基于ARM的两轮自平衡车模型系统设计课程设计
课 程 设 计 说 明 书
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题 目: 基于ARM的两轮自平衡车模型系统设计
摘 要
近年来，两轮自平衡车的研究与应用获得了迅猛发展。本文提出了一种两轮自平衡小车的设计方案，采用陀螺仪L3G4200以及MEMS加速度传感器MMA7260构成小车姿态检测装置，使用卡尔曼滤波完成陀螺仪数据与加速度计数据的数据融合。系统选用飞思卡尔32位单片机Kinetis K60为控制核心，通过滤波算法实现车身控制，人机交互等。
整个系统制作完成后，各个模块能够正常并协调工作，小车可以在无人干预条件下实现自主平衡。同时在引入适量干扰情况下小车能够自主调整并迅速恢复稳定状态。
关键词：两轮自平衡 陀螺仪 姿态检测 卡尔曼滤波 数据融合 目 录
1 课程设计目的 ................................................................................................................. 1
2 设计内容和要求 ............................................................................................................ 1
2.1 设计要求 ........................................................................................................................... 1
2.2 研究意义 ........................................................................................................................... 1
2.3 研究内容 ........................................................................................................................... 2
3 设计方案及实现情况 ................................................................................................... 2
3.1 两轮平衡车的平衡原理 ................................................................................................... 2
3.2 系统方案设计 ................................................................................................................... 3
3.3 系统最终方案 ................................................................................................................... 6
3.4 系统软件设计 ................................................................................................................... 9
3.5 电路调试 ......................................................................................................................... 16
4 课程设计总结 ............................................................................................................... 18
参 考 文 献 ........................................................................................................................ 19
附 录 ........................................................................................................................ 20
致 谢 ........................................................................................................................ 21
1 1 课程设计目的
（1）掌握嵌入式系统的一般设计方法和设计流程；
（2）学习嵌入式系统设计，掌握相关IDE开发环境的使用方法；
（3）掌握ARM的应用；
