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)

0 引言

当今社会，生活向着智能化、便捷化发展，两轮平衡车顺应时代潮流，成为适合多种场合使用的代步工具。两轮平衡车具有轻便、节能环保、高效、能耗低等特点，因此非常适合在空间狭窄、急转角度大的工作场合作业。两轮平衡车已经是国内外学者的热门研究对象[1-2]。两轮自平衡车系统集合电路设计、单片机、软件算法编程、自动控制理论等多门学科的知识，是研究控制算法和传感器测试的实验平台[3]。因此，对平衡车的控制难度大，控制算法复杂，对平衡车的研究具有理论研究意义和工程实践价值。本文在STM32F103-C8T6微控制器和MPU6050芯片的基础上，设计和实现两轮自平衡车系统。

1 系统总体方案设计

两轮平衡车硬件系统主要由以下四部分组成：中央控制单元STM32单片机、姿态传感器MPU6050、直流电机和H全桥电机驱动器。系统总体方案设计图，如图1所示。

系统通过卡尔曼滤波算法对陀螺仪和加速度计数据进行融合,通过计算得到车身姿态倾角、角速度的最优估计值。

图1 系统总体方案设计图

车身速度、最优姿态角两个信号将作为反馈量反馈回双闭环控制系统，从而产生两路PWM波驱动电机前后转动，维持车身的平衡与直立。硬件部分的工作主要分为以下几个部分。

(1) 主控制器电路。根据平衡车系统的要求，选用基于ARM Cortex-M 内核的STM32F103C8T6芯片作为主控制器。该芯片具有处理速度快、功率损耗低等优点，适合于双轮自平衡车系统测量状态多、实时性要求强和扩展功能多等控制要求。……