基于STM32控制的平衡小车系统设计

发布时间：2021-08-07 17:03

　　为了响应节能环保、绿色出行倡议,缓解城市交通拥挤状况,提出一种基于STM32F103C8T6芯片控制的两轮平衡小车设计方案。以MPU-6050作为小车姿态传感器获取小车车体倾角和角速度,基于卡尔曼滤波算法对姿态传感器采集到的的数据进行滤波融合,利用霍尔编码器测量小车车轮转向和转速,运用PID算法对控制要求和采集的数据信息进行计算分析并输出控制PWM,经由TB6612电机驱动模块驱动电机,实现小车自主平衡并具备一定的抗干扰能力。另外小车通过蓝牙模块与手机APP通信,可通过手机端控制小车前进、后退、转弯等动作。 

【文章来源】：软件导刊. 2020,19(08)

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

维持掌心木棒直立的负反馈调节系统

平衡小车自动维持平衡也采用负反馈调节的控制方式，如图2所示，由于小车底部只有两个并排的车轮，车体上部分只能在车轮前后方向出现倾斜时，通过控制车轮的转动方向和速度消除该倾斜方向上的倾角，保证小车车体平衡。将平衡小车离开垂直位置的倾角作为偏差量，凭借负反馈控制将该偏差量保持在0°附近，通过控制电机转动方向维持小车直立状态。依据小车自平衡功能要求，小车底部并排的两个车轮是保持车体直立前后移动的控制目标，而小车轮胎的转动受电机控制，因此从控制思维看，受控对象是小车车体，车体底部两个电机转动速度作为控制输入量[9]。两轮平衡小车通过姿态检测模块检测出倾斜角，然后控制器接受姿态信息并进行处理，最后车轮电机在主控制器的控制下实现变速和换向，实现小车动态平衡。

本文以STM32处理器为控制核心，接收并处理传感器传递的小车数据信息，MPU6050模块负责采集小车倾角和角速度数据信息，利用霍尔编码器获取小车车轮转速和转向数据信息并反馈给主控制器。STM32结合卡尔曼滤波算法与串级PID算法将控制信号输入至电机驱动模块TB6612FNC，驱动电机正反转和变速，实现小车上电后自主平衡。手机APP和小车通过蓝牙模块连接，实现小车动作控制，系统总体框架见图3所示。2 系统硬件设计

【参考文献】：
期刊论文
[1]一种光电平衡智能车设计[J]. 陈木桂,张谦,黄睿,马泽龙,欧周.  教育教学论坛. 2019(39)
[2]基于STM32自平衡小车的设计与制作[J]. 徐猛.  计算机产品与流通. 2019(09)
[3]基于MEMS传感器的两轮平衡小车设计[J]. 李详鹏,陈春,周子文,施娜,孙雅琪,杨阳.  科技创新与应用. 2019(22)
[4]两轮平衡机器人控制系统设计与仿真研究[J]. 韩竺秦,张丽娜.  软件导刊. 2019(03)
[5]两轮自平衡小车控制系统探讨与分析[J]. 杨柳.  中国新通信. 2018(19)
[6]Design of Intelligent Balancing Vehicle Control System based on Arduino[J]. HOU Zeyao.  International Journal of Plant Engineering and Management. 2018(03)
[7]声控自平衡小车的设计与研究[J]. 束方耀,戴丽华,邹壮志,唐茂淞.  电子制作. 2018(17)
[8]基于PI控制器的两轮平衡小车设计[J]. 王宇坤,陈沃源.  信息记录材料. 2018(07)
[9]基于超声波测距式的自平衡车控制系统[J]. 李澍源,冯奇杰,兰家祥,林寿英.  内燃机与配件. 2017(02)
[10]基于积分分离PID控制的自平衡车设计[J]. 李满.  武汉交通职业学院学报. 2016(02)



本文编号：3328185