基于stm32的两轮自平衡遥控小车设计

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1、基于STM32的两轮自平衡遥控小车设计　　【摘要】两轮自平衡小车作为一种新型的交通工具，其驾驶的方式新颖，深受年轻一族喜爱，且由于是采用的电力驱动，属于清洁能源，对于缓解日益严重的大气污染、能源危机和交通拥堵问题，是一种比较好的解决方式，同时由于两轮自平衡小车的结构不稳定性，给控制的算法提出了很大的挑战，同时由于这个原因平衡车也成为了一种检验控制算法的良好平台。本平衡车使用STM32单片机作为控制核心，通过电机编码器与陀螺仪实时获得小车速度与姿态数据，运用PID控制算法使得小车能够保持平衡。　　【关键词】两轮平衡；STM32单片机；PID　　【Abstract

2、】Thetwowheeledvehicleisanewtypeofvehicle，drivingthenovel，byyoungpeoplelove，andbecauseitisthedrivingpower，akindofcleanenergy，toalleviatetheincreasinglyseriousairpollution，energycrisisandtheproblemoftrafficcongestion，isarelativelygoodsolutionatthesametime，duetothestructureofselfbalanc

3、ingthecartworoundsofinstability，isagreatchallengetothecontrolalgorithm，andforthisreasonthebalanceofthecarhasbecomeagoodplatformtotestthecontrolalgorithm.UsingSTM32microcontrollerascontrolcore，real-timeaccesstovehiclespeedandattitudedatathrough6themotorencoderandgyroscopeusingthePIDc

4、ontrolalgorithmmakesthecartomaintainbalance.　　【Keywords】Twowheelbalancing；STM32singlechipmicrocomputer；PID　　0引言　　随着我国工业化的不断的推进，国民生产力不断提升，同时自动化控制技术也在不断发展，由于生活节奏也不断的加快，人们急需一种能够在小区，家中，室内场馆行驶的小型代步工具。同时又由于化石燃料大量消耗导致是有紧缺的今天，人们也开始使用较为清洁的电能。因此在这种情况下，两轮自平衡小车由于它时尚、小巧的外形，新颖的驾驶方式，全新的骑行体验，受到青年的欢

5、迎。两轮平衡车具有较大的市场前景，因此研究两轮自平衡小车也就有了它的必要性。　　1系统总体设计　　本系统包括了电机驱动电路、电机编码器模块、供电模块、陀螺仪模块、单片机处理控制模块等复杂模块。系统总体框图如下图1所示。　　小车整体使用STM32F103ZET6作为控制核心，使用MPU6050六轴陀螺仪作为姿态获取传感器，由于控制使用的是闭环算法，所以使用高精度磁编码器作为小车两轮速度采取传感器，该编码器具有较强的抗干扰能力。电机驱动选择是使用东芝半导体生产的直流电机驱动TN6612FNG，相对于传统的L298N电机驱动，TB6612FNG具有外围电路简单，且支

6、持的PWM调速频率更高，同时也有利于减小系统的尺寸。　　2系统硬件设计6　　两轮平衡车采用MPU-6050来获取小车实时姿态信息，将信息上传给单片机，由单片机处理数据，通过超声波模块可以让小车与障碍物一直保持在一定的距离，以实现超声波跟随功能。通过蓝牙接受遥控小车的运动。　　2.1最小系统的设计　　本两轮平衡车采用控制最小系统控制芯片是使用的STM32F103ZET6单片机，芯片的所有引脚全部引出，有利于其他功能的扩展，下载程序采用了UART与SW调试接口，便于程序的调试。并且在制作的过程中预留了蓝牙模块接口与超声波接口，既方便安装固定，也增加系统的重心的稳定

7、性，最小系统负责将电机编码器和MPU-6050所传来的数据进行处理，并根据得到的结果控制电机做出相应的动作。　　2.2供电模块的设计　　系统使用12V锂电池供电，工作时的电流能够满足直流减速电机电流需求，由于单片机等其他的器件采用5V供电而且功耗较小，所以使用LM2596可调降压模块将12V电压转化为5V，供单片机、MPU-6050、蓝牙模块等传感器使用。以保证系统的正常运行。　　3系统软件设计　　3.1软件设计流程　　软件设计主要包含：电机编码器与陀螺仪信号的采集与处理，调节PWM输出改变电机状态，使得小车达到平衡、行走、转弯等功能。软件主要是倾角PID与速

8、度PID。软件设计流程如图2所示。6