基于STM32的自平衡小车系统设计
渊衡水学院电子信息工程学院袁河北衡水
摘
郭海丽
053000冤
要：平衡车已越来越多的出现在人们的生活中袁给人们的出行带来了极大便利曰同时袁平衡车在军事尧勘探等领域发挥的作用越
来越大遥提出了一种基于STM32单片机的自平衡小车设计方案袁可实现无线遥控控制袁机械臂抓取物体等功能遥对系统的硬件电路和软件设计进行了详细介绍袁经过调试袁实现了自平衡小车系统设计遥
无线控制关键词：自平衡小车；六轴传感器；中图分类号：TP230引言
如今的自平衡车已成为人们出行的交通工具，平衡车涵盖是电子技术的结晶。平衡了嵌入式技术和现代工业设计技术，
其具车可以在很小空间中运作，也可以成为出行的代步工具，受到人们越来越广泛的关有低功耗、环保、方便、高效等特点，
通过软件程注。自平衡车没有其他交通工具的固有机械构造，
序与硬件结合的方式实现其稳定性，所用算法多种多样，实现自动控制及的效果越来越显著。双轮自平衡车将单片机技术、
控制算法有机的结合到一起，是研究控制程序以及传感器应用
的理想平台。本设计通过利用STM32主控芯片和MPU6050芯
并通过2.4G无线传输模块实现对片，实现两轮小车的自平衡，小车方向的控制。1.1
1系统的整体设计方案
系统设计要求
通过改变所用电机的转动速度及方向实现小车的自平衡，
达到以下要求。而且可以用无线遥控进行控制，
文献标识码：B
DOI：10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2019.05D.75
应用控制层、整体受力层。电机驱动层直接控制电机轮子的运动，驱动电机使其实现正反转及加减速，以此来达到小车的平
真正的指令由控衡状态。当然电机驱动层只是被动接受命令，
制层发出。它通过安装在小车车体及车轮电机上的传感器来
获取到小车当前的状态。经处理运算后发出正确的命令来驱动电机运动，所以该层为小车控制的核心。受力层顾名思义为整个车体的承重部分。受力层如果稳定坚固，小车本身能承载的重量也越重。
通该系统以STM32F103RCT6单片机为整个系统的核心，过集成加速度与角度的六轴传感器MPU6050来获取小车当前
减少STM32芯片IO口的状态。MPU6050该芯片采用IIC通信，占用。小车整体主要由主控部分、电源模块、无线传输模块、六轴
系统结构框图如图传感器姿态采集模块、平衡相关驱动等组成。
1所示。
2系统主要硬件电路设计2.1
单片机最小系统
控制小车（1）可通过串口屏对小车状态进行无线调节，
运动。
用来拿取并放（2）用可调电阻控制小车上机械臂的运动，
置物体。
以稳定、安全、可靠为设计原则。平衡车已逐渐进入人们的
其他一切操作都要在保生活，所以其车体的稳定性至关重要，证车体稳定的前提下进行，在设计时要保证车体重心在车轮中
轴线上。同时提高对角度测量的准确性，以此保证车体的稳定。随后完成小车的前后运动及对机械臂抓取物体的控制等。
系统设计结构
小车整体从机械结构上看，自下而上依次为电机驱动层、
机，2015（4）:30-31.
［J］［2］陈启明.数控铣加工模具零件工艺优化策略探析.新教育时代，［J］［3］陈汉华.数控铣加工模具零件工艺优化策略研究.科技创新与应
用，2015（8）:-69.2011（11）:15-20.
主控芯片和周围器件组成的电路是控制的核心。其作用相
本设计所用的主控芯片当于人类的头脑，一切命令都由它传递。
下载、系统时钟及是STM32F103RCT6。单片机最小系统由复位、整流滤波等4部分组成。2.2
本系统采用
12V可充电锂电
通池组进行供电，过降压模块逐级降压，得到系统各模块的工作所需
电压。各模块之间
图1系统整体结构
系统供电结构设计
1.2系统设计原则
1.3
［J］［4］周其江.数控铣加工模具零件工艺改进分析.轻工科技，2015（8）:［J］［5］刘强.数控铣加工模具零件工艺优化策略分析.山东工业技术，
2016（11）:44-48.83-85.
也编辑毕来金页
髗髉骳设备管理与维修2019翼5（下）
舵机驱动电压不同，电机运转所需要的电压为12V，显示电路、
芯片需要5V电压驱动，STM32需要3.3V的电压。因此为避2.3
免各电源间互相干扰，设计中采取了电容滤波措施。
NRF24L01无线通信模块的通信方式为SPI通信，该模块
工作电功耗非常低，且对环境要求相对较小。处于发射模式时，
无线控制模块电路
工作电流为12.3mA。流仅为9mA；处于接收模式时，由于此模块对电源及信号要求较高，所以在供电部分及天线端添加滤波
另外，该芯片天线周围不能有金电容。保证信号传输的可靠性。，属（敷铜、走线等）NRF24L01模块电路如图2所示。
图4系统软件流程
一旦有外部统上电后先执行初始化。然后进入主循环。
中断产生，则开始检测处理，控制电机保持小车平衡，驱动舵机控制机械臂运动。
4结语
本设计以STM32F103RCT6单片机为主控芯片，实现了对
及机械臂抓取物小车的平衡控制；且可以用遥控控制小车运动，体的功能。上电后小车保持平衡状态，用手轻轻推动小车，车体
经过晃动后仍能保持平衡状态。通过无线遥控发送前进后退指同时也令控制小车，小车在接收到命令后可以做出正确的响应。
经过多次可用遥控分别控制车上4个舵机的运动，来抓取物体。
对遥控指令可以及时准确地做出反复的测试，小车平衡性良好，响应，整体系统稳定性强，具有一定的实际应用价值。（课题编号：基金项目：衡水学院教改课题jg2014006）；衡水（课题编号：学院党的群众路线教学专项课题2014DJ009）；河北
（项目编号：省科技计划项目112135111）。
参考文献
［J］［1］刘磊.基于STM32的可遥控智能车跟随小车设计.电子测量技
术，2015，38（6）：31-33.
［J］［2］张承岫.基于MPU6050的四旋翼飞控系统设计.传感技术学
报，2016，29（7）：-91.
［J］［3］刘玉宏.二轮自平衡车的控制与实现.测试工具与解决方案，［J］［4］胡建.基于自抗干扰控制算法的两轮自平衡车分析.机电工程，
2015（22）：130-131.
图2NRF24L01模块电路
2.4
MPU6050传感器电路
本设计中的MPU6050传感器是整个设计尤为重要的一部
它的准确程度分，相当于人的双眼，用于获取当前车体的状态，
直接决定小车整体的稳定性。其中INT引脚每5ms产生一次中断，将其直接接入单片机IO口，为程序提供5ms间隔的中
无需额外转换，断。通过IIC接口直接输出经过处理的四元数，使用起来更加方便，MPU6050传感器电路如图3所示。
图3MPU6050传感器电路
3系统软件设计
数据软件设计部分主要由MPU6050芯片、人机交互界面、
采集、电机驱动等构成。软件部分通过MPU6050每5ms提供
本设计软件总体流程如图4所示，系的外部中断执行控制函数。
［J］［5］薛凡.两轮平衡车的建模与控制研究.化工自动化与仪表，［J］［6］王素青.基于STM32的两轮自平衡小车系统设计.实验室研究，
2016，35（5）：146-150.2012，39（11）：1450-1454.
2014，31（2）：159-1.
也编辑凌瑞页
设备管理与维修2019翼5（下）
髙髉骳
