地心一号-超迷你自平衡小车（二）

时间当时是2016年，网上大部分的方案是STM32+MPU6050，也有一些用arduino做的。Arduino的问题我稍后再说，当时想的是：随大流！既然32的案例多，那么资料就多，出于稳妥，先买个样机玩玩吧。

当时没认真对比，随便买了个。买回来才发现，资料少的可怜。店铺名称我就不说了，这里奉劝大家，无论买什么，多咨询，多对比。否则学不好，不要怪别人。样子如图：

外形还是很霸气的，大小跟我的一只鞋差不多大，电机扭矩也很给力。但是依然弥补不了卖家配套资料不足的短板。

资料少是一方面，让我惊掉下巴的是，程序居然是用STM32的2.0的库写的。没经历过STM32库函数版本变动的同学是不会理解的，32的库从刚出来到现在相对稳定的3.5版本，变更了几次，每次都是大变样。早期的工程师叫苦不迭，甚至还有的扬言说要自己写一套库函数。

但当时是2016年，16年啊！！！3.5版本已经稳定好几年了！但是卖家提供的程序竟然是2.0版本的库函数，当然，功能是没有问题的。所以我早期的工作就是把整套程序用3.5的库重写一遍，既熟悉了程序流程，也方便了后续的调试。

资料少我忍了，又让我发现一个问题，卖家的原理图和实际硬件不配套。我耐着性子跟卖家反映了这个问题，给出的答复是：技术保密，不影响应用。

我再忍。

然后又发现一个问题，这个电路没有留JTAG或者SW接口，只有一个串口下载的接口。注意，连排针上都没有调试接口，可想而知，这个板子设计的有多失败。

到这里，我竟然已经习惯了。也无所谓了，于是就开始改程序改着玩。

前面我在把库函数版本从2.0变到3.5的时候，已经过了一遍流程。所以每段程序的功能我几乎都了解了，这套板子是STM32+MPU6050，然后使用6050内部DMP固件的方式来获取角度。这种方式获取的值的精度是很高的，而且不需要再经过滤波。但是同样的，对单片机的ROM和RAM的要求也很高。换句话说，低配的单片机玩不来！

先改哪？

就从呼声最高的PID参数开始吧。关于PID参数整定的文章，网上一搜一大堆。同样，抱怨参数不好调的文章也是一大堆。那我就改参数改着玩吧。

结果发现，无论怎么改（只要变动不是特别夸张），，，，，貌似小车都很稳定，这........和我预想的不太一样啊......

这个问题曾经困扰了我很长一段时间，直到搜了一堆相关资料又看了稚晖的文章，才解决了我的疑惑。稚晖是谁？后面再说，同样，会提到他的蛋黄，一个萌翻了的自平衡小车。

简单来说，平衡车好不好调，有几个因素影响：

1. 处理器性能，DMP固件的方式肯定是很好的，32没问题，但是一些低端单片机就玩不来了。这时，就需要读取原始数据，然后做一阶滤波或者卡尔曼滤波，这种方式来实现。
2. 电机性能，非常重要！！！力矩越大越好。参数整定，说是P+I+D三个，但如果电机性能好，只要P+D就够了，不需要I。现在市面上的大部分平衡车套件几乎也不需要I，毕竟加了一个参数，难度会上去很多。
3. 编码器精度。电机性能好，只能保证角度平衡，但是会朝某个方向一直跑，越跑越快，最后速度跟不上，倒下。编码器可以检测电机转了多少，不是转多少圈，是一圈的几分之几。精度高的编码器可以检测电机转了几百分之一 圈，精度低的编码器只能测 十几分之一 圈，甚至几分之一。

上面三点，是从硬件的角度来说的。当然，还有一些别的因素，比如说结构上，重心越低越好，体积越大越好调等。欢迎大家补充。

也就是说，电机性能不错，单片机性能也高，所以PID参数调节难度不大。这就尴尬了，我都做好百米冲刺的准备了，结果告诉我已经到终点了....

