毕业设计 STM32平衡车设计与实现
基于STM32双轮自平横车的设计与实现
在实现智能窗户的过程中，我们首先根据硬件设备的设计，编写了相应的程 序。程序中包括了数据采集、数据处理、联动控制等功能。其中，数据采集部分 通过读取传感器的数值来进行；数据处理部分则通过对采集到的数据进行分析， 判断环境因素的变化情况，从而决定是否需要调节窗户的开关状态；联动控制部 分则通过与其他智能设备的通信，实现更加便捷的控制。
电路设计完成后，我们需要通过软件编程来实现车辆的自主平衡和控制。在 STM32单片机上，我们可以使用C语言或者汇编语言进行编程。软件设计主要包括 以下几个环节：数据采集、数据处理、控制算法实现、输出控制等。通过编程， 我们可以将电路系统采集到的数据进行处理，并根据控制算法计算出车辆的平衡 状态，最终实现对车辆的精确控制。
实现
在STM32双轮自平横车的实现过程中，需要完成以下任务：
1、硬件设备的搭建：包括STM32微控制器、传感器、电机等硬件设备的选型 和连接，以及必要的电源、通信等辅助设备的配置。
2、软件程序的调试：包括控制算法的编写和调试、传感器数据的采集和处 理、电机驱动等方面软件的调试。
3、系统整合测试：将所有硬件设备和软件程序整合在一起进行测试，验证 整个系统的稳定性和性能是否达到预期要求。
硬件实现
在硬件方面，本次演示选用STM32F4系列单片机作为主控制器，其具有高性 能、低功耗、丰富的外设接口等优点。此外，我们选择了ESPOS陀螺仪和加速度 计作为传感器，用于实时监测车辆的状态；选用Maxon电机作为驱动电机，通过 PWM调制方式实现电机的无级调速；同时，我们还设计了降压转换器以适应电池 的供电范围。
文献综述
两轮自平衡车的研究始于20世纪90年代，其控制系统通常采用PID控制、模 糊控制、神经网络等算法。然而，由于两轮自平衡车的动态特性复杂，不同情况 下需要不同的控制策略，因此上述算法在实际应用中存在一定的局限性。此外， 现有研究在驱动系统、平衡控制系统和传感系统等方面也存在不足，如驱动系统 效率低下，平衡控制系统不够精准，传感系统可靠性不高。
基于stm32的平衡小车设计
01
Part One 小车的总体构架
整体框架图
软
自平衡原理
02
Part Two 器件的选择与组装
器件
个数 一个 一个
平衡车控制板STM32
TB6612FNG电机驱动模块
LM2596S-ADJ DC-DC可调降压模块
OLED模块（OLED液晶0.96寸显示屏）
一个
一个
无线蓝牙串口透传模块 无线串口通讯 一个
1）编写I2C驱动 2）MPU6050的驱动 3）陀螺数据的处理函数
THANKS
通过延时来实现led的闪烁。
OLED的实现原理
管脚初始化 OLED初始化 管脚配置（特别是复用管脚的配置） OLED配置
电机驱动和码盘 对定时中断中进行编码操作。
编码器数据读取并显示
在程序中Control.c文件中添加读取编码器计数 能够实现10ms内对编码器计数进行读取
对motor.c进行编码，主要完成的工作为： 1）对控制两个电机的方向的IO进行设置，对产生输出PWM波的IO进行配置； 2）对电机控制PWM进行配置； 3）编写两个电机兼容方向控制的PWM输出值设置函数。 4）读取电机编码器 5）对电机速度进行PD计算 6）根据PD计算，给定实际的电机PWM值
一个
小车底盘（双电机及轮胎）
杜邦线，电木板，固定支架
一个
若干
主要模块
STM32F103C8T6 TB6612FNG
OLED液晶显示屏
蓝牙模块
LM2596S-ADJ
03
Part Three 平衡车的组装
电路图
外形
04
Part Four 程序代码
LED的实现原理
1.对LED（IO）进行初始化； 2.初始化定时器（10ms） 3.编写定时中断初始化函数； 4.编写LED闪烁程序； 5.主程序中添加相关代码。
1万8字 基于STM32单片机的两轮平衡车设计
论文题目：基于STM32单片机的两轮平衡车设计摘要本文主要讲述了如何使用微控制器STM32F103C8T6实现控制两个直流步进电机使平衡车能够达到平衡状态且可用手机蓝牙遥控。
本文首先对毕业设计进行方案的论证和选择。
本设计选择了ST公司的STM32F1系列单片机作主控MCU，采用编码直流无刷步进电机，TB6612FNG芯片作步进电机驱动，姿态传感器MPU6050作陀螺仪，0.96寸OLED液晶屏作显示屏，蓝牙模块作为特殊的通信串口与手机APP进行通信，锂电池电源在直流稳压后提供各个模块的所需的工作电压，使平衡车能够直立平衡。
然后本文介绍了STM32和系统的硬件电路设计方案，对直流稳压电路、姿态传感器、步进电机、OLED屏显示电路、驱动电路设计进行分析介绍，对STM32系统的设计流程、卡尔曼滤波算法及PID算法（步进电机控制算法）的原理和实现进行详细的说明，进行上位机程序的调试和工作的逻辑进行讲解。
最后本文讲述了毕业设计的机械安装与整机性能测试部分。
本设计在机械安装全部完成后，对上位机和通电后实际情况进行性能测试，通过观察数据和现象来判断平衡车系统的性能效果，在不同状态和场合下测试平衡车的抗干扰以及运动能力。
关键词：STM32，平衡，步进电机，互补滤波，PIDAbstractThis paper mainly describes how to use the microcontroller STM32F103C8T6 to realize the control of two dc stepper motors so that the balance car can reach the balance state and the bluetooth remote control of mobile phones.This article first carries on the demonstration and the choice to the graduation project project. This design chose the ST's STM32F1 series single chip microcomputer as main control MCU, using encoding brushless dc stepper motor, TB6612FNG chip for step motor drive, position sensors MPU6050 gyroscope, 0.96 inch OLED display LCD screen, bluetooth module as a special communication serial communication with the phone APP, lithium battery power after the dc voltage to provide various modules of the working voltage, you need to make balance of the car can upright balance.Then this paper