（4）学习掌握嵌入式系设计的全过程；
2 设计内容和要求
2.1 设计要求
（1）学习掌握基于ARM Cortex-M4内核的Kinetis K60系列单片机的工作原理及应用；
（2）学习掌握加速度计、陀螺仪的工作原理及应用；
（3）设计基于PID控制的两轮自平衡车模型系统的工作原理图及PCB版图；
2.2 研究意义
近年来，随着电子技术的发展与进步，移动机器人的研究不断深入，成为目前科学研究最活跃的领域之一，移动机器人的应用范围越来越广泛，面临的环境和任务也越来越复杂，这就要求移动机器人必须能够适应一些复杂的环境和任务。比如，户外移动机器人需要在凹凸不平的地面上行走，有时环境中能够允许机器人运行的地方比较狭窄等。如何解决机器人在这些环境中运行的问题，逐渐成为研究者关心的问题[1]。
两轮自平衡机器人的概念正是在这样一个背景下提出来的，这种机器人区别于其他移动机器人的最显著的特点是：采用了两轮共轴、各自独立驱动的工作方式(这种驱动方式又被称为差分式驱动方式)，车身的重心位于车轮轴的上方，通过轮子的前后移动来保持车身的平衡，并且还能够在直立平衡的情况下行驶。由于特殊的结构，其适应地形变化能力强，运动灵活，可以胜任一些复杂环境里的工作。
两轮自平衡机器人自面世以来，一直受到世界各国机器人爱好者和研究者的关注，这不仅是因为两轮自平衡机器人具有独特的外形和结构，更重要的是因为其自身的本质不稳定性和非线性使它成为很好的验证控制理论和控制方法的平台，具有很高的研究价值。
2 2.3 研究内容
本课题设计了一款两轮自平衡小车，研究了车身姿态检测中陀螺仪与加速度传感器的互补特性，并根据其特性比较并设计滤波算法，包括卡尔曼滤波等常用滤波算法。PID控制算法的实现以及直流电机调速的研究。具体包括：
(1) 机器人本体设计：包括机械，重心调整，电气系统设计等，为进一步研究提供良好的平台；
(2) 信号调理及控制部分电路设计：陀螺仪输出信号需要经过进一步滤波放大，因此需要设计信号调理电路，同时控制核心需要构建相关输入输出模块及人际交互设备，因此需要对主控单元电路进行设计。同时还需要设计直流电机驱动电路。
(3) 基于卡尔曼滤波的数据融合：由于陀螺仪测量的角速度只在短时间内稳定而加速度传感器的自身白噪声很严重，因此根据其互补特性设计卡尔曼滤波器以得到准确稳定的角度和角速度。
(4) PID控制算法：包括两路闭环控制。小车的倾角闭环控制以及直流电机的闭环速度控制。
3 设计方案及实现情况
3.1 两轮平衡车的平衡原理
控制小车平衡的直观经验来自人类日常生活经验。如人类身体拥有丰富的感知器官，通过大脑调节便可以控制腰部及腿部肌肉保持人体的直立。而一般人通过简单训练就可以让一根直木棍在手指尖保持直立不倒。这需要两个条件：一个是托着木棍的手指可以自由移动；另一个是人的眼睛可以观察木棍的倾斜角度与倾斜趋势(角速度)[4]。这两个条件缺一不可，实际上这就是控制系统中的负反馈机制，如图1所示。
图1保持木棍直立的反馈控制系统
自平衡车的控制也是通过负反馈来实现的，与在指尖保持木棍直立比较则相对简单。由于小车只依靠两个车轮着地，车轮与地面会发生相对滚动使得小车倾斜。而小车上装载3 的姿态检测系统能够对小车的倾斜状况进行实时检测，通过控制器控制车轮转动，抵消在这个维度上的倾斜力矩便可以保持小车平衡，如图2所示。
图2通过车轮转动保持小车平衡
3.2 系统方案设计
3.2.1 主控芯片方案
方案一：采用ATMEL公司的AVR单片机AVR单片机硬件结构采取8位机与16位机的折中策略，即采用局部寄存器存堆(32个寄存器文件)和单体高速输入/输出的方案(即输入捕获寄存器、输出比 较匹配寄存器及相应控制逻辑)。提高了指令执行速度(1Mips/MHz)，克服了瓶颈现象，增强了功能。其中的一款单片机型号为Atmega128，有64个引脚，最高可达到16M主频，IIC，UART，SPI接口都比较丰富，但价格高。
方案二：采用宏晶科技有限公司的STC12C5A60S2增强型51单片机作为主控芯片。此芯片内置ADC(模数转换)和IIC总线接口，且内部时钟不分频，可达到1MPS。性价比低。
考虑到此系统的复杂度，需要与传感器进行IIC通讯，输出灵活可控制的PWM信号，以及进行大量的数学运算。从性能和价格上综合考虑选择方案一，即用Kinetis K60作为本系统的主控芯片，由于外设比较简单，只需要IIC和PWM通道，因此具体型号定位为K60N512VM100。
方案三：采用freescale公司Kinetis K60系列单片机作为主控芯片。Kinetis K60系列单片机,工作电压1.71-3.6V,闪存的写电压为1.71-3.6V,采用ARM Cortex-M4内核,其性能可达1.25DhrystoneMIPS/MHz。该系列提供高达180MHz的性能和IEEE1588以太网MAC，
1万8字 基于STM32单片机的两轮平衡车设计
论文题目：基于STM32单片机的两轮平衡车设计
摘要
I
摘 要
本文主要讲述了如何使用微控制器 STM32F103C8T6实现控制两个直流步进电机使平衡车能够达到平衡状态且可用手机蓝牙遥控。
本文首先对毕业设计进行方案的论证和选择。本设计选择了ST公司的STM32F1系列单片机作主控MCU，采用编码直流无刷步进电机，TB6612FNG芯片作步进电机驱动，姿态传感器MPU6050作陀螺仪，0.96寸OLED液晶屏作显示屏，蓝牙模块作为特殊的通信串口与手机APP进行通信，锂电池电源在直流稳压后提供各个模块的所需的工作电压，使平衡车能够直立平衡。
