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利用STM32L4平台优化自平衡滑板车的核心

Hublex Gyropod 是一款自平衡电动滑板车,专为专业人士打造,围绕 ST 组件打造,以提高其坚固性和效率。因此,它是一个很好的例子,说明我们的整个生态系统如何将这种车辆的性能推向“更高的地方”。由法国公司Hublex设计,其 Gyropod 协助员工在广阔的区域工作,如机场、仓库、商场等。因此,无论用户的体验水平如何,它都必须安全、可靠、轻便且易于使用有了这样的产品,还是他们的体型。因此,Gyropod 可以达到 12 公里/小时,宽 40 厘米(1.3 英尺),重量仅为 12 公斤(26.5 磅),尽管其巨大的转向杆旨在帮助骑手保持平衡并更好地控制系统。

根据英菲尼迪研究,到 2020 年,自平衡滑板车市场将接近 10 亿美元。这种交通方式越来越受公众欢迎,悬浮滑板的出现提高了它在年轻人群中的吸引力。然而,这些电动滑板车可能对希望改善工作条件和提高生产力的公司产生更重大的影响。问题在于,将设计组合在一起可能极具挑战性。

优化自平衡滑板车的核心

为了更好地处理与自平衡滑板车相关的安全性和效率限制,Hulex 使用STM32L476RG作为其主要微控制器 (MCU)。其宽工作电压范围(1.71 V 至 3.6 V)意味着它可以与各种电池一起使用,这意味着同一组件可以适应多种设计。此外,其在待机模式下的功耗仅为 120 nA,在关机模式下仅为 30 nA空闲时可以节省大量能源,这是一种常见的情况,因为设备通常只是等待用户跳上。最重要的是,在使用时,这款 STM32L4 的平均电流消耗仅为 39 µA/MHz,这使得 MCU 在 ULPMark 中达到了 220 分,使其成为同类产品中效率最高的微控制器之一,仅被新推出的STM32L4+超越。

STM32L4 平台提供的另一个显着优势是其使用 CAN 协议的先天能力。MCU 的控制器局域网与 2.0A 和 B(有源)标准兼容,可达到高达 1 Mbit/s 的速度。这对于 Gyropod 尤其重要,因为这意味着不同的组件,例如设计中其他部分使用的 STM32F0,可以相互通信,而不必通过中央处理器。此外,它通过在传感器及其控制单元之间需要更少的电线来简化设计。最终,它提供了一种快速有效的方式来管理基本功能,这解释了为什么CAN 标准适用于每辆汽车,现在也适用于自平衡踏板车。

低功耗意味着新的可能性

正如我们上面所说,Hulex 也使用 STM32F0:准确地说是两个STM32F042C6,一个用于转向命令链路,另一个用于电池管理。这种组件的主要优点之一是它能够提供特定功能,例如 CAN 接口,同时提供出色的性价比。由于使用了 Cortex-M0,该架构易于编程,并且它提供了足够的计算能力来执行特定任务。

例如,Hulex 能够使用它来运行自己的电量计算法,以更好地估计电池寿命并提供更相关的用户体验。毕竟,Gyropod 必须尽其所能确保它不会在旅途中耗尽果汁,这会破坏它的目的。因此,它必须及早提醒用户,以确保他们在最合适的时间为设备充电。

超越硬件

Hublex 还决定使用 ST 加速度计和陀螺仪LSM6DSL。运动传感和运动控制在自平衡中的重要性踏板车是显而易见的,但不太明显的是设备固有的复杂性,容易受到电池及其环境的大量干扰。然而,在其他竞争较小的产品可能会失败的情况下,LSM6DSL 在这种情况下蓬勃发展,这要归功于它的抗干扰性和提供更高准确度的低噪声模式。这将确保该系统能够提供更平稳的行驶和更精确的调整。所有这一切都发生在传感器在正常模式下仅消耗 0.4 mA 而在高性能模式下仅消耗 0.65 mA 的情况下。因此,该板可以使用更小、更实惠的电源组件。

最后,Gyropod 使用 ST 的 MotionFX 库,该库从许多不同的传感器获取结果,并使用融合算法来提高最终产品的精度和性能。这个库以及许多其他类似的库是开放的、免费提供的,并且文档齐全,带有开源应用程序和示例代码,这一事实确保了像 Hublex 这样的公司可以立即启动其开发。能够依赖 ST 实现如此复杂的功能意味着团队可以花更多时间优化产品的其他部分,以多种方式对其进行改进。归根结底,Gyropod 体现了 ST 生态系统真正卓越的特点:它能够将设计的各个部分结合在一起,使最终产品比以往任何时候都更远。

审核编辑:郭婷

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