introduces the STM32 and system design of hardware circuit, the dc voltage circuit, posture sensor, stepper motor, OLED display circuit, drive circuit design analysis is introduced, design process of the STM32 system, kalman filtering algorithm and PID algorithm (stepper motor control algorithm) of detail, the principle and implement of PC logic of the program debugging and work.Finally, this paper describes the graduation design of mechanical installation and machine performance testing part. After the mechanical installation is completed, the design tests the performance of the upper computer and the actual situation after electrification, judges the performance effect of the balance car system by observing data and phenomena, and tests the anti-interference and movement ability of the balance car in different states and occasions.Key words:STM32, Balance, Stepper motor, Complementary filter, PI目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第一章绪论 (1)1.1平衡技术的发展 (1)1.2 设计意义和应用背景 (1)1.2.1设计意义 (1)1.2.2 应用背景 (2)1.3主要工作及结构安排 (2)第二章系统方案设计 (3)2.1平衡原理 (3)2.2平衡小车的性能要求 (4)2.3系统总体设计框图 (4)2.4系统方案论证及选型 (5)2.4.1主控芯片MCU的选型 (5)2.4.2直流步进电机的选型 (5)2.4.3电机驱动的选型 (5)2.4.4解姿态算法的选型 (6)2.5本章小结 (6)第三章系统硬件设计 (7)3.1 STM32C8T6的核心板 (7)3.1.1 STM32最小系统 (8)3.1.2启动模式BOOT[1:0] (9)3.1.3 USB转TTL电路 (9)3.1.4 SWD接口 (11)3.2直流稳压电路 ....................................................................................... 错误!未定义书签。
基于STM32智能车设计与实现本科毕业设计
基于STM32智能车设计与实现本科毕业设计本科毕业设计论文《基于STM32智能车设计与实现》摘要：随着科技的不断进步和应用的不断推广，智能车作为一种智能化、自动化的交通工具，越来越受到人们的关注。
本文以STM32为核心芯片，设计和实现了一辆智能车，并通过实验验证了车辆的性能和功能。
设计过程主要包括了硬件设计和软件设计两个方面。
在硬件设计方面，本文详细介绍了智能车的电路设计和传感器的选择和接口设计。
在软件设计方面，本文介绍了智能车的控制算法和实现方法。
通过对实验结果的分析，验证了智能车设计的可行性和有效性。
本文的研究成果对于智能车的发展和应用具有一定的参考价值。
关键词：STM32，智能车，硬件设计，软件设计，控制算法1.引言智能车作为一种重要的智能交通工具，具有广泛的应用前景和研究价值。
随着科技的不断进步和应用的不断推广，智能车的研究和应用变得越来越重要。
本文以STM32为核心芯片，设计和实现了一辆智能车，并通过实验验证了车辆的性能和功能。
2.设计原理和方法2.1硬件设计本文的智能车硬件设计包括电路设计和传感器的选择和接口设计。
首先，根据智能车的功能需求和性能要求，选择了适当的传感器并进行了接口设计。
然后，根据传感器的信号特点和STM32的特点，设计了电路图并制作了PCB板。
2.2软件设计本文的智能车软件设计主要包括控制算法的设计和实现方法。
首先，根据智能车的运动控制需求，设计了合适的控制算法。
然后，将控制算法实现在STM32的软件中，并通过编程实现智能车的自动控制功能。
3.实验结果与分析通过对智能车的性能和功能进行实验测试，得到了以下结果。
首先，智能车能够根据传感器的反馈信息进行自主导航和避障。
其次，智能车的运动轨迹准确且稳定，具有较好的控制性能。
最后，智能车的速度和灵敏度能够满足智能交通的需求。
通过对实验结果的分析，证明了智能车设计的可行性和有效性。
4.结论本文以STM32为核心芯片，设计和实现了一辆智能车，并通过实验验证了车辆的性能和功能。
基于STM32的平衡车设计
基于STM32的平衡车设计文章鉴于平衡车在当今世界的发展热潮提出了一种设计方案。
文章基于STM32微处理器，通过卡尔曼滤波法和PID控制实现了两轮平衡车的自平衡控制。
该设计方案采用加速度计和陀螺仪共同采集获取姿态角，得到可靠的输出。
标签：平衡车；加速度计；陀螺仪；卡尔曼滤波；PID算法前言平衡车作为一种交通工具，广泛应用于航空、安保等领域。
鉴于其绿色、节能、方便、灵活、轻巧等优点，解决了很多诸如交通、能源、环保等问题带来的压力，平衡车作为一种理想的交通工具具有很大的市场。
随着现代科技的不断进步，对于市场上平衡车的响应的精确度和速度的要求不断提高，文章设计方案通过陀螺仪测量角度和角速度，并通过加速度计来矫正陀螺仪的角度漂移，实现了精确度的提高。
1 力学原理分析如图1所示，类比倒立摆，控制车轮做加速运动，得到车模恢复力：F=mgsin？兹-macos？兹≈mg？兹-mk1？兹（1）式（1）中k1是车轮加速度a与偏角θ的比例。
因为空气中存在摩擦力，即阻尼力，则式（1）变作：F=mg？兹-mk1？兹-mk2■ （2）可得：a=k1？兹+k2■ （3）式（3）中k1大于g，k2大于0；k1决定了车模平衡的位置，k2决定了车模的响应时间。
从上述数学模型中可以看出，只需知道车模的倾角及角速度，即可推得车轮的加速度，从而可以控制电机的转速，实现对车轮的正确控制。
2 控制系统设计控制系统的整体设计方案是：通过陀螺仪测得车模的倾角和角速度，加速度计用来消除陀螺仪角度漂移。
两者测得数据经过A/D转换输入到控制器中，经过卡尔曼滤波得到可靠的车模角度。
同时编码器测得车轮速度传递到控制器中。