然后本文介绍了STM32和系统的硬件电路设计方案，对直流稳压电路、姿态传感器、步进电机、OLED屏显示电路、驱动电路设计进行分析介绍，对STM32系统的设计流程、卡尔曼滤波算法及PID算法（步进电机控制算法）的原理和实现进行详细的说明，进行上位机程序的调试和工作的逻辑进行讲解。
最后本文讲述了毕业设计的机械安装与整机性能测试部分。本设计在机械安装全部完成后，对上位机和通电后实际情况进行性能测试，通过观察数据和现象来判断平衡车系统的性能效果，在不同状态和场合下测试平衡车的抗干扰以及运动能力。
关键词：STM32，平衡，步进电机，互补滤波，PID 摘要
II
Abstract
This paper mainly describes how to use the microcontroller STM32F103C8T6 to realize
the control of two dc stepper motors so that the balance car can reach the balance state and the
基于STM32F103C8T6的两轮自平衡车系统设计
Microcomputer Applications Vol. 37,No. 1,2021基金项目微型电脳％用2021年第37 )第1期
文章编号：1007-757X(2021)01-0010-03
基于STM32F103C8T6的两轮自平衡车系统设计
聂茹
(华南理工大学广州学院电子信息工程学院，广东广州510800)
摘 要：在STM32F103C8T6微控制器芯片基础上，提出了两轮自平衡车系统的一种设计方案。系统方案包括
STM32F103C8T6微控制器电路设计、车体姿态传感器MPU6050检测电路设计、电机驱动电路设计、以PID控制器为核心的
软件设计。经过测试，两轮自平衡车系统样机能够保持车体自我平衡并简单的直立行走，验证了硬件设计和软件设计的有效
性和可靠性。
关键词：MPU6050； STM32； PID控制器；自平衡车
中图分类号：TP212. 9 文献标志码：A
Design of Two-wheel Self-balancing Vehicle System Based on STM32F103C8T6
NIE Ru
(School of Electronic Information Engineering, Guangzhou College of South
China University of Technology, Guangzhou 510800, China)Abstract: On the basis of STM32F103C8T6 microcontroller chip, this paper presents a design scheme of two-wheel self-balan
cing vehicle system. The system scheme includesthe circuit design of STM32F103C8T6 microcontroller, the detection circuit
两轮自平衡小车毕业设计
两轮自平衡小车毕业设计
毕业设计题目：两轮自平衡小车设计
一、毕业设计背景与意义
目前，智能机器人技术已经在各个领域得到广泛的应用，其中自平衡小车是一种非常具有代表性的机器人。自平衡小车能够通过自身的控制系统来保持平衡姿态，并能够实现各种转向和动作。因此，自平衡小车不仅能够广泛应用于工业生产中，还可以成为搬运、巡逻和助力等领域的优秀协助工具。
本毕业设计的目标是设计和实现一种能够自动控制、实现平衡的两轮自平衡小车。通过这个设计，进一步探究并研究自平衡技术的原理及应用，增加对机器人控制系统和传感器的理解，提高对计算机控制和嵌入式系统的应用能力。
二、毕业设计的主要内容和任务
1.研究和调研
a)研究两轮自平衡小车的构造和原理；
b)调研目前市场上相关产品，并分析其特点和存在的问题。
2.模块设计
a)根据研究结果，设计自平衡小车的主要模块，包括平衡控制模块、动作控制模块和传感器模块；
b)设计相关控制算法和策略，使小车能够保持平衡并能够实现转向和动作。 3.硬件搭建和调试
a)根据模块设计的结果，搭建小车的硬件系统，包括选择适用的电机、陀螺仪、加速度计等；
b)进行相应的调试和优化，保证小车的平衡和动作控制能力。
4.软件开发和系统集成
a)开发小车的控制系统软件，包括实时控制系统和传感器数据处理等；
b)将硬件系统和软件系统进行有机地集成，实现小车的平衡和动作控制。
5.实验和测试
a)进行实验测试，验证设计的有效性和稳定性；
b)进行相关的性能测试和比较研究。
三、设计预期成果
1.自平衡小车的系统设计和实现，能够平衡姿态并能够实现转向和动作控制；
2.控制系统软件的开发和优化，实现小车的实时控制和数据处理；
3.相关模块和算法的设计和实现，如平衡控制模块和动作控制模块；
4.实验和测试结果的总结和分析；
5.毕业设计报告的撰写。
四、设计周期和工作安排
1.阶段1：研究和调研阶段（1周） 2.阶段2：模块设计阶段（2周）
基于MMA7260两轮自平衡小车控制系统设计
第２４卷第３期 ２０１１年５月 机电产品开崖与钏崭 Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ＆Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｖｏ１．２４，Ｎｏ．３ Ｍａｙ．．２０１１ 文章编号：１００２—６６７３（２０１ １）０３—１４４—０３ 基于ＭＭＡ７２６０两轮自平衡小车控制系统设计
