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智能自平衡车制作
作者：张笑笑贲永青来源：《山东工业技术》2017年第07期
摘要：本文研究的是智能自平衡车，它的原理主要是建立在一种被称为“动态稳定”（Dy
amicStabilizatio
）的基本原理上，也就是车辆本身的自动平衡能力。该设计以STM32F103单片机最小系统为主控制器和以数字传感器MPU6050为姿态检测模块组成自平衡车系统，采用卡尔曼滤波算法对陀螺仪和加速度计数据进行融合，通过增量式PID控制算法来控制小车的直立、速度和转向，最终实现小车的直立平衡功能。关键词：STM32；MPU6050；卡尔曼滤波；智能自平衡车DOI：1016640jc
ki371222t2017071381引言随着社会经济的发展，人民生活水平的提高小汽车作为短途代步工具的弊端越来越明显，为了满足市民越来越高的要求，如今市场上出现了两轮载人平衡车，智能自平衡作为短途代步车，可以丰富人们的业余生活、锻炼平衡能力和协调性。通过学习STM32103单片机的内部资源，利用MPU6050传感器获取小车的偏转姿态。运用卡尔曼滤波和增量式PID的方法，通过TB6612控制电机的转向与转速，以达到小车在水平面稳定的站立。另当有一定的外力作用作用在小车上时，小车仍可以保持当前稳定状态。2智能自平衡车的总体设计方案该设计是以STM32103单片机为主控制器，通过STM32单片机的内部资源，如TIM，IIC，PWM，ADC，定时器，外部中断，串口等功能。由于STM32硬件IIC不稳定所以利用IO模拟IIC去读取MPU6050传感器的角度和加速度数据，然后利用卡尔曼滤波算法对采集到的角度和加速度数据进行融合，最后借助增量式PID算法和TB6612对2个电机的转速和转向进行控制，从而实现两轮自平衡。获取平衡小车姿态角的滤波算法一般为卡尔曼滤波和一阶互补滤波，由于MPU6050内置的DMP可以直接输出和姿态相关的四元数，所以有三种方法可以获取角度。但是根据人们长时间的实践结果，认为DMP输出的四元数表示的角度和卡尔曼滤波最稳定，这里我们选择了卡尔曼滤波。因为卡尔曼滤波应用广泛且功能强大，它可以估计信号的过去和当前状态，甚至能估计将来的状态，本质上讲，滤波就是一个信号处理与变换的过程。最后的结果小车实现了自平衡，而且通过蓝牙控制可以进行简单的移动。即使有外力的干扰小车同样也可以保持平衡。
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3硬件电路设计硬件电路分为电源模块、STM32单片机最小系统模块、传感器模块、TB6612电机驱动模块。下面分别介绍下电源模块、传感器模块和电机驱动模块。31电源r