处理器经过PID算法结合车模角度和车轮速度输出PWM控制量驱动电机运转，改变车轮的转速。
具体框图如图2所示。
图2系统整体采用PID控制算法，如图3所示。
在速度控制和角度控制中都使用了微分环节，目的是使车模快速的稳定下来，加快了响应时间。
基于STM32的两轮自平衡小车控制系统设计
基于STM32的两轮自平衡小车控制系统设计本文主要对两轮自平衡小车的姿态检测算法、PID控制算法两方面进行展开研究。
用加速度传感器和陀螺仪传感器融合而成的姿态传感系统与互补滤波器组合得到自平衡小车准确而稳定的姿态信息，然后PID调节器则利用这些姿态信息输出电机控制信号，控制电机的转动，从而使小车得以平衡。
标签：STM32；自平衡小车；控制系统；控制算法1 研究意义应用意义：两轮平衡车是一种新型的交通工具，它与电动自行车和摩托车车轮前后排列方式不同，而是采用两轮并排固定的方式，就像一种两轮平行的机器人一样。
两轮自平衡控制系统是一种两轮左右平行布置的，像传统的倒立摆一样，本身是一个自然不稳定体，必须施加强有力的控制手段才能使之稳定。
两轮平衡车具有运动灵活、智能控制、操作简单、节省能源、绿色环保、转弯半径为0等优点。
因此它适用于在狭小空间内运行，能够在大型购物中心、国际性会议或展览场所、体育场馆、办公大楼、大型公园及广场、生态旅游风景区、城市中的生活住宅小区等各种室内或室外场合中作为人们的中、短距离代步工具。
具有很大的市场和应用前景。
理论研究意义：车体状态运算主要是将各传感器测量的数据加以融合得出车体倾斜角度值、倾斜角速度值以及行车速度等。
平衡控制运算根据车体状态数据，计算保持平衡需要的行车速度和加速度，或者转弯所需要的左右电机速度变化值，向电机控制驱动模块发送控制指令。
运算模块相当于两轮自平衡电动车的大脑，它主要负责的工作是：控制电机的起停，向控制模块发出加速、减速、电机正反转和制动等速度控制信号，接收电机Hall信号进行车速度计算，并通过RS 一232串口向PC发送车速数据以供存储和分析。
另外，还负责接收车体平衡姿态数据，进行自平衡运算。
现有的自平衡车结构种类繁多，但车体都归根于由三层的基本结构组成，从上到下依次是电池层、主控层、电机驱动层。
电池层用于放置给整个系统供电的6V锂电池，主控层由主控芯片系统和传感器模块组成，电机驱动层接受单片机信号，并控制电机。
基于STM单片机的平衡车设计研究
基于STM单片机的平衡车设计研究摘要：该文介绍了基于STM单片机的平衡车设计研究。
首先，介绍了平衡车的原理及分类。
接着，详细阐述了STM单片机的功能和特点。
然后，分析了设计电路及电驱动系统的各项要素。
最后，通过对整个系统的实现，验证了该平衡车的可行性。
关键词：STM单片机；平衡车；电驱动系统；电路设计Abstract:Keywords: STM single-chip microcomputer; balance car; electric drive system; circuit design1.引言2.平衡车的原理及分类平衡车，简单来说，就是一种能够保持平衡的交通工具。
单身负责控制平衡车的运动，通过控制车身前后倾斜来控制速度和方向。
平衡车可以分为两种：（1）运动型平衡车：适用于广泛的室内和室外运动，如滑板运动、远足和滑雪。
（2）代步型平衡车：适用于城市环境下的短途代步，如上下班、购物等。
其性能更加稳定，价格更贵。
3.STM单片机的功能和特点STM单片机具有以下几个特点：（1）功耗低、高性能：STM单片机集成了各种外围设备，能够实现高性能。
（2）系统完整、易于维护：STM单片机具有系统集成性强、易于维护的优点，可以节约外部元件和缩小系统体积。
（3）安全高、处理速度快：STM单片机具有较高的安全性和处理速度快的优点，可以满足平衡车的要求。
4.电路设计及电驱动系统的各项要素平衡车电路图如图1所示。
电路主要包括：STM单片机控制电路、电驱动系统、蓝牙通讯模块、气压传感部分等。
其中，电驱动系统主要包括电机、电调、电源等要素，其功分别是控制平衡车的转向板与控制平衡车的速度。
5.系统实现该平衡车采用了STM32单片机，实现了平衡车的控制和电驱动系统。
软件部分采用Keil4开发，硬件部分通过实验验证了该平衡车的可行性。
具体实现可参见图2。
6.结论。
《2024年基于STM32智能小车的设计与实现》范文
《基于STM32智能小车的设计与实现》篇一一、引言随着科技的不断发展，智能小车在物流、安防、救援等领域的应用越来越广泛。
本文将详细介绍基于STM32的智能小车的设计与实现过程，包括硬件设计、软件设计、系统调试及性能测试等方面。
二、硬件设计1. 微控制器选择本设计选用STM32系列微控制器，其具有高性能、低功耗、丰富的外设接口等特点，适用于智能小车的控制需求。
2. 电机驱动模块电机驱动模块采用H桥电路，可以控制电机的正反转和调速。
本设计选用DRV8825驱动芯片，其具有低功耗、高效率等特点，满足智能小车的驱动需求。
3. 传感器模块传感器模块包括超声波测距传感器、红外避障传感器等。
这些传感器可以实时获取小车周围环境信息，为智能小车的路径规划和避障功能提供支持。
4. 电源模块电源模块为整个系统提供稳定的电源供应。
本设计采用锂电池作为电源，通过DC-DC转换器将电压稳定在合适的范围内，以保证系统的正常运行。
三、软件设计1. 操作系统与开发环境本设计采用基于HAL库的嵌入式操作系统，通过STM32CubeMX工具进行配置并生成初始化代码。
开发环境为Keil uVision，方便程序的编写和调试。
2. 系统程序设计系统程序设计包括初始化程序、电机控制程序、传感器数据处理程序等。
初始化程序主要用于配置系统时钟、GPIO口等；电机控制程序通过PWM信号控制电机的转速和方向；传感器数据处理程序用于读取传感器数据并进行处理，为路径规划和避障功能提供支持。
四、系统调试与性能测试1. 系统调试系统调试主要包括硬件电路的调试和软件程序的调试。
硬件电路的调试主要检查电路连接是否正确，电源电压是否稳定等；软件程序的调试主要检查程序是否能够正常运行，各功能模块是否能够协同工作。
2. 性能测试性能测试主要包括速度测试、路径规划测试、避障功能测试等。
速度测试用于检验电机的转速和转向控制是否准确；路径规划测试用于检验传感器数据处理的准确性和路径规划算法的可行性；避障功能测试用于检验智能小车在遇到障碍物时能否及时避障并继续前进。
STM32平衡车
第一阶段最近几年来，随着电子科学技术的进步和人们在自动控制领域取得的一系列成就，人们开始广泛的开展了对两轮平衡小车的研究。
本文提出了一种两轮平衡小车，采用了STM32F103C8T6单片机作为控制核心，使用陀螺仪加速度计来读取小车的角度数据，OLED液晶显示屏来显示小车的数据，NRF24L01无线模块来调整小车的PID参数设计，TB6612FNG电机驱动模块来驱动直流电机，在数据处理方面本系统采用了四元数滤波算法滤除小车在运动过程中产生的噪声对角度数据产生的影响，使用PID算法来调整电机的转速和转向。
在整个系统的硬件焊接完成和软件代码设计完成以后，各个电路模块可以正常工作之后。
