摘要：随着传感器技术，单片机技术，计算机技术和自动化技术的不断发展与进步，平衡车的研究也在一步一步深入。

本设计是使用STM32F103C8T6单片机作为核心处理器，使用MPU6050作为姿态检测传感器，使用卡尔曼滤波进行对采集到的反馈信息进行处理，输出的PWM通过TB6612进行驱动减速电机来对姿态进行调整，使平衡小车达到动态平衡的状态，并能通过遥控器对平衡小车进行前进后退转向等的控制。

-本设计项目主要分为三个方面进行设计：硬件设计、软件设计以及机械设计。在硬件设计中，对小车主板的设计占主要部分，对MPU6050传感器的安装位置进行分析和设计；在软件设计中，主要任务为对程序初始化的设计、程序周期的规划、对反馈信息进行处理,滤波器参数的调试以及对控制算法中PID参数的调试；最后，在机械设计中，运用了SolidWorks对遥控器的设计，和小车的防撞面板的设计，从而实现平衡小车的整体-

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关键词：串级PID控制；姿态检测；平衡车；卡尔曼滤波

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1课题背景以及意义-1

1.2 国内外发展状况-1

1.3 设计主要研究内容-2

1.4 章节安排-3

2 系统整体设计-4

2.1 系统框图-4

2.2 平衡小车自平衡原理的分析-4

2.3 平衡小车控制分析-5

2.4 姿态检测分析-6

2.4.1 姿态检测传感器的选择-6

2.4.1 角度融合算法的选择-6

3 硬件电路设计-7

3.1硬件电路框图-7

3.2主控芯片的选择和研究-8

3.3 STM32F103C8T6单片机最小系统分析-8

3.4 供电模块-10

3.5 姿态检测模块-11

3.6 电机驱动模块及编码器测速模块-12

3.5.1 电机驱动模块分析-12

3.5.2 编码器测速模块分析-13

4 系统软件设计-14

4.1 软件设计系统框图-14

4.2 单片机各模块初始化及使用-15

4.2.1时钟模块初始化-15

4.2.1中断模块初始化-16

4.2.2串口模块初始化-16

4.2.3 MPU6050初始化-16

4.3 滤波算法C语言实现-16

4.3.1互补滤波-16

4.3.2卡尔曼滤波-17

5 机械结构设计-19

5.1 平衡小车机械结构设计-19

5.2 遥控器机械结构设计-19

6 系统调试结果-22

6.1 硬件调试过程及结果-22

6.2 软件调试过程及结果-22

结    论-24

参 考 文 献-25

附录A原理图和PCB图-26

附录B 实物图-27

附录C 程序源码-29

致    谢-39