摘要：人类科技高速发展，代步工具由原来的自行车到现在电动车，小汽车乃至电动汽车，近些年来两轮自平衡车也风靡全国，在大街小巷都可以看到它的身影。由于两轮自平衡车结构简单，运动灵活，驾驶方便，携带方便，满足节能环保的需要，因此它受到越来越多的绿色旅游爱好者的欢迎，已成为移动机器人研究的一个重要分支。平衡小车在小巷也能够行驶而且它只需要充电即可，因此受到很多年轻人的喜爱。自动平衡车也称为车身感应车或Segway。基于“动态稳定性”，利用车内的陀螺仪和加速度传感器检测车辆姿态的变化，利用伺服控制系统对电机进行调节，实现平衡系统。

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、双电机驱动；电源部分利用航模电池对其进行供电，航模电池通过降压模块分别给蓝牙模块、陀螺仪和STM32主控芯片和测速模块供电。软件方面采用了控制领域中常用的PID闭环调节方式，通过陀螺仪和加速度计获取角速度和角加速度，经过卡尔曼滤波信息融合和信息处理后，得到小车的姿态值，进而控制电机驱动，调节电机的转速和方向以平衡小车在竖直方向的倾斜角，达到小车的动态平衡。主控芯片采用意法半导体ST公司的控制器芯片STM32，其I/O接口多，内部寄存器庞大非常适合平衡车的设计。

关键词：自平衡小车  陀螺仪传感器  滤波  APP

目录

摘要

Abstract

1绪论-1

1.1研究背景与国内外研究状况-1

1.2自平衡小车的整体构思和方案设计-2

1.2.1整体构思-2

1.2.2方案设计-2

2系统原理分析-4

2.1平衡小车控制原理分析-4

2.2 PID控制器原理-5

3系统硬件电路设计-7

3.1硬件电路总体设计-7

3.2 STM32电路设计-7

3.3电源电路设计-9

3.4外围电路设计-10

3.4.1陀螺仪传感器电路设计-10

3.4.2电机驱动电路设计-11

3.4.3编码器测速电路设计-13

3.4.4蓝牙通信电路设计-13

4系统软件设计-15

4.1系统软件总体设计-15

4.2 APP软件设计-15

4.3运动控制软件设计-17

4.3.1车模直立控制-17

4.3.2车模速度控制-18

4.3.3车模转向控制-19

5系统调试部分-21

5.1硬件调试-21

5.2软件调试-22

5.3系统整体调试-23

6 总结与展望-26

6.1 总结-26

6.2 展望-26

参考文献-27

附录-28

附录一 系统硬件电路原理图和PCB-28

附录二 平衡小车实物图-29

附录三 系统核心代码-29

致谢-32