打开电源，小车可以在无人工干预的情况下，保持直立状态，在使用控制上位机调节PID参数时，小车可以实现前进、后退、转向等动作。
关键字：角度数据、PID算法、四元数滤波算法、单片机第二阶段最近几年来，随着电子科学技术的进步和人们在自动控制领域取得的一系列成就，人们开始广泛的开展了对两轮平衡小车的研究根据本课题立项的要求，我们要实现对小车的基本控制，我们可以将小车本身当做一个控制系统，将小车的两个车轮当做控制系统的输入变量。
我们可以将整个系统分为三个部分（1）小车平衡控制：当传感器检测到小车的倾斜角度发生变化时，通过PID控制算法输出PWM来改变小车的转速和速率。
来保持小车的动态平衡。
（2）小车速率控制：在小车保持动态平衡的基础上，通过控制上位机来改变小车车身的机械中值的设定，使小车的车身倾斜，PID控制器为了实现平衡会改变小车的转速和转向。
（3）小车转向控制：通过传感器来获取Z轴的角加速度和控制两轮的差速来实现对小车的转向控制。
控制平衡小车的控制原理，可以从平时的生活的生活经验来理解，其控制原理就相当于一个人的掌心立着一个筷子，为了保持筷子的直立，需要不断地运动，在保持筷子达到动态平衡的过程中，需要观察筷子倾斜的方向角度，在向筷子要倒下的方向快速运动，产生一个反作用力。
基于STM32智能车设计与实现
基于STM32智能车设计与实现智能车作为一种智能化的移动设备，在现代社会中发挥着越来越重要的作用。
基于STM32的智能车设计与实现是目前比较流行的一种智能车设计方案。
下面将围绕这个主题进行详细的介绍。
首先，设计一辆基于STM32的智能车需要考虑的是硬件和软件两个方面。
硬件方面，选择合适的传感器和执行器非常重要。
传感器可以用于感知周围环境，例如红外线传感器可以用于检测有无障碍物，声音传感器可以用于检测声音信号等。
执行器可以控制车辆的运动，例如电机用于驱动车辆前进、后退、转向等。
此外，还需要选择合适的STM32芯片，根据需求选择合适的型号。
软件方面，智能车的设计需要编写嵌入式程序来驱动各个传感器和执行器，并根据传感器的反馈来实现智能决策。
嵌入式程序可以使用C语言或者C++语言来编写，通过编写中断服务程序和任务调度器来实现各个子系统的协调工作。
为了实现智能决策，可以使用一些常用的算法，如PID控制算法、神经网络算法等。
在实际的设计与实现过程中，可以按照以下步骤进行：1.确定智能车的功能需求：智能车可以具备多种功能，如自动巡航、避障、跟随等。
根据需求来确定智能车的功能模块和传感器选择。
2.硬件设计：选择合适的传感器和执行器，并设计电路图。
考虑传感器与执行器之间的接口和连接方式，保证硬件电路的稳定性和可靠性。
3.软件设计：编写嵌入式程序，实现各个传感器和执行器的驱动程序，并通过任务调度器来协调不同模块的工作。
根据需求选择合适的算法来实现智能决策。
4.系统集成与测试：将硬件和软件进行集成，进行各项功能测试。
通过调试和优化来确保系统的正常运行和稳定性。
最后，智能车设计与实现是一个较为复杂的工程，需要具备一定的硬件和软件知识。
在设计过程中需要充分考虑系统的稳定性和可靠性，并进行充分的测试和优化。
同时，也需要不断学习和探索，了解最新的技术和算法，以不断提升智能车的性能和功能。
总之，基于STM32的智能车设计与实现是一个有挑战性的任务，需要综合运用硬件和软件知识。
stm32的自平衡小车设计
stm32的自平衡小车设计STM32自平衡小车设计是一个将许多功能组合在一起的有趣项目。
它不仅需要控制技术，还需要实时处理图像，以便识别障碍物。
自平衡小车使用STM32单片机来控制，这是一款微控制器，具有16位或32位内外存储器、高速Cortex-M4 MCU和多种集成的外设。
STM32单片机的内部集成了多种传感器，如角度传感器、编码器、温度传感器和光学传感器等，可以测量周围环境的变化并作出相应的反应，使小车保持平衡。
它还有两个电机驱动的轮子，电机可以控制小车的前进和后退，而角度传感器可以测量小车的角度，从而判断小车是否已完成平衡，从而调整小车的动作来使其保持平衡。
此外，STM32开发板还具有I2C通信接口，可让开发者使用I2C总线通信，与外部设备交换数据，如摄像头等。
摄像头的主要功能是对周围环境的跟踪，可以帮助小车避开障碍物，准确地定位和预测小车的行驶路径。
为了使小车实现自主运动，还需要一块用于实现运动控制的FPGA芯片，可以用于处理传感器发来的控制信号，根据预设的算法以及图像处理结果，向STM32发出运动控制指令，使小车实现自动行驶。
FPGA芯片可以提供更高的运算速度，以满足实时性要求，这是实现智能小车自动行驶的重要前提。
最后，将所有的控制程序和程序连接在一起，并与SOC系统进行连接，形成一个完整的系统，以实现智能小车的自动行驶。
当实现了自动行驶的功能之后，可以根据需要添加更多的功能，比如跟踪、识别物体、定位、自动充电等，这些功能可以帮助小车自主行驶时更加“聪明”，也可以使小车更好地适应环境调整，实现自主运动。
总而言之，设计一台智能自平衡小车，其基本设计思路是：首先使用STM32单片机作为主控核心，集成传感器用于控制小车保持平衡，而两个电机驱动的轮子可以控制小车前后行驶；其次，使用I2C总线通信的图像传感器可以测量小车的方向，以避开前方的障碍物；最后，使用FPGA芯片实现小车的运动控制，实现智能小车的自动行驶。
基于STM单片机的平衡车设计研究
基于STM单片机的平衡车设计研究平衡车是一种能够自动保持平衡的个人交通工具，已经成为现代科技的焦点之一。
本文将基于STM单片机对平衡车进行设计研究。
我们需要明确平衡车的工作原理。
平衡车的核心原理是借助陀螺仪感应重力加速度，并通过控制电机来实现平衡。
在设计中，我们选择将STM单片机作为控制器，通过该单片机与陀螺仪和电机进行通信和控制。
我们需要选择适合的STM单片机作为控制器。
常用的STM单片机有STM32系列和STM8系列，我们需要根据平衡车的需求选择合适的型号和参数。
接下来，我们需要设计陀螺仪模块。
陀螺仪模块主要用于感应平衡车的姿态，并将姿态数据传输给STM单片机进行处理。
在设计中，我们可以选择MEMS陀螺仪传感器作为陀螺仪模块，并通过SPI或I2C接口与STM单片机进行通信。
然后，我们需要设计电机驱动模块。
电机驱动模块主要用于控制电机的转动，从而实现平衡车的平衡。
在设计中，我们可以选择使用电机驱动芯片作为电机驱动模块，并通过PWM信号控制电机的转速和方向。
我们还需要选择合适的电机作为平衡车的动力来源。
我们需要进行系统的整合和调试。
将陀螺仪模块、电机驱动模块和STM单片机进行连接，并进行软硬件的调试和优化。
通过合适的算法和控制策略，使得平衡车能够准确感应姿态并做出相应的动作，实现平衡和前进。
在设计研究中，我们还可以考虑添加其他功能和元件，如避障模块、动力监测模块等，进一步完善平衡车的性能和可靠性。
基于STM单片机的平衡车设计研究涉及到STM单片机的选择、陀螺仪模块的设计、电机驱动模块的设计以及整合和调试等步骤。
通过合适的硬件和软件设计，可以实现平衡车的自动平衡和运动控制。
stm32平衡小车课程设计报告
