動，借此機會想總結一些自己本科四年的所學的部分知識。
也可以幫助到那些需要的小伙伴（可以參考我的代碼中對RT-Thread的can設備驅動的使用方法，對IIC驅動的使用方法，mpu6050+hmc5883的初始化和數據讀取的方法，RT-Thread硬件定時器的使用方法，滑動窗口濾波的鏈表實現，pid結構的代碼參考，pid參數調試方法等）
二、演示
github鏈接(包括整個keil工程的代碼，原理圖和PCB，機械圖紙和一些參考資料)：https://github.com/iamluoyijie/funny_car
小車實物:
兩個演示視頻鏈接：https://v.youku.com/v_show/id_XNDMzNzExODMyMA==.html
https://v.youku.com/v_show/id_XNDMzNzExODMxNg==.html
三、詳細步驟
硬件上，MCU選用stm32f407zgt6，imu選用gy-86（mpu6050+hmc5883+ms5611）。電機為大疆無刷電機m2006，電機驅動為電調c610，所以選用6s航模鋰電池，所以需要設計24V轉5v，5v轉3.3v穩壓電路，分別使用lm2576-5.0和asm1117-3.3穩壓芯片，由於電調使用can總線通信，所以需要單片機外接can芯片，選用TJA1050，除此之外就是MCU的一些接口電路，包括led，key，sw下載接口、多路串口、PWM和IO。總得來說比較簡單（需要注意一點是：電池24v輸出到電調24v輸入，是在pcb上走線，單路額定電流10A，線寬需要注意，最好雙面都布線）。這是AD18的PCB工程鏈接，。這是pcb的3d圖：
機械上，需要根據電機尺寸單獨設計電機支架和小車底板，三視圖如下所示：
軟件上，我是使用的這個目錄下的bsp：https://github.com/RT-Thread/rt-thread/tree/v4.0.0/bsp/stm32f4xx-HAL，需要的功能可以在rtconfig.h文件中開啟對應的宏。
- 用rtt的can設備驅動框架，完成了對電機電調的讀寫控制，具體見keil工程目錄下的can_app.c文件，實現了對兩個電機的正反轉控制，讀取電機轉速，轉矩等數據。
- 由於can讀取的電機轉速值數據的波動不穩定，再一個因為轉速更新頻率為1k，速度環控制周期是2ms，所以用滑動窗口濾波算法對數據做了平滑處理，最后pid調參的效果因此好了很多。
- 用rtt的IIC驅動完成了對gy-86傳感器（mpu6050+hmc5883+ms5611）的初始化和數據讀取，具體見gy-86.c文件，完成了對角速度，加速度，和磁力計數據的讀取。
- 然后用Mahony算法（這算法是開源的）把讀到的數據解算成歐拉角，見imu.c文件，需要注意的是sampleFreq要根據自己的控制周期來設置，角速度需要歸一化。最后解算的pitch和roll角比較穩定，yaw角有一點漂移。
- 然后用rtt的軟件定時器，將pid內環速度環控制周期設置為2ms，外環角度環控制周期設置為5ms, 見timer_app.c文件。
- pid參數整定是通過山外調試助手顯示波形，通過rtt的FinSH組件在線去修改參數，極大的提高了效率，見timer_app.c文件,。
- pid控制框圖如下圖所示，其中的PID計算就是最簡單的比例+積分+微分的結構，再加上了適當的限幅。
- 平衡車直立就是將下圖期望角度設置為0，前進后退則是將期望角度設置為一個合適的正負的角度值，轉彎就是在左右輪的期望速度上，加減一個合適的速度值，這角度值和速度值通過PS2搖桿的模擬量給定，就能完成遙控對平衡小車的控制。
- 利用rtt的多線程技術，完成了ps2遙控線程（ps2代碼參考的這位朋友的，很好用，在此表示感謝），LED狀態顯示線程，電機電流保護線程，按鍵線程，很大程度上簡化了程序的設計。
四、不足分析與接下來繼續要做的工作。
1、速度內環的pid效果不太理想，500的電機目標轉速，實際轉速波動有正負50。角度外環0度的期望角度，有正負0.5度的波動，小車運動過程中，速度過快就會倒。我感覺最重要的原因就是電池太重，導致小車重心偏高，其次就角度更新頻率太慢，電機轉速值不准，pid參數也不是最優。
2、代碼上，使用了太多全局變量。led的狀態顯示沒好好弄，ps2的好多按鍵沒利用上。
3、接下里的工作就是，使用RT-Thread的IPC機制，盡量減少全局變量的使用。 通過yaw角度或電機編碼器，實現轉向環 速度 的閉環控制。增加 前進 和 轉向 的位置控制。（前面的都是速度控制），也就是說還要增加3組pid控制。
4、可能會重新設計電機支架，把電池放到電機下面，降低平衡車重心。會增加樹莓派，用opencv實現簡單的目標跟蹤等工作。