杨继志．郭敬 （北京航天试验技术研究所机电技术事业部，北京１０００７４） 摘 要：两轮自平衡小车运动控制的关键是小车平衡的控制。本文设计并制作了一台以ＭＭＡ７２６０加速度 传感器为姿态敏感元件．采用ｓＴｃ１２ｃ５Ａ６０ｓ２单片机作为主控制器．通过Ｌ２９８电机驱动模块驱动 双向直流电机实现两轮自平衡小车的姿态控制。将涉及到具体硬件的控制程序进行了分离和封装， 因此小车可以作为验证各种控制算法性能的理想物理平台，并采用ＰＩＤ算法对小车姿态控制进行 了试验．验证了自平衡小车物理系统方案的可行性。 关键词：ＭＭＡ７２６０；两轮自平衡小车；ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ６０Ｓ２；控制算法 中图分类号：ＴＢ５１ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｉ．ｉｓｓｎ．１００２—６６７３．２０１１．０３．０５８
Ｔｗｏ Ｗｈｅｅｌ Ｓｅｌｆ－ｂａｌａｎｃｉｎｇ Ｃａｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｄｅｓｉｇｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＭＭＡ７２６０ ＹＡＮＧ 一Ｚｍ，ＧＵＯ Ｊｉｎｇ （Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００７４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｌａｎｃｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｏ ｔｈｅ ｔｗｏ ｗｈｅｅｌ ｓｅｌｆ－ｂａｌａｎｃｉｎｇ ｃａｒ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏ１．Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｍａｄｅ ａ ｇｅｓｔｕｒｅ ｔｏ ＭＭＡ７２６０ ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ ｗｈｉｃｈ ｓｅｎｓｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ ｉｓ ｕｓｅｄ ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ６０Ｓ２ ＳＣＭ ａｓ ａ ｍａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｄｒｉｖｅｎ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ Ｌ２９８ ｍｏｔｏｒ ｄｒｉｖｅｒ ｍｏｄｕｌｅ ｔＯ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｗｏ—ｗａｙ ＤＣ ｍｏｔｏｒ ｃａｒ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｂａｌａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｔｔｉｔｕｄｅ ｃｏｎｔｒｏ１．Ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ ｗｅｒｅ ｉｓｏｌａｔｅｄ ａｎｄ ｐａｃｋａｇｅｄ，ＳＯ ｔｈｅ ｃａｒ ＣａＤ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｂｅ ａｎ ｉｄｅａｌ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｔｅｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ．Ｔｈｅ ＰＩＤ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔＯ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ａｔｔｉｔｕｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｒ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｖｅｒｉｆｙ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＭＭＡ７２６０；ｔｗｏ ｗｈｅｅｌ ｓｅｌｆ－ｂａｌａｎｃｅ ｃａｒ；ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ６０Ｓ２；ｃｏｎｔｒｏｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ
两轮自平衡车控制系统的设计与实现
两轮自平衡车控制系统的设计与实现
一、自平衡车系统概述 1、定义
自平衡车是一种以双轮直立结构/双轮平移结构的小型无线遥控电动车，最初由电
动车作为主要的运动机构，但也有可能有其他特殊机构，进行实时控制，使其能
够在平衡和模式控制下，保持水平稳定态，实现自动平衡、自主康复和自由行走。
2、系统功能
自平衡车系统的功能是通过实时控制平衡并实现模式控制，使自平衡车实现自动平
衡、自主康复和自由行走，从而达到智能化的操作目的，解决双轮自行车无主动