stm32平衡小车课程设计报告报告：STM32平衡小车课程设计报告一、课程设计目标STM32平衡小车课程设计旨在提高学生对单片机编程及控制算法的理解和实践能力，培养学生的团队合作和创新思维能力，同时提高学生对毕业设计相关知识的掌握。
二、课程设计内容1.硬件设计：STM32F103C8T6单片机、PDOutMPU6050六轴陀螺仪模块、电机模块、电源模块等。
2,软件设计：本设计利用PID控制算法实现平衡车的稳定运动，使用KEI1MDK-ARM进行编程。
3.实验流程:(1)硬件调试：连接电棚区动器、陀螺仪模块和电源模块，进行硬件的调试和测试。
(2)软件编程：编写平衡小车的控制程序，调整PID参数，调试程序并优化。
(3)实验验收：验证控制程序的正确性和稳定性，通过实验数据进行参数调整。
三、课程设计收获1提高了对单片机及控制算法的理解和应用能力。
2 .增强了团队合作和创新思维能力。
3 .提高了对毕业设计相关知识的掌握和运用能力。
四、课程设计建议和意见1加强理论讲解，使学生更加深入理解单片机和控制算法的原理。
2.加强实验操作训练，让学生更加深入地学习和掌握实验技能。
3才是高实验器材的质量，确保实验数据的准确性和可靠性。
4.增加更多的课程设计项目，丰富学生的实践经验。
五、总结STM32平衡小车课程设计是一种提高学生综合能力的有效方式，可以培养学生的动手能力、团队协作能力和解决问题的能力，为学生毕业设计和未来的工作提供一定的参考价值。
因此，针对本课程设计，我们应该加强对理论知识和实践技能的培养,提高学生的专业素养和实践能力，进一步推动教育教学改革和发展。
基于STM32的自平衡车系统的设计与实现(定稿)
基于STM32的自平衡车系统的设计与实现学院：专业：姓名：指导老师：计算机学院计算机科学与技术蔡瑞峰学号：职称：160201102848 宋琛讲师中国·珠海二○二○年五月诚信承诺书本人郑重承诺：本人承诺呈交的毕业设计《基于STM32的自平衡车系统的设计与实现》是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。
本人签名：日期： 2020 年 5 月 1 日基于STM32的自平衡车系统的设计与实现摘要随着新时代技术的不断革新，人们对日常使用的机器人系统有了更多的需求，因此衍生出多种不同类型、形态各异的机器人，有日常生活中的扫地机器人、汽车组装厂的机械臂，酒店中的智能服务机器人等等。
而自平衡车系统则是其中一个很具代表性的机器人科技产物。
平衡车相比其他传统代步工具而言，集轻便、无污染、速度适中、价格成本低等优点于一身，使人们的日常生活变得更加便利，成为了人们出行新的性价比极高的代步工具。
自平衡车系统是基于STM 32设计实现，通过以STM 32作为核心控制板，集成陀螺仪模块、驱动电机模块、超声波模块、电机模块等组成整个平衡车结构。
为实现小车平衡，使其实现站立平衡行走，通过运用平衡原理，测量小车倾角和角速度控制小车加速度即加入PID算法，调节参数，实现小车平衡行走。
PID算法通过对小车角度进行测量（PD算法）是小车在直立控制下保持平衡，再通过对小车测速（PI算法），使小车通过改变倾角来控制速度，进而对自身姿势进行调整。
关键词：机器人；自平衡车系统；性价比；模块；PID算法Design and implementation of self-balancing vehicle system based onSTM32AbstractWith the innovation of the new era of technology, people for daily use of robotic systems have more demand, so a variety of different types of forms are derived from the robot, a sweeping robot car assembly plant in everyday life of mechanical arm, the intelligent service robot, and so on and the balance in the hotel car system is one of the very representative of the robot technology balanced car, compared with other traditional transport sets of portable pollution-free speed moderate price low cost advantages in one, make People's Daily life become more convenient, has become a new travel the transport of high performance-price ratio The self-balancing vehicle system is designed and realized based on STM 32. By STM 32 as core control board, integrating gyroscope module driven motor module ultrasonic module of the whole car balance structure to achieve the car balance, make its standing balance walking, by using the principle of balance, measuring Angle and angular velocity control car the car acceleration to join the PID algorithm, namely to adjust parameters, to achieve the car balance walking PID algorithm based on Angle measurement algorithm (PD) is the car under control in the vertical balance, again through the car speed (PI algorithm), make the car to control the speed by changing the Angle, and then adjust their own position. Keywords: Robot; The self-balancing vehicle system;Cost performance; The module; PID algorithm目录1 绪论 (1)1.1课题研究现状 (1)1.2课题研究意义 (1)1.3课题研究内容与目标 (2)2系统总体设计 (2)2.1系统总体方案设计 (2)2.2系统平衡原理设计 (3)3系统硬件设计 (3)3.1单片机 (3)3.2电源模块 (4)3.3陀螺仪模块 (4)3.4驱动电机模块 (5)3.5电机模块 (7)4系统软件设计 (7)4.1程序初始化 (7)4.2平衡算法 (7)4.2.1角度（PD算法） (8)4.2.2速度（PI算法） (8)4.2.3串级PID (9)5系统测试 (10)5.1系统测试概述 (10)5.2系统测试内容 (10)5.3系统测试结果 (12)6 总结 (12)参考文献 (14)谢辞 (15)附录 (16)1 绪论1.1 课题研究现状随着近几年科技行业的迅速发展，因时代需要，各种平衡小车（Balance of the car）在此背景下应运而生，平衡小车作为一种新兴行业里的前沿技术之一——机器人技术，不但顺应时代潮流的发展，还符合市场需求。
