文章目录

1 简介
1 课题描述
2 课题设计内容
3 平衡车控制原理
4 关键算法
- 4.1 PID控制算法
- 4.2 卡尔曼滤波
5 硬件设计
- 5.1 stm32部分
- 5.2 电机驱动电路设计
- 5.3 蓝牙通信
- 5.4 软件实现
- 5.5 APP设计
- 5.6 小车平衡控制
- 小车速度控制
6 实现效果
7 关键代码
8 最后

1 简介

Hi，大家好，这里是丹成学长，今天向大家介绍一个单片机项目，大家可用于课程设计或毕业设计

基于STM32的平衡车设计与实现

单片机-嵌入式毕设选题大全及项目分享:

https://blog.csdn.net/m0_71572576/article/details/125409052

1 课题描述

课题的研究主要是为了设计出可以在小范围内活动的轻巧灵活的绿色代步工具,并且在自平衡的功能上加上一些新功能，如自跟随功能和遥控功能，这样平衡车不仅可以当作交通工具来使用还可以作为人们的助手，如可以制造出平衡车形式的拉杆箱、平衡车形式的超市购物车等。平衡车技术起源于国外被叫作摄位车（Segway），在国内有被叫做平衡车、思维车、体感车，平衡车易于放置，便于携带。公共场所、汽车、火车上都可以随意携带，平衡车不需要专用的场地，可以在马路、公园、林间小路甚至室内都可以骑行，所以它相比传统的四轮车是有很大的优势的。

无论是两轮平衡车还是独轮平衡车都可以在小范围内运动，不像传统的四轮车在小范围内实现转弯很困难。随着电子技术的不断发展，人们对代步功能的要求也越来越高，平衡车也就由此诞生了，电动平衡车的小巧便携性也给人们带来了很多方便，同时，电动平衡车的电驱动性赋予了它绿色交通的使命，它的广泛流行对文明城市的建设和生活环境的改善都有着重要的意义。电动平衡车为人们节省了不少燃油开支和时间，相比其它的代步工具还有价格上的优势，使大多数的人都能支付得起，保养起来也相对简单。在平衡车上加入一些传感器可以使人更好地控制它，同时也使它具有了搬运、壁障等功能，如加入了自跟随功能就避免了需要人用手携带的缺点。

市面上常见的平衡车

平衡小车的控制任务可以分解成三个基本控制任务。

1 首先是控制小车的平衡，控制小车的平衡可以通过控制平衡小车的两个车轮的正反转实现平衡小车可以在两个运动方向都可以获得产生回复力的加速度，这样平衡任务就可以实现。
2 然后是控制小车的速度，由以上分析可知小车的速度与倾角有着密不可分的关系，所以小车的速度变化应该与倾角相对应。
3 最后是控制小车的方向，控制小车的方向可以利用两个车轮之间的转速差进行控制，转向速度应该与速度差的大小成正比。

4 关键算法

4.1 PID控制算法

PID 算法在工业控制中有着重要的地位，是现今最常用的模糊控制算法之一， PID 其实是比例控制、积分控制和微分控制，简称 PID 控制。在闭环控制系统中 PID 控制器更是必不可少， PID 控制器之所以被应用这么广泛主要是因为它的结构简单、工作稳定性好、调整方便的特点，在实际研究中经常会遇到被控对象的具体参数不能精确的建立出数学模型，其它控制理论技术难以采用时，系统的控制器和具体参数必须要根据实验现象来现场调试，在这种情况下 PID 控制器是最能体现优势了， PID 在实际应用中 PI 控制和 PD 控制较为常见，甚至有的直接只有一个比例 P 控制就可以完成整个系统的控制。

5 硬件设计

硬件电路是软件部分的基础，如果软件比作人的大脑，那么硬件就是各种器官。只有硬件各部分设计得当，那么我们的软件算法才能体现出他的优势。硬件电路部分主要

包括：

电源供电部分
MPU-6050 传感器部分
STM32 主控芯片部分
电机驱动部分
编码器测速部分和
蓝牙传输部分

5.2 电机驱动电路设计

这里学长这里选用的是直流电机，如下图所示。直流电机转速可以由加在他两端电压决定，其转向也与电流流向有关，因此控制较为简单，只需要控制接在电机两端的电压的大小和正负极就可以实现对电机的转速和转向控制，能够满足这个项目的需求。

5.3 蓝牙通信

蓝牙模块用于实现模块化小车与手机 APP 的通信，这里我们选用的是蓝牙 HC-05，如下图所示。蓝牙 HC-05 可以用于实现处理器与移动应用终端之间的通信，移动应用终端可以通过蓝牙连接，控制平衡车的切换和移动。控制算法的 PID 参数也可以在开发模式下进行调试。蓝牙通信模块与处理器之间的通信总线是一个串行口，是一个异步通信接口。

5.4 软件实现

软件设计是系统设计的核心，因此这部分也是至关重要的。软件设计总体流程图如下图所示。

软件设计主要包括如下内容：

小车运动控制算法软件设计以及 APP 软件设计。
小车通过检测陀螺仪和加速度计返回的角度值，利用 PD 算法控制电机对小车姿态进行调节达到动态平衡，同时利用 PI 控制算法和 PD 控制算法对小车进行速度控制和转向控制。

不仅如此，在手机 APP 上，我们可以通过蓝牙和小车连接进而对小车的运功起到控制作用。

小车速度控制

毕业设计：基于stm32的双轮平衡车

7 关键代码