郑自春1. 项目概述
平衡车作为经典的控制系统实践项目，一直是嵌入式开发者和自动化爱好者的心头好。这次我们要做的是一款基于STM32微控制器的PID平衡车，目标是通过合理的硬件选型和精确的算法调参，让小车实现"稳如泰山"的自平衡效果。
这个项目最吸引人的地方在于，它完美融合了嵌入式开发、传感器技术、控制算法和机械设计等多个领域的知识。从硬件角度看，我们需要处理电机驱动、姿态感知等基础模块；从软件层面，PID算法的实现与调参则是整个项目的灵魂所在。
我曾在多个平衡车项目上栽过跟头，从最初的"摇头晃脑"到后来的"稳如磐石"，积累了不少实战经验。这次就带大家从零开始，一步步搭建并调试出一个性能优异的自平衡小车。
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2. 硬件设计与选型
2.1 核心控制器选择
STM32F103C8T6（俗称"蓝莓派"）是我们的首选控制器，原因有三：
- 充足的资源：72MHz主频、64KB Flash、20KB RAM，完全满足平衡车的计算需求
- 丰富的外设：多达3个定时器、2个ADC、多个GPIO，方便连接各类传感器
- 成熟的生态：丰富的库函数和开发资料，大大降低开发难度
提示：如果预算充足，可以考虑STM32F4系列，其硬件FPU能显著提升浮点运算效率，对复杂的控制算法更友好。
2.2 姿态传感器选型
MPU6050是平衡车的"眼睛"，它集成了三轴加速度计和三轴陀螺仪，通过I2C接口与主控通信。选择它主要因为：
- 内置DMP（数字运动处理器），可硬件解算姿态角
- 成本低廉（约15元）
- 社区支持完善，有大量现成的驱动代码
实际使用中需要注意：
- 必须确保I2C通信稳定，建议上拉电阻取值4.7kΩ
- 安装时要与车体主轴线对齐，避免引入额外误差
- 需要定期校准，消除零偏误差
2.3 电机与驱动方案
我们选用N20减速电机（减速比1:30）配合TB6612驱动芯片的方案，这种组合的优势在于：
- 电机体积小、扭矩适中（约0.8kg·cm）
- 驱动芯片集成度高，支持PWM调速和正反转控制
- 整体成本控制在50元以内
电机的安装有讲究：
- 两个电机必须严格对称安装
- 车轮直径建议选择6-8cm，过大影响响应速度
- 电机轴与轮子连接要牢固，避免打滑