平衡功能的问题。
二、系统设计 1、硬件系统
自平衡车的硬件系统由电池、ESC（电子转向控制器）、遥控组件、周边传感器组
件、电路板组件等构成。
2、软件系统
自平衡车的控制系统主要由ARMCortex-M0 MCU、单片机程序、PID算法组成。
三、系统实现 1、硬件系统实施
（1）第一步，在自平衡车上安装ESC，ESC的电池由智能充电器连接，使自平衡
车进行自动充电；
（2）第二步，给控制器方向键插上遥控器，使用户可以控制车辆移动；
（3）第三步，在车辆上安装多个传感器，在控制板上增加芯片，使用户可以对车
辆进行实时监测；
（4）第四步，在控制板上安装一个ARM Cortex-M0 MCU处理器，将控制算法由
单片机程序烧录形成可控制的处理系统。 2、软件系统实施
（1）随着ARM处理器的安装，自平衡车可以被SONI的特殊的烧录器进行烧录，
该程序可以控制车辆的转向和速度；
（2）安装完毕后，需要建立多个变量从传感器接受数据，读取车辆的平衡状态，
并控制车辆前后左右的运动；
（3）最后，我们选择PID算法来实现车辆实时的控制，根据车辆当前的实际情况，
调节PID距离和速度增量使自平衡车实现实时的模式控制。
四、结论
本文介绍了自平衡车控制系统的设计思想和实现步骤，通过控制平衡，实现自动平
衡、自主康复和自由行走，使得自平衡车有更多的功能，在以后的应用中，自平
衡车的研究和应用实际会有很大的推动作用。
stm32平衡小车课程设计报告
stm32平衡小车课程设计报告
报告：STM32平衡小车课程设计报告
一、课程设计目标
STM32平衡小车课程设计旨在提高学生对单片机编程及控制算法的理解和实践能力，培养学生的团队合作和创新思维能力，同时提高学生对毕业设计相关知识的掌握。
二、课程设计内容
1.硬件设计：STM32F103C8T6单片机、PDOutMPU6050六轴陀螺仪模块、电机模块、电源模块等。
2,软件设计：本设计利用PID控制算法实现平衡车的稳定运动，使用KEI1MDK-ARM进行编程。
3.实验流程:(1)硬件调试：连接电棚区动器、陀螺仪模块和电源模块，进行硬件的调试和测试。
(2)软件编程：编写平衡小车的控制程序，调整PID参数，调试程序并优化。
(3)实验验收：验证控制程序的正确性和稳定性，通过实验数据进行参数调整。
三、课程设计收获
1提高了对单片机及控制算法的理解和应用能力。
2 .增强了团队合作和创新思维能力。
3 .提高了对毕业设计相关知识的掌握和运用能力。
四、课程设计建议和意见
1加强理论讲解，使学生更加深入理解单片机和控制算法的原理。
2.加强实验操作训练，让学生更加深入地学习和掌握实验技能。 3才是高实验器材的质量，确保实验数据的准确性和可靠性。
4.增加更多的课程设计项目，丰富学生的实践经验。
五、总结
STM32平衡小车课程设计是一种提高学生综合能力的有效方式，可以培养学生的动手能力、团队协作能力和解决问题的能力，为学生毕业设计和未来的工作提供一定的参考价值。因此，针对本课程设计，我们应该加强对理论知识和实践技能的培养,提高学生的专业素养和实践能力，进一步推动教育教学改革和发展。
两轮平衡车建模与系统设计
国内图书分类号：ＴＰ２１６＋．３国际图书分类号：３０．
西南交通大学
研究生学位论文
两轮平衡车建模与系统设计
年
姓
专
二零一三年五月一令一二，平丑月
密级：公开ＣｌａｓｓｉｆｉｅｄＩｎｄｅｘ：ＴＰ２ｌ６＋．３Ｕ．Ｄ．Ｃ：３０．
ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ＭａｓｔｅｒＤｅｇｒｅｅＴｈｅｓｉｓ
ＴＷＯ．ＷＨＥＥＬＥＤＳＥＬＦ．ＢＡＬＡＮＣＥＤＶＥＨＩＣＬＥ
ｏｆＭＯＤＥＬⅢＧＡＮＤＳＹＳＴＥＭＤＥＳＩＧＮ
Ｇｒａｄｅ：２０１０
Ｃａｎｄｉｄａｔｅ：ＺｈａｏＬｅｉ
ＡｃａｄｅｍｉｃＤｅｇｒｅｅＡｐｐｌｉｅｄｆｏｒ：Ｍａｓｔｅｒ
Ｓｐｅｃｉａｌｉｔｙ：ＴｅｓｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ
Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＷｕＣｈｕａｎＨｕｉ
Ｍａｙ，２０１３西南交通大学
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学位论文作者签名．／／乙磊指导老师签名：例暂
日期：劢ｆ）・箩．∞日期：仂，；、ｆ
７，－＇０西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献）声明
本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：
本人在该论文中进行了两轮平衡车相关资料的收集，利用牛顿力学和拉格朗日力学对两路平衡车进行建模，设计了载人平衡车机械和硬件以及软件系统，系统能够进行前后左右转弯以及上坡和下坡等功能，完成了既定设计和调试任务，对系统的稳定
性和鲁棒性进行了数据分析。
本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成
果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰
两轮自平衡小车毕业设计 2
两轮自平衡小车毕业设计04161120(总24页)
-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1