自平衡小车设计报告
自平衡小车设计汇报摘要.......................................................................... 错误!未定义书签。
一、系统完毕旳功能............................................... 错误!未定义书签。
二、系统总体设计原理框架图 ............................... 错误!未定义书签。
三.系统硬件各个构成部分简介 ............................. 错误!未定义书签。
四、软件设计 .......................................................... 错误!未定义书签。
五、制作困难 .......................................................... 错误!未定义书签。
六.总结..................................................................... 错误!未定义书签。
摘要:本作品采用STM32单片机作为主控制器, 用一种陀螺仪传感器来检测车旳状态, 通过TB6612控制小车两个电机, 来使小车保持平衡状态, 通过蓝牙与小车上蓝牙模块连接以控制小车运行状态。
关键字: 智能小车；单片机；陀螺仪；蓝牙模块。
一、系统完毕旳功能根据老师旳指导规定, 在规定旳时间内, 由团体合作完毕两轮自平衡小车旳制作, 使小车在一定期间内可以自助站立并且自由行走, 以和原地转圈, 上坡和送高处跃下站立。
二、系统总体设计原理框架图图2.1 系统总体框图三.系统硬件各个构成部分简介3.1.STM32单片机简介（stm32rbt6）主控模块旳STM32单片机是控制器旳关键部分。
该单片机是ST意法半导体企业生产旳32位高性能、低成本和低功耗旳增强型单片机, 它旳内核采用ARM企业最新生产旳Cortex—M3架构, 最高工作频率可达72MHz, 256K旳程序存储空间、48K旳RAM, 8个定期器／计数器、两个看门狗和一种实时时钟RTC, 片上集成通信接口有两个I2C.3个SPI、5个USART、一种USB.一种CAN、两个和一种SDIO, 并集成有3个ADC和一种DAC, 具有80个I／0端口。
基于STM32双轮自平横车的设计与实现
基于STM32双轮自平横车的设计与实现一、概述随着科技的不断发展，自平衡横车成为了一种非常有趣和实用的机器人。
本文基于STM32单片机，设计并实现了一种双轮自平横车。
二、硬件设计1.STM32单片机：选择STM32系列单片机作为控制核心，具有丰富的外设和强大的计算能力，适合用来控制自平横车。
2.MPU6050：使用MPU6050六轴传感器来检测横车的倾斜角度和加速度。
3.电机驱动模块：通过通过PWM信号来控制电机的速度和方向。
4.电机：选择高速直流无刷电机，具备较好的动力和精度。
5.电源模块：选择锂电池作为电源，提供稳定的供电电压。
三、软件设计1.硬件初始化：通过STM32的引脚初始化相应的硬件模块，包括MPU6050、电机驱动模块和电源模块。
2.传感器校准：由于每个传感器存在一定的误差，需要进行校准。
校准过程包括读取传感器原始数据，并根据标定数据进行修正。
3.控制算法设计：根据传感器读取到的倾斜角度和加速度数据，设计PID控制算法来控制电机的速度和方向，使横车保持平衡状态。
4.通信模块设计：通过蓝牙或Wi-Fi模块与外部设备进行通信，实现远程控制和数据传输功能。
5.电源管理：监测电池电量，当电量低于一定阈值时发送警报信号或自动充电。
四、实现与优化1.双轮控制算法的优化：根据实际使用情况和测试数据，不断调整PID控制算法的参数，提高车辆的稳定性和响应速度。
2.软件功能的拓展：可根据用户需求，增加更多实用功能，如避障、跟随等。
3.硬件的优化：选择高精度的传感器和电机，提高车辆的控制精度和稳定性。
4.界面的设计：通过增加LCD显示屏和按键等外设，可以实现更友好的用户交互界面，提高操作便利性。
五、结论本文基于STM32单片机，设计并实现了一种双轮自平横车。
通过在硬件上选择合适的传感器和电机，并结合PID控制算法进行软件设计，实现了横车的自平衡功能。
通过优化和拓展，可以进一步提高横车的性能和功能。
自平横车的设计和实现不仅有趣，而且具有一定的实用性，在科研和娱乐领域都有广阔的应用前景。
基于stm32平衡小车论文
（ 2 0 1 5 ） 届
论文 （设计） 题目： 基于单片机的自平衡小车的设计与实现 学 专 学 姓 院： 业： 号： 名： 电子工程学院 电子信息工程 201113007619 何建安 丘森辉 助教
指导老师姓名及职称：
目 录 第一章 绪论.......................................................................................................................... 2 1.1 研究背景.................................................................................................................. 3 1.2 研究现状.................................................................................................................. 3 1.3 研究意义.................................................................................................................. 3 1.4 论文的组织结构...................................................................................................... 3 第二章 系统的方案设计与论证.................................
