Unpretentious ESP32 balancing car

1 概览
                        如图，小车的机械结构比较简单，只需要把两个带编码器的TT马达固定在板子上即可。板子背面放置两串16340锂电池（750mAh），板子内设计有锂电池保护电路和充电电路。电源部分，使用TPS5430（5V，3A）和AMS1117（3.3V 1A）。陀螺仪板子上放置了mpu6050和mpu9250，推荐用mpu6050，mpu9250太贵了。电机驱动使用A4950，可以用国产的AT4950替代，便宜。对于电机测速，板载74HC74做硬件正交解码。此外，板子上留有PWM扩展芯片PCA9685（驱动5个舵机，8个LED灯）、FLASH、麦克风、喇叭以及LCD接口，还有2P拨码和电池电源检测，也可以作为ESP32的学习板来使用，就是相对low些。
 
2 原理图设计
2.1 锂电池保护及充电电路
            如图，充电芯片选用PL7501C，为升压型双串锂电池充电芯片，soic-8封装，接入TYPE-C线即可为板载的两串16340电池充电了。右上角D2二极管SS34焊接以防止锂电池上电时，自己给自己充电。锂电池保护电路选用HY2120+S8205A的方案，S8205A过流6A，需要增大过流可以并联S8205A，不过对于这个板子来说是足够了。
 
2.2 电源电路
          如图，BUCK降压芯片TPS5430做一级降压，两串锂电池输入，降至5V输出，最大电流3A，也可以替换成TPS5450（最大电流5A），R24和R25为反馈电路，调节其阻值可以调整输出电压，Vout=1.22*（R24/R25+1）。线性电源芯片AMS1117做二级降压，比较便宜，1A输出足够了，一片专门给ESP32供电，一片给板子上的其他外设供电。
 
2.3 电机驱动及测速电路
          电机驱动选用A4950，soic-8封装，可以用国产的AT4950替代，更便宜。IN1和IN2为控制信号输入，可以双极性也可以单极性，单极性的话正转反转控制规律相反，可以加入信号变换电路，也可以软件处理。74HC74双路D触发器做硬件正交解码，编码器输出的AB相信号转换为一路速度信号（PWM）和一路方向信号（固定电平）。
 
2.4 陀螺仪
        
2.5 串口自动下载电路
            CP2104十来块钱一片，比较经典，可以换CH340+手动下载降低成本。
 
3 PCB设计
      PCB为两层板设计（本来以为快开学了，所以画两层板，制作快一些），改进可以用四层板，同时把电机驱动换成TLE6209，过流6A，电机驱动能力更强。TLE6209方案的小车后面开源。
3.1 定位孔
               如图，板子上一个有12个定位孔，中间那四个像是定位孔的其实是两串16340电池盒。板子四角的M3定位孔是为轮趣科技的平衡小车车模设计的，所以板子也可以安装在其上。板子左右挨的较近的四个M3定位孔为TT马达电机固定孔。
 
3.2 引脚分配
      ESP32系列，IO口可以复用成任意功能，详见数据手册，所以原理图设计时一些通用引脚可以先不做分配，根据PCB布局来做引脚分配，布线更加容易。
 
3.3 布局布线
       自己觉得美观就行，一般都能用。过流大的线尽可能粗，信号线不要走很多过孔，不要乱。另外就是地平面完整性，电源线即便再粗，敷铜后地线要是很细也无济于事。
 
代码就不传了，想要简单的平衡和运动，网上的教程非常全面的。不过对平衡小车应用模糊PID和一些改进PID有兴趣，欢迎交流讨论。
 
2022/08/24做了一期焊这块板子的视频：【平衡小车 | 一期朴实无华的焊板子视频】 https://www.bilibili.com/video/BV1Mv4y1F7oN?share_source=copy_web&vd_source=5f672fa841f164f60d73e8404c6e051e