-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除 两轮自平衡小车的设计
摘要
最近这几年来，自平衡电动车的研发与商用获得了快速发展。自平衡车具有 体积小，运动十分灵活，便利，节能等特点。本文提出了一种双轮自平衡小车的设计方案，机械结构采用了双轮双马达驱动；控制主要采用的是反馈调节，为了使车体更好的平衡，使用了PID调节方式；硬件上采用陀螺仪GY521 MPU-6050来采集车体的旋转角度以及旋转角加速度，同时采用了加速度传感器来间接测量车体旋转角度。采用意法半导体ST公司的低功耗控制器芯片stm32作为主控，采集上述传感器信息进行滤波，分析等操作后进而控制马达的驱动，从而达到反馈调节的闭环，实现小车的自动平衡。系统设计，调试完成后，能够实现各个功能部件之间协调工作，在适度的干扰情形下仍然能够保持平衡。同时，也可以使用手机上的APP通过蓝牙与小车通信控制小车的前进和后退以及转弯。
关键词：自平衡小车 陀螺仪传感器 滤波 APP Design of Two-Wheel Self-Balance Vehicle
Abstract
In the last few years, with the development of commercial self balancing
electric vehicle was developed rapidly. Self balancing vehicle has the
advantages of small volume, the movement is very flexible, convenient, energy
saving etc.. This paper presents a two wheeled self balancing robot design,
基于单片机的智能两轮自平衡车的设计
基于单片机的智能两轮自平衡车的设计
作者：赵一澎 唱红 夏靖坤 何金 刘莹
来源：《卫星电视与宽带多媒体》2020年第07期
1. 引言 如今移動机器人面临的环境和任务越来越繁杂，在这种情况下，就需要移动机器人必须能够适应一些复杂的环境和危险的任务。因此开展对两轮自平衡小车的研究，这项研究在该领域的科研水平具有很重要的现实意义。
1.1 两轮自平衡小车的研究意义
在面临一些复杂环境和艰巨的任务时，移动机器人通常会碰到一些狭隘的危险工作，在面对这样如此艰难的环境，研究者们针对移动机器人如何灵活快捷的执行任务的问题进行了深度的研究。正是在这样一个背景下两轮自平衡小车的概念被提出来。两轮自平衡小车的优点在于可以适应复杂的环境和控制任务，可以保持车身的平衡，在安防或者军事上会有更广阔的应用前景。
1.2 两轮自平衡小车的技术
1.2.1 数学建模
建立系统的模型，建立的重点在于动力学方面，两轮自平衡小车的结构主要由车身和双轮子两部分构成。对两轮自平衡小车的建模方法，采用经典的力学方法，对小车进行受力分析，可分为车轮模型和车身模型两部分，最后通过对两者的稳定型和能观性的分析判断出系统的最优状态方程。
1.2.2 姿态检测
两轮自平衡小车通过检测小车的姿态来对小车进行控制。加速度计和陀螺仪等惯性传感器可以实时、准确的检测两轮自平衡车的倾角。因此，采用陀螺仪和加速度两个传感器相结合，通过融合的算法对于两轮自平衡小车来说是实现有效控制的关键所在。
1.2.3 控制算法
控制技术是运动控制的核心，两轮自平衡车属于本质不稳定系统，利用传统的PID技术进行可行性分析，传感器将车体的运动速度和倾角等信息传递给系统控制器，是车轮转速与角度值保持一致，系统控制器将最终命令传递给电机驱动器来完成系统的闭环控制。
一种基于ARM-STM32的两轮自平衡小车的设计与实现
一种基于ARM-STM32的两轮自平衡小车的设计与实现
李亚文;常亮
【期刊名称】《计算机与数字工程》
【年(卷),期】2017(045)007
【摘 要】随着交通安全问题日益突出,以及人们对智能化生活的追求,促使了轻巧灵便的两轮平衡小车的发展.通过分析了平衡小车的平衡控制原理,进行合理的硬件选材和设计,应用ARM-STM32为核心控制器件,加入蓝牙智能通信协议实现了客户端远程控制,最终组装了两轮自平衡小车.大量的实验测试结果表明,该设计的两轮自平衡小车具有较强的自适应调节平衡性,稳定性好,可以实现蓝牙远程智能控制等显著优势.%With the increasing traffic safety problems,as well as the pursuit of
intelligent life,the development of light and flexible wheeled inverted
pendulum vehicle is promoted.It is reasonable to select and design the
hardware,through the analysis of the balance of the balance of the car
control principle,Application of ARM-STM32 as the core control
device,Bluetooth intelligent communication protocol is added to achieve
the client remote control,and wheeled inverted pendulum vehicle is
assembled finally.A large number of experimental results show that the