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毕业设计 STM32平衡车设计与实现1 简介Hi，大家好，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。
两轮平衡车和单轮平衡车都可以在小范围内移动，不像传统的四轮车在小范围内很难转弯。
随着电子技术的不断发展，人们对行走功能的需求越来越高，平衡车应运而生。
电动平衡车的小巧轻便也给人们带来了很多便利。
同时，电动平衡车的电力驱动赋予了它绿色交通的使命，它的广泛普及对文明城市的建设和人居环境的改善具有重要意义。
电动平衡车为人们节省了大量的油费和时间。
与其他交通工具相比，它还具有价格优势，这使得大多数人都负担得起，维护起来也相对简单。
在平衡车上增加一些传感器，可以让人更好的控制它，同时还具有操控、墙障等功能。
比如增加自走功能，可以避免人们需要用手携带的缺点。
市面上常见的平衡车2 课题设计内容这个项目的核心是平衡车的控制系统，在平衡车稳定平衡的基础上对自跟随和无线遥控进行研究，并且计划使用 STM32 作为主处理器进行开发制作，由对倒立摆控制系统的分析进而分析平衡车的控制理论，其中包括直立行驶和转弯，还有自跟随的控制理论分析。
该项目的重点首先是要对 STM32 单片机的各个硬件系统有熟练使用的能力，这样才能对各模块进行正确的驱动设计。
其中，需要对 MPU6050 原始数据进行滤波处理，所以要通过对滤波算法的分析对 MPU6050 中的陀螺仪和加速度数据进行融合，使滤波后的结果可以满足设计要求。
对 PID 算法进行分析，为闭环控制系统找到合适的 PID 控制器模型，其中参数的确定属于本次设计的难点。
遥控部分计划由触摸屏和 51 单片机进行设计，所以需要 51 单片机和 STM32 进行正确通信，才能完成触摸遥控功能。
3 平衡车控制原理两轮平衡小车则与颠倒着的单摆系统类似，倒立摆与单摆有着很大的不同了，当倒立摆离开平衡位置时它受到的重力作用与运动方向相同，不是抑制它的变化反而促使它向偏离平衡点更远的地方运动，也就是它向着不稳定方向发展，而空气阻力则是时刻与它的运动相反，所以摆杆要想平衡就必须有其它形式的外力作为辅助，所以这就引出了速度，给小车一个与摆杆运动方向相同的速度使摆杆因自身的惯性产生一个回复力，这个回复力就可以使摆杆具有向着稳定状态运动的趋势，这个回复力的大小为：如果不考虑空气阻力，那么若要摆杆具有回复的趋势，摆杆底部的平台相当于小车车轮的加速度要足够大，而且是随着偏离平衡的角度的增大而增大平衡车的控制任务可以分解为三个基本的控制任务。
•首先是控制小车的平衡，可以通过控制小车两个轮子的正反转来实现。
小车可以获得在两个方向产生回复力的加速度，从而完成平衡任务。
•然后控制车速。
从上面的分析可以看出，汽车的速度与倾斜度密切相关，所以汽车的速度变化应该与倾斜度相对应。
•最后控制车的方向，可以通过两个车轮的速度差来控制，转向速度要和速度差成正比。
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。
4.2 卡尔曼滤波卡尔曼滤波器由系统的输入和输出观测数据，对系统状态做出最优估计，它的依据是系统的线性状态方程，因系统分析数据大部分存在噪声和干扰，所以最优估计又被看成是滤波过程。
卡尔曼滤波器首次被实现 Stanley Schmidt，卡尔曼滤波处理数据其实是去除数据中的噪声还原真实数据的数据处理技术，在方差已知的情况下从存在噪声的系统数据中，把系统的动态状态估计出来。
由于卡尔曼滤波容易被计算机编程实现，并且能对现场的数据及时的进行更新和处理，所以卡尔曼滤波成为目前应用非常广泛的滤波方法。
5 硬件设计硬件电路是软件的基础。
如果把软件比作人脑，那么硬件就是各种器官。
只有硬件的各个部分设计得当，我们的软件算法才能显示出它的优势。
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•蓝牙传输部分本项目学长以流行的平衡车为控制背景平台。
陀螺传感器、电机速度编码器和超声波传感器用于数据采集。
以 STM32 处理器为控制中心，利用姿态反馈和算法输出对传感器数据进行处理。
采用集成 H 桥驱动的直流电机进行输出控制，形成完整的闭环控制系统。
5.1 stm32部分最小系统电路设计：单片机引脚与外部设备的连接要做到与功能相适应，外部设备尽可能的靠近 MCU 的引脚，使信号走线最短。
使用 Keil MDK 进行 STM32 的程序开发，下载调试方式采用 2 针的 SWD 串行接口，下载接口采用 micro USB 接口(不是采用 USB下载，只是提供接口) 更加方便调试。
5.2 电机驱动电路设计这里的学长选择DC汽车，如下图所示。
DC电机的转速可以由施加在其两端的电压决定，其转向也与电流方向有关，所以控制相对简单，只需控制连接在其两端和正负两极的电压就可以控制电机的转速和转向，可以满足本项目的要求。
但，由于单片机 IO 口输出电流能力有限，但是直流电机的驱动需要大电流，所以我们要用电流放大模块将单片机输出功率放大，这里我们选用了 TB6612 芯片，该芯片广泛应用于直流电机驱动，它具有大电流 H 桥结构，双通道电路输出，可以同时驱动两个电机。
电机驱动电路接线如图所示。
5.3 蓝牙通信蓝牙模块用于实现模块化小车与手机的通信，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。
接线图如下5.4 软件实现软件设计是系统设计的核心，所以这部分也是至关重要的。
