【源码】基于Raspberry Pi和ARM Cortex M3的旋转倒立摆控制系统

项目简介

本项目实现了一个旋转倒立摆控制系统，通过Raspberry Pi运行PID控制器，结合ARM Cortex M3（Arduino Due）控制步进电机，以此控制旋转倒立摆的角度和旋转速度，让不稳定的倒立摆保持直立状态。借助SPI通信实现Raspberry Pi与Arduino Due的数据交互，利用无线IMU测量摆的角度。

项目的主要特性和功能

1. 双控制器协作：采用两个PID控制器，分别控制摆的角度和旋转速度，通过间接控制角度稳定旋转速度。
2. 多硬件协同：Raspberry Pi作为主控执行PID算法，Arduino Due负责电机控制，无线IMU测量角度，各硬件协同实现系统功能。
3. 高效通信方式：Raspberry Pi与Arduino Due通过SPI通信传输数据，IMU通过蓝牙与Raspberry Pi通信，保障数据实时传输。
4. 微步控制电机：步进电机采用1/16微步模式，可在软件中灵活更改步进模式，实现精确控制。
5. 实时监测与调整：系统实时监测摆的角度和旋转速度，根据PID算法实时调整电机加速度，确保摆的平衡。

安装使用步骤

硬件连接

1. Raspberry Pi与Arduino Due：连接MISO、MOSI、SCLK、SS和GND引脚，使用SPI模式(0,0)，8位数据传输，先传最高有效位。
2. 步进电机驱动器：将步进电机通过四个引脚连接到驱动器，用独立电源为电机供电，设置驱动器为1/16步进模式。连接Arduino Due与驱动器控制电机方向和步进，为驱动器逻辑部分提供3.3V电源。
3. Raspberry Pi与IMU：安装蓝牙工具，配对Raspberry Pi与BlueIMU设备，建立蓝牙连接。

软件准备

1. Arduino Due：安装GCC ARM嵌入式工具链、Atmel Software Framework（ASF）和BOSSA flash工具。
2. Raspberry Pi：安装BCM2835库用于SPI通信。

代码编译与上传

1. Arduino Due：设置Makefile中的变量，使用make命令编译和链接程序，通过BOSSAC工具将程序烧录到Arduino Due。
2. Raspberry Pi：进入pid_controller目录，使用make命令编译程序。

运行与调试

1. 建立Raspberry Pi与IMU的蓝牙连接。
2. 启动PID控制器程序，手动将摆置于直立位置，等待系统接管控制。

注意事项

控制器程序在摆角度大于90度时会停止电机并终止，因此启动前需手动将摆置于直立位置并保持。

许可证

此项目代码使用Apache 2.0许可证。项目中的代码部分包含对BlueIMU项目的引用，该项目由Frank Duerr开发。

下载地址

点击下载 【提取码: 4003】【解压密码: www.makuang.net】