文档介绍：基于STM32的蓝牙自平衡小车作者:屈德华邓鹏文曾渝魏虎来源:《科学与财富》2019年第09期        摘要:本设计是在自平衡小车直立的基础上,设计一个可以控制其移动的二轮平衡小车,实现自主直立平衡和APP控制其移动。以STM32F103RCT6单片机作为主控芯片,使用集成了3轴陀螺仪和3轴加速度计的六轴运动处理传感器MPU6050作为姿态传感器,这里用卡尔曼滤波算法对采集的数据进行融合处理,来减小数据的不准确性和不稳定性,通过TB6612FNG电机驱动芯片来驱动两个大功率直流电机,在直立和移动控制方面,采用倾角和角速度反馈,以串级PID控制来实现平衡小车的直立平衡和移动,通过蓝牙模块,可实现手机APP对其进行控制。        关键词:STM32;蓝牙;PID控制;自平衡小车;卡尔曼滤波        最近几年,自平衡小车在美国、日本、瑞士等国是研究热点,设计出了多个实验机型,提出很多平衡控制方案,对实验机型的平衡性能与运动特性进行了测试验证。通过在两轮自平衡系统的基础上进行二次开发,可以在很多环境中得到应用,比如承载、代步、运输、环境监测等,再加上微电子、集成电路的发展使得自平衡小车的生产成本降低了很多,所以说自平衡小车系列的商业化产品有很好的发展前景。        1自平衡小车原理        自平衡小车的直立、速度和转向控制都是直接通过控制两个直流电机完成,小车前倾是车轮要往前运动,小车往后倾需要往后运动,让小车保持平衡。由于转动惯量是客观存在的,为了让小车静止在平衡位置附近,不仅需要在电机上施加和倾角成正比的回复力,还要增加和角速度成正比的阻尼力,阻尼力和运动方向相反。因此需要测量平衡小车的角度偏差和角速度,控制小车的速度来完成直立控制。角速度通过六轴运动传感器内置陀螺仪测出,并且不受运动影响。内置加速度计测出在X、Y、Z轴的一个方向上的加速度值通过反正切函数就可以计算出小车的倾角。由于无法彻底消除运动加速度对角度测量的影响,需要联合陀螺仪测出的角速度通过积分获得的倾角,再使用卡尔曼滤波算法,将两个倾角值数据进行融合产生一个更为准确和稳定的倾角数据。将得到的倾角数据和角速度来控制小车,并和测得的电机的速度信息结合实现消除角度偏差形成闭环控制。        2系统方案设计        本次设计采用STM32F103RCT6作为主控芯片,通过获取MPU6050传感器获取的Y轴的角度和加速度信息,并且经过用卡尔曼滤波对角度和加速度信息进行滤波来产生控制信号,控制方式采用模糊PID控制,通过将控制信号PWM波输送到TB6612去驱动电机,电机再将自身的运动数据传回来给STM32,STM32再根据控制要求对自平衡小车的姿态不断的进行调整,最终形成一个闭环的控制。然后手机通过在APP中蓝牙连接至自平衡小车上蓝牙模块进行通信,传输运动信息和控制信息。        3系统硬件设计                本系统选用STM32F103RCT6作为主控芯片,该芯片内核是ARM32位的Cortex-M3,芯片集成多个定时器,可输出多路PWM信号是的电机驱动模块获得稳定的PWM波形,另外还集成了SPI,I2C,USART等多种通信接口,方便与MPU6050、蓝牙以及OLED屏进行通信。            