基于STM32的两轮自平衡遥控小车设计.docVIP

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】The two wheeled vehicle is a new type of vehicle，driving the novel，by young people love，and because it is the driving power，a kind of clean energy，to alleviate the increasingly serious air pollution，energy crisis and the problem of traffic congestion，is a relatively good solution at the same time，due to the structure of self balancing the car two rounds of instability，is a great challenge to the control algorithm，and for this reason the balance of the car has become a good platform to test the control algorithm.Using STM32 microcontroller as control core，real-time access to vehicle speed and attitude data through the motor encoder and gyroscope using the PID control algorithm makes the car to maintain balance. 　　【Key words】Two wheel balancing；STM32 single chip microcomputer；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 　　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