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无限动力网站,58长春招聘网,互联网代运营公司,电子商务网站建设实验指导基于单片机的两轮自平衡小车的设计与实现 第一章 绪论 两轮自平衡小车因结构紧凑、运动灵活#xff0c;在机器人教学、室内巡检等领域具有独特优势。传统轮式小车依赖多轮机械结构维持稳定#xff0c;而自平衡小车通过动态控制实现单轴平衡#xff0c;对传感器精度与控制算…基于单片机的两轮自平衡小车的设计与实现第一章 绪论两轮自平衡小车因结构紧凑、运动灵活在机器人教学、室内巡检等领域具有独特优势。传统轮式小车依赖多轮机械结构维持稳定而自平衡小车通过动态控制实现单轴平衡对传感器精度与控制算法要求更高。单片机凭借低成本、高集成度、实时处理能力成为小型自平衡系统的理想控制核心可集成姿态检测、电机驱动与平衡调节功能。目前研究多聚焦于高校实验室的算法验证民用化、低成本方案较少。本设计以STM32F103C8T6单片机为核心结合惯性传感器与PID控制算法实现小车的动态平衡与运动控制旨在研发一款结构简单、成本可控、适合教学演示的自平衡小车。本文围绕系统架构、硬件选型、算法设计及性能测试展开为两轮自平衡设备的小型化开发提供参考。第二章 系统总体设计本系统核心目标为实现小车在静止与运动状态下的稳定平衡平衡倾角范围±5°静止时倾角误差≤1°支持前进、后退、转向控制响应时间≤0.5秒续航≥30分钟工作电压7.4V锂电池最大速度0.5m/s适配室内平坦地面。系统采用分层架构感知层由MPU6050三轴加速度三轴陀螺仪组成实时采集小车倾角与角速度控制层以STM32F103C8T6为核心处理传感数据并生成电机控制信号执行层包括N20直流减速电机带编码器与TB6612FNG驱动模块调节车轮转速交互层由4个按键启停、方向控制与OLED屏组成实现模式切换与状态显示。电源模块将7.4V转为3.3V单片机、传感器与5V驱动模块保障稳定供电。核心部件选型注重性能与成本平衡MPU6050提供高精度姿态数据支持I2C通信N20电机扭矩1.2kg·cm配合13:1减速比满足动力需求TB6612FNG支持PWM调速与正反转适配小电流电机OLED屏实时显示倾角与速度参数便于调试。第三章 系统硬件与软件设计概述硬件设计围绕单片机搭建核心电路注重抗干扰与轻量化。MPU6050通过I2C总线SDA/SCL连接单片机传输加速度与角速度数据电路增设滤波电容减少噪声电机驱动模块TB6612FNG的控制引脚PWM、IN1、IN2接单片机GPIO口接收转速与方向信号电机编码器输出接单片机定时器实现速度闭环反馈按键与OLED屏通过GPIO口连接按键电路采用下拉电阻防抖电源电路选用LM1117-3.3V稳压芯片锂电池接口串联防反接二极管与保险丝。软件基于Keil MDK开发采用C语言编程核心模块包括数据融合、平衡控制、运动控制与交互逻辑。数据融合模块通过卡尔曼滤波算法融合MPU6050的加速度静态倾角与陀螺仪动态角速度数据输出精准倾角平衡控制模块采用双环PID算法外环倾角、内环角速度计算电机输出PWM值抵消倾角偏差运动控制模块通过调整左右轮速差实现转向叠加前进/后退指令时动态修正平衡参数交互模块响应按键指令切换模式OLED实时显示当前倾角、速度与系统状态。程序采用中断机制1ms定时器中断确保控制周期稳定。第四章 系统测试与总结测试环境为室内光滑地面通过手动扰动与遥控指令测试性能。结果显示小车静止时倾角稳定在±0.8°范围内受轻微推力≤0.5N后2秒内恢复平衡前进/后退速度调节平滑最大速度0.48m/s转向半径可控制在0.3m内连续运行32分钟后电量耗尽无程序死机或电机失控现象。高低温测试0℃~40℃中平衡精度略有下降误差≤1.2°仍满足设计要求。本设计基于STM32单片机实现了两轮自平衡小车通过卡尔曼滤波与双环PID控制平衡稳定性与响应速度达到预期成本低于同类教学设备。但系统存在局限性路面不平易失衡无远程控制功能。未来可优化算法提升抗干扰能力增加蓝牙模块实现手机遥控拓展应用场景至教学演示与小型物流运输。文章底部可以获取博主的联系方式获取源码、查看详细的视频演示或者了解其他版本的信息。所有项目都经过了严格的测试和完善。对于本系统我们提供全方位的支持包括修改时间和标题以及完整的安装、部署、运行和调试服务确保系统能在你的电脑上顺利运行。