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大家好，我是張巧龍，今天給大家?guī)硪粋€平衡自行車，我實(shí)驗(yàn)室一個19級的本科生做的，他21年也獲得了全國電賽二等獎（F題）的成績。

人嘛，非常帥的一個小伙子。B站ID：_旺仔小菠蘿，歡迎大家圍觀！

好了，廢話不多說，直接開整！先看展示視頻，相關(guān)方案在后文。

文末開源所有文件（已經(jīng)獲得本人授權(quán)），程序、電路、3D打印文件。

01 硬件篇

1.1 STM32F103C8T6最小系統(tǒng)（小藍(lán)板）

1.2 MPU6050姿態(tài)傳感器（3.3V供電）

1.3 0.96寸OLED顯示屏（四針、IIC通信、3.3V供電）

1.4 HC-05藍(lán)牙模塊（串口通信、用于接收小車運(yùn)動指令）

使用教程鏈接：https://blog.csdn.net/weixin_44325419/article/details/110727911

1.5 超聲波測距模塊

1.6 N20電機(jī)及驅(qū)動（電機(jī)選型：DC 12V A12型）

1.7 無刷電機(jī)動量輪模組

該電機(jī)自帶驅(qū)動和光電編碼器。

該自平衡自行車中我們使用萬寶至無刷伺服電機(jī)，內(nèi)置驅(qū)動，支持正反轉(zhuǎn)，PWM調(diào)速，并且?guī)в?00線編碼器AB相雙通道信號輸出。

該電機(jī)接線圖如上圖所示，實(shí)際小車中的線的顏色可能與上圖有所不符，大家要按照位置來判斷而不是線的顏色。

1.信號A相和信號B相為編碼器脈沖輸出端；

2.正反轉(zhuǎn)切換的線我們直接用單片機(jī)的引腳3.3V電平控制，是完全沒有問題的；

3.編碼器供電接3.3V；

4.PWM接單片機(jī)的PWM輸出，啟動運(yùn)行我們接單片機(jī)IO口，在電機(jī)初始化時置為高電平；

5.電源負(fù)極接GND，電源正極接12V。

1.8 舵機(jī)

項(xiàng)目中所使用，有點(diǎn)小貴，可以買便宜的。

1.9 3S航模電池（注意電池尺寸）

1.10 穩(wěn)壓模塊及開關(guān)

將航模電池電壓降至5V給單片機(jī)、舵機(jī)、藍(lán)牙、超聲波、電機(jī)編碼器供電。

1.11 輪子及軸承

由于小車后輪是通過皮帶傳動，為減小摩擦，使后輪轉(zhuǎn)動更加順滑，需在后輪安裝微型軸承。（軸承根據(jù)車軸尺寸購買）

1.12 車架及轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)（3D打?。?/h3>

13. 電路PCB

將上述功能模塊集成在一塊PCB 電路板上（6.5x7.8cm）,為方便焊接，電容電阻及三極管均為直插式元件。

02 軟件篇

2.1 main.c

#include "sys.h" float AdcValue;                       //電池電壓數(shù)字量float Pitch,Roll,Yaw;                 //角度short aacx,aacy,aacz;                 //加速度傳感器原始數(shù)據(jù)short gyrox,gyroy,gyroz;              //陀螺儀原始數(shù)據(jù)int PWM1;int PWM_MAX=6500,PWM_MIN=-6500;  //PWM限幅變量int Encoder_Motor;  //編碼器數(shù)據(jù)（速度） int main(void){    NVIC_Config();     delay_init();    Led_Init();    Beep_Init();    Wave_SRD_Init();     uart3_init(9600);    OLED_Init();      //初始化OLED      OLED_Clear();    adc_Init();    MOTOR_1_Init();    MOTOR_2_Init();    PWM_Init_TIM3(7199,0);//定時器3初始化PWM 10KHZ，用于驅(qū)動動量輪電機(jī)     PWM_Init_TIM2(9999, 143);//定時器2初始化PWM 50HZ，用于驅(qū)動舵機(jī)    TIM_SetCompare1(TIM2, 790);//舵機(jī)復(fù)位    Init_TIM1(9998,7199);    Encoder_Init_TIM4(65535,0);    OLED_ShowString(25,4,"MPU6050...",16);    MPU_Init();            //MPU6050初始化  while(mpu_dmp_init())    {    OLED_ShowString(25,4,"MPU6050 Error",16);    }      OLED_ShowString(25,4,"MPU6050 OK!",16);     Beep=1;    delay_ms(400);    Beep=0;    MPU6050_EXTI_Init();    OLED_Clear();    OLED_ShowString(0,0,"Roll :         C",16);    OLED_ShowString(0,3,"Speed:         R ",16);    OLED_ShowString(0,6,"Power:        V ",16);        while(1)    {                  Wave_SRD_Strat();                AdcValue=11.09*(3.3*Get_adc_Average(ADC_Channel_4,10)/0x0fff); //ADC值范圍為從0-2^12=4095（111111111111）一般情況下對應(yīng)電壓為0-3.3V        OLED_Showdecimal(55,0,Roll,9,16);          OLED_Showdecimal(55,3,Encoder_Motor*0.25,9,16);                 OLED_Showdecimal(50,6,AdcValue,9,16);         }}

2.2 PID控制算法

學(xué)習(xí)視頻：

該小車實(shí)現(xiàn)直立平衡需要用到兩個閉環(huán)控制，即直立環(huán)（PD控制、負(fù)反饋），速度環(huán)（PI控制、正反饋），代碼原理及調(diào)試過程與兩輪平衡小車調(diào)試過程基本一致。

關(guān)于PID控制算法的學(xué)習(xí)，內(nèi)容較多，不好詳細(xì)展開，網(wǎng)上資源豐富，大家可自行學(xué)習(xí)。

這里推薦一篇知乎文章：https://zhuanlan.zhihu.com/p/39573490

2.3 代碼閱讀注意點(diǎn)

所有頭文件都包含在sys.h中，每個.h文件都包含sys.h，方便函數(shù)調(diào)用。

#ifndef __SYS_H#define __SYS_H#include "stm32f10x.h"#include "adc.h"#include "oled.h"#include "led.h" #include "beep.h"#include "wave.h"#include "control.h" #include "exti.h" #include "mpu6050.h"#include "inv_mpu.h"#include "inv_mpu_dmp_motion_driver.h" #include "motor.h"#include "pwm.h"#include "encoder.h"#include "usart.h"   #include "delay.h"#include <math.h>#include <stdlib.h>

STM32F10x系列的MCU復(fù)位后，PA13/14/15 & PB3/4默認(rèn)配置為JTAG功能。有時我們?yōu)榱顺浞掷肕CU I/O口的資源，會把這些端口設(shè)置為普通I/O口。

使用JLINK向STM32燒錄程序時，需要使用6個芯片的引腳（以STM32F103C8T6為例），分別是PB4 / JNTRST，PB3 / JTDO，PA13 / JTMS，PA14 / JTCK，PA15 / JTDI，NRST。

當(dāng)芯片IO口資源比較緊張時，可選擇SW模式燒錄程序。

SWD只需用到PA13 / JTMS，PA14 / JTCK兩根線，NREST可以接可不接，剩下的PB4 / JNTRST，PB3 / JTDO和PA15 / JTDI就可以當(dāng)然普通IO使用，但是這三個口當(dāng)然普通IO使用時需要先進(jìn)行如下配置。（這里MPU6050模塊用到PB3和PB4引腳）

21年電賽 | 做一輛超mini平衡自行車，全開源