STM32智能两轮平衡小车控制系统设计+程序+电路图(3)

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1.1.2 智能两轮平衡小车技术的应用和分类

智能两轮平衡小车在实践应用上有很多案例，在军事领域中可用于侦查、排爆、单兵载人工具等，在日常生活中可以作为短途的交通工具。然而，目前两轮自平衡小车平台在理论研究上的意义更大，它是查验各种控制理论或着控制算法的控制效果的一个很好的测试平台。

智能两轮平衡小车根据两轮放置的位置可分两大类：一类是左右两轮平衡车，另一类是前后两轮平衡车。根据用途可分为：军用型、工业型和家用型等等。目前，无论是在研究领域和日常生活中大部分智能两轮平衡小车都是两轮左右放置的。因为他依靠两个电机自身调节就可实现直立，前后两轮平衡车还需要再添加辅助设备来维持车身姿态的平衡，其设计结构更加复杂。

1.2 智能两轮平衡小车控制方法的研究现状及发展趋势

1.2.1 智能两轮平衡小车国外研究现状

1.2.2 智能两轮平衡小车国内研究现状

1.2.3 智能两轮平衡小车的发展趋势

1.3 本课题的主要内容

本课题要求对智能两轮平衡小车控制系统设计控制方案，利用制作的平衡小车硬件平台来实现，以证实所设计的智能控制方案的可行性及效果。

因此，本课题的主要内容包含以下几个方面：

1、设计基于线性CCD传感器的自动导航系统。该系统根据线性CCD传感器的数据得出车模位置的偏差，经过单片机进行处理来控制舵机的转向，从而纠正车模的位置。

2、设计惯性导航系统。采用该方法的前提是对赛道的数据已经采集，将方向不断变化的赛道分解成一个个简单的直线。通过编码器模块的数据得出车模所行走的距离，根据事先已得的赛道数据来控制小车每次行进的距离和方向。

3、设计蓝牙遥控导航系统。使用遥控器或上位机将电机和舵机的数据通过蓝牙传输给车模，来控制车模前后和转向运动。

4、卡尔曼滤波算法和PID控制算法的研究。卡尔曼滤波算法用于处理姿态传感器的数据，得出稳定准确的角度值。采用PID控制算法对电机和舵机进行控制，来实现车模的直立和运动。

5、车模控制系统菜单设计。由于车模设置的参数较多，采用OLED显示屏显示数据，方便调试、查看数据，以及车模控制方式的选择。

6、对车模进行受力分析，建立小车运动学模型，并使用MATLAB对模型进行仿真验证。

2 智能两轮平衡小车系统的硬件构成

2.1 STM32微处理器模块源-自/751+文,论^文'网]www.751com.cn

STM32微处理器模块是整个车模的核心部分，相当于人的大脑。传感器数据读取，车模控制信号输出以及逻辑控制运算等等都由STM32微处理器模块来完成。STM32芯片是专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-0内核，32位处理器。增强型系列时钟频率达到72MHz，内置256K的闪存。支持UART、SPI、IIC、CAN总线协议。具有ADC数据采集和PWM输出功能。该芯片有官方开源函数库，使用方便，性价比高，是一款理想的芯片。实物如图2.1所示。[2]

该车模系统硬件有显示屏和按键模块，方便对车模参数进行设置，在调试时方便观察参数。其实物如图2.2所示。

显示屏、按键电路

2.2 电机驱动模块

2.2.1 PWM隔离电路

电机驱动在使用时要做好隔离，电机在运行时电流比较大，此外电机运行时有可能需要正反转切换。如果不做好隔离可能会对主控制电路产生干扰。本课题设计的电机驱动模块采用了74lvc245芯片，它具有8路输入输出隔离通道，通过该芯片，STM32主控板输出的4路PWM波与驱动电机部分的4路PWM波进行了隔离。如果电机驱动部分出现问题，在最坏的情况下只会烧坏74lvc245芯片，并不会对STM32主控板产生影响，起到了隔离、保护的作用