既然这样，那就换个玩法。现在的角度获取不是DMP方式吗？我不用了，换成直接读取原始数据，然后一阶滤波。

先说可行性，这个思路的可行性是没有问题的。网上普遍的反应是这个方式简单，虽然数据不是特别准，但是做小车没问题。我曾经在极客工坊论坛潜水很长一段时间，看了很多案例，这种原始数据+一阶滤波算是比较常见的。

但是有一点，极客工坊里大部分都是arduino，而arduino的晶体一般都是16MHZ，为了确保我和他们尽量处于同一起跑线，我把STM32的频率也降到了16MHZ。然后，噩梦开始了......

代码如下： void Yijielvbo(float angle_m, float gyro_m) { float dt = 0.0f; dt = (float)TIM_GetCounter(TIM1); dt = dt / 1000000; TIM_SetCounter(TIM1, 0); angel = K1 * angle_m+ (1-K1) * (angel + gyro_m * dt); } dt是每次获取角度的时间间隔。使用这种方式，给我最大的感觉就是严重的滞后性。参数K1和滞后性相关，我也进行了调试，有效果，但是达不到要求。

小车放在地上，能明显感觉到已经向一个方向偏了一段时间了，才反应过来。如果不使用一阶滤波也不用卡尔曼，可以感觉到小车的反应速度明显快很多（当然了，还是站不起来~~~）

所以，我当时主要疑惑的问题：一阶滤波的滞后性怎么处理，是否和电机性能有关？

现在回想起来，有两个可能因素：

1、STM32频率从72降到16MHZ的时候，IIC的速度可能忘了调节了；

2、一阶滤波的代码可能没调好。

一阶滤波的方式当时试了好几天，最后忍不了了。换卡尔曼滤波吧！

这里要说一下，卖家发货时提供的程序只有一份读取DMP方式的，没有一阶滤波、也没有卡尔曼。跟卖家软磨硬泡了一下午，给我找来了一份卡尔曼的，电机驱动方向有点问题，PID参数也需要调整。

于是我拿过来，整了一下，在16MHZ的情况下，竟然就占了起来。

卡尔曼，你是个好人！

到这里，角度获取的几种方式，我都已经过了一遍了。优缺点，心里也有数了。接下来，做点什么？（原谅我自己玩的比较嗨，快忘了给外甥做玩具的事了）

我想把程序简化一下，看看能简化到什么程度，于是开始了给这套程序瘦身。不瘦不知道，一瘦发现卖家的程序里很多没用的东西（我竟然已经习惯了这种卖家，没有情绪拨动了），于是我都逐步测试，确认没用，然后删了。

简化之前，下载到单片机里面要占用30多K，简化以后，我印象里只有15K左右了。如果使用寄存器方式编程的话，代码量还要小一些。

到这里，我已经清楚要给外甥做一个什么样的玩具了。这个玩具不只是给他的，也是给我自己的。

硬件电路框架还是网上普遍在用的，但是核心我已经不想用STM32了，因为没有意思。我想用STM8，因为做这个东西，8位单片机足够了。

这也是我做这个东西，强烈想表达的一个想法。有一段时间，我在QQ群里和网友交流技术问题的时候，经常会有一些新人提问：学8位单片机好，还是学STM32好？

为什么他们会问这样的问题？

因为32位单片机的各方面性能几乎都是碾压8位单片机的，很多用人单位确实也在技能要求里面提到了会用到32。但是，这并不意味着8位单片机就不行了，说个最俗的因素，8位单片机便宜！

骚尼哥在回答这类问题时，说了一段话，我印象很深：会用STM32不代表牛逼，会用8位单片机不代表不牛逼，能把STM32的项目用8位单片机做出来，这才算牛逼！

是的，32位单片机确实性能强，但如果用不到合适的地方，就是资源的浪费，这不是一个优秀的工程师该做的事。

很多新人做项目，很少考虑需要用到的处理器性能，动不动就是32位单片机。这对一件商品来说，确实是一件好事，因为被大众认可了。但是对一个工程师来说，我不这么认为。我印象很深的一件事，一个学生想做个平衡小车，但是角度环调不好，问我怎么回事。我让他跟我说下他的硬件方案：他说他用的STM32F4系列的某个芯片（型号我记不清了），电机是网上随便找的。

我当时的心里是一阵阵的无力感，F4系列都用上了，呵呵，但是电机这个最重要的因素却没认真考虑。

未完待续......