自平衡小车设计：双传感器与STM32控制实现

自平衡小车是一种特殊的轮式移动机器人，其控制系统设计的关键在于应对其多变量、非线性和参数不确定性等特性。本科协技术文档由自动化与信息工程学院的吴阳、周敬炙和邓晓峰团队制作，旨在通过详细的系统方案选择和论证，构建一个能够自我平衡的小车模型。 1. **系统方案选择和论证**： - **基本方案**：文档首先概述了设计的基本思路，即采用两轮单轴布局，类似于一个简单的单摆结构，这种设计使得小车需要外部控制力量才能保持平衡。 2. **模块方案选择与论证**： - **控制器选择**：考虑到陀螺仪的温度漂移问题和加速度传感器动态响应较慢，文档强调了使用多种传感器的重要性。选择了一种或多款STM32F103单片机作为控制器，因为它们具有足够的处理能力和精确度。 - **传感器组合**：设计中建议同时使用陀螺仪和加速度传感器，以互补各自的局限性。陀螺仪用于测量车辆的姿态角，而加速度传感器则提供运动状态信息。通过数据融合优化处理，减少误差，提高倾角测量的准确性。 - **无线模块方案**：虽然未在部分给出详细描述，但可以推测文档可能涉及无线通信模块的选择，以便远程监控和控制。 - **电源方案**：稳定的电源供应对电子设备至关重要，文档可能讨论了电池供电、充电器或能量管理系统的设计。 - **电机驱动方案**：选择适合的电机驱动系统以确保动力传输效率，并控制小车的行驶速度和转向。 3. **理论分析与参数计算**： - 文档深入探讨了小车的动力学模型，包括平衡条件和控制方程，以便进行理论建模和参数估计。 4. **电路设计与实现**： - **硬件组成**：包括传感器、单片机、电机、无线模块和电源管理组件的详细连接和配置。 - **传感器模块**：这部分详细介绍了如何将陀螺仪和加速度传感器集成到电路中，并确保数据的准确传输。 - **电源模块**：处理电池充电、电压转换和保护电路的设计。 - **软件设计**：展示了STM32程序流程图，可能包括PID（比例-积分-微分）控制算法的设计和实现，这是保持小车平衡的核心控制策略。 5. **参考文献**：文档结尾列出了相关的学术研究和技术资料，为读者提供了进一步学习和研究的途径。 这份自平衡小车的设计文档深入探讨了如何通过集成不同传感器、选择合适的控制器以及精心设计电路和软件来实现一个稳定、高效的平衡小车系统。通过学习这些内容，读者可以了解如何在实际项目中应用这些原理和技术。