总览
以 STM32F401CCU6（Black Pill） 为核心，现有基础：✅ 已跑通 Blink / ✅ MPU6050 姿态读取。
根据硬件预算和兴趣方向，分两条独立路径：
- FOC 路径 — 用无刷电机 + FOC 驱动，技术挑战大、控制平滑。
- 直流减速电机路径 — 用 TT 电机 + DRV8871/DRV8833，入门快、成本低。
路径 A：FOC 平衡车（推荐目标：学习 FOC + 平衡）
核心物料
| 组件 | 型号 | 数量 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 主控板 | STM32F401CCU6 (Black Pill) | 1 | ✅ 已有 |
| IMU | MPU6050 | 1 | ✅ 已有 |
| 无刷电机 | 4010 / 5010 云台电机（低电感） | 2 | 8~12 对极，FOC 友好 |
| FOC 驱动板 | DRV8316（或 TMC6300、L6234） | 2 | 3 相半桥 + 电流检测，不可替换为 DRV8833/DRV8871 |
| 磁编码器 | MT6701（推荐，~¥25）或 TLE5012B（~¥35）或 AS5048A（~¥50） | 2 | AS5600 分辨率低、I2C 太慢，不适用于 FOC |
| 电池 | 2S~3S LiPo (7.4~11.1V) | 1 | XT30 接口 |
| 3.3V 稳压 | AMS1117-3.3 | 1 | 如 Black Pill 无独立供电 |
| 底盘 + 车轮 | 3D 打印或成品车架，车轮 60~80mm | 1 套 | |
| USB-UART | CH340G / CP2102 | 1 | 调试日志输出 |
| 逻辑分析仪 | Saleae 克隆（可选） | 1 | SPI 解码、PWM 时序调试很有用 |
| 示波器 | 100MHz+（可选） | 1 | 电流采样时序校准 |
开发步骤
- 单电机开环运转
- DRV8316 + 无刷电机 -> 三相 PWM（TIM1/8 互补输出）
- 六步换相验证电机正常旋转
- 读取 MT6701/TLE5012B 编码器角度（SPI）
- 电流采样校准
- ADC 注入采样同步于 PWM，读取两相电流
- 零电流偏移校准，确认电流波形
- 单电机 FOC 电流闭环（10~20 kHz）
- Clark -> Park -> PI(Id/Iq) -> 反 Park -> SVPWM
- 锁定转子整定 PI 参数
- 速度 / 位置闭环
- 编码器差值 -> 速度 PI
- 为差速驱动做准备
- 双电机独立控制
- 复制通道，左右独立速度设定
- 平衡控制
- MPU6050 -> 互补滤波 -> 倾角 + 角速度
- 外环：倾角 PID -> 期望车速
- 内环：车速 PID -> Iq 电流
- 先悬浮调试，后落地
- 转向控制
- 偏航角速度 P 控制器 -> 左右轮速差
- 遥控（可选）
- UART SBUS 接收机 / 蓝牙串口 -> 调速 + 转向
FOC 路径典型 BOM 成本估算
| 项 | 约 ¥ |
|---|---|
| 云台电机 ×2 | 80~120 |
| DRV8316 模块 ×2 | 100~160 |
| MT6701 模块 ×2 | 50~70 |
| 电池 + 充电器 | 80~120 |
| 底盘 + 车轮 | 30~80 |
| 其他（稳压、线材、接插件） | 20~40 |
| 合计 | ~¥360~590 |
路径 B：直流减速电机平衡车（轻量入门）
核心物料
| 组件 | 型号 | 数量 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 主控板 | STM32F401CCU6 (Black Pill) | 1 | ✅ 已有 |
| IMU | MPU6050 | 1 | ✅ 已有 |
| 直流减速电机 | TT 编码电机（黄轴减速电机） | 2 | 编码器 20~40 CPR，无需 FOC |
| 电机驱动 | DRV8871 ×2 或 DRV8833 ×1 | 2 / 1 | H 桥，PWM + 方向，有刷直流用 |
| 车轮 | TT 电机配套轮（65mm） | 2 | |
| 电池 | 2S LiPo (7.4V) | 1 | |
| USB-UART | CH340G / CP2102 | 1 | 调试日志 |
开发步骤
- 单电机速度闭环
- 编码器（TIM 编码器模式）-> 速度 -> PI -> PWM 占空比
- 整定速度 PI
- 双电机差速控制
- 左右独立速度环，统一 UART 速度指令
- 平衡控制
- MPU6050 -> 姿态角
- 倾角 PID -> 目标速度 -> 速度 PI -> DRV8871 PWM
- 平衡只需 两级 PID（倾角 + 速度），无需电流环
- 转向
- 左右轮差速直接实现
- 遥控（可选）
- 蓝牙 / IR / 无线串口
路径注意点
- TT 电机齿轮间隙较大，平衡环需要 死区补偿 或 控制周期拉长 (~10ms)，否则容易振荡
- 建议先做一段不带平衡的 UART 遥控小车，确认电机 + 编码器基本工作正常
直流路径典型 BOM 成本估算
| 项 | 约 ¥ |
|---|---|
| TT 编码电机 ×2 + 车轮 | 30~50 |
| DRV8833 模块 | 10~20 |
| 电池 | 40~60 |
| 底盘（亚克力板切割） | 10~20 |
| 其他 | 15~30 |
| 合计 | ~¥105~180 |
两条路径对比一览
| 维度 | FOC 路径（无刷） | 直流路径（TT 电机） |
|---|---|---|
| 成本 | ~¥400~600 | ~¥100~200 |
| 难度 | ⭐⭐⭐⭐ | ⭐⭐ |
| 控制平滑度 | ⭐⭐⭐⭐⭐ | ⭐⭐⭐ |
| 低速力矩纹波 | 很小（FOC 正弦驱动） | 较明显（齿槽 + 齿轮间隙） |
| 技术收获 | FOC + 平衡算法 | 基础 PID + 平衡算法 |
| 开发周期 | 4~8 周 | 1~2 周 |
| 升级空间 | 高（可改机器人关节） | 低（有刷电机上限低） |
建议路线（两个阶段）
阶段一：先用 TT 电机 + DRV8833 跑通平衡车，掌握 PID 串联控制与姿态滤波。
阶段二：升级 BLDC 无刷 + DRV8316 + MT6701，将平衡车控制改为 FOC，体验低噪声、高力矩、再生制动。
这样第一阶段风险可控、成本低、快速拿到可运行结果，第二阶段再攻坚 FOC 本身，不会一上来同时搞两个陌生领域。