软件设计的总体流程如下图所示。
软件设计主要包括如下内容：•小车运动控制算法的软件设计和软件设计。
•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，在手机上，我们可以通过蓝牙与汽车连接，然后控制汽车的运行。
5.5 设计为了方便对小车进行运动控制，本设计利用手机通过蓝牙与单片机进行连接，进而很方便的在安卓手机端就可以对小车实现控制。
学长开发的手机是基于Android Studio 开发环境而设计的。
功能设计了首页、波形、调试和聊天这几个窗口, 这里学长主要使用了它的首页其实也就是控制窗口以及调试窗口。
在主页上，我们可以看到底部有三种模式，分别是重力感应模式、摇杆模式和按钮模式，可以基于不同的操作模式来控制汽车。
重力感应模式使用手机的重力感应。
当手机向上倾斜时，汽车会向前移动，反之亦然。
在遥感模式下，汽车的各种运动控制都可以通过摇杆来完成。
在按键模式下，我们需要双手控制按键来完成动作控制。
在调试窗口下，我们可以清楚的看到有对参数的调整。
通过改变参数，我们可以很容易地改变小车程序，进而得到我们想要的运动参数。
5.6 小车平衡控制车辆在垂直方向有一个机械平衡点，以实现短暂的平衡和前倾或后倾。
根据牛顿运动定律，平衡需要一个相反的方向，但外界不能对其施加力。
根据达朗贝尔原理，当车辆前倾时，施加向前的加速度以保证平衡；否则，应用向后加速。
显示了实际系统中平衡车辆的垂直控制。
车模直立环我们需要让平衡小车上电后，能够自主且迅速的直立起来，因此我们选择了 PD 控制方式，比例系数 Kp 越大可以减小调节时间，而微分环节又具有超前的调节作用，可以实现小车的快速直立。
PD 闭环输入为小车的直立机械中值角度（0 度），陀螺仪和加速度计实际检测的角度值为反馈，利用 PD 闭环控制消除偏差。
小车速度控制为了使车模运动更加稳定，需要用闭环控制来对车模速度进行实时的调整。
编码器通过检测单位时间内两个轮子旋转的脉冲个数，以计算电机真实速度。
速度偏差值是通过从所需速度中减去真实速度得到的。
然后，通过 PI 算法，计算出速度控制的输出值，即脉宽调制占空比。
这里我们将获取速度控制输出值的子程序调用周期设置为 100 ms，输出值分为 100 个部分，每毫秒输出速度控制输出值的 1%。
学长这里给出具体关键代码：int sudu (int bianmaqi_left,intbianmaqi_right){staticfloatSudu,Bianmaqi_Least,Bianmaq i;staticfloatBianmaqi_Integral;floatKp=80， Ki=0.4；Bianmaqi_Least(Bianmaqi_Lef+Bianmaqi_Right)-O;Bianmaqi*=0.7:Bianmaqi+=Bianmaqi_Least*03;Bianmaqi_I ntegral+=Bianmaqi;Sudu=Bianmaqi*kp+Bianmaq_Integral*ki ;ReturnSudu;}6 实现效果后来学长加上来了超声波模块和循迹模块，视频演示如下7 关键代码#include"stm32f10x.h"#include"sys.h"u8 Way_Angle=2;u8 Flag_Qian,Flag_Hou,Flag_Left,Flag_Right,Flag_sudu=1; u8 Flag_Stop=1,Flag_Show=0;intEncoder_Left,Encoder_Right;int Moto1,Moto2;int Temperature;int Voltage;floatAngle_Balance,Gyro_Balance,Gyro_Turn;floatShow_Data_Mb;u32 Distance;u8delay_50,delay_flag,Bi_zhang=0,PID_Send,Flash_Send;float Acceleration_Z;floatBalance_Kp=223,Balance_Kd=0.82,Velocity_Kp=83,Velocity _Ki=0.41;u16PID_Parameter[10],Flash_Parameter[10];intmain(void){de lay_init();uart_init(128000);JTAG_Set(JTAG_SWD_DISABLE );JTAG_Set(SWD_ENABLE);LED_Init();KEY_Init();MY_NVIC_P riorityGroupConfig(2);MiniBalance_PWM_Init(7199,0);机如需初始化电调接口uart3_init(9600);Encoder_Init_TIM2();Encoder_Init_TIM4 ();Adc_Init();IIC_Init();delay_ms(1000);常熟理工学院毕业设计（论文）32MPU6050_initialize();DMP_Init();OLED_Init();TIM3_Cap _Init(0XFFFF,72-1);MiniBalance_EXTI_Init();while(1){if(Flash_Send==1){ Flash_Write();Flash_Send=0;}if(Flag_Show==0){_Show();oled_show();}el se的时序，故此时关闭 app 监控部分和 OLED 显示屏{DataScope();}delay_flag=1;delay_50=0;while(delay_flag);50ms 精准延时}}8 最后。