1. 项目概述：两轮自平衡车的控制挑战
两轮自平衡车本质上是一个动态不稳定的倒立摆系统。想象一下把一根扫帚直立放在手掌上保持平衡的过程——你需要不断移动手掌来抵消扫帚的倾斜趋势。STM32作为主控芯片，就是扮演这个"手掌"的角色，通过实时计算和调整来维持车身直立。
这个项目最吸引我的地方在于它完美结合了嵌入式开发、传感器融合和控制算法三大技术领域。从硬件角度看，我们需要处理电机驱动、传感器数据采集、电源管理等实际问题；从软件层面，则涉及实时控制、滤波算法和参数整定等关键技术。这种多学科交叉的特性，使得自平衡车成为检验嵌入式开发者综合能力的绝佳项目。
2. 硬件系统设计与选型要点
2.1 核心硬件组成解析
一个完整的自平衡车硬件系统通常包含以下关键部件：
-
主控MCU：STM32F103系列（如C8T6/RCT6）因其丰富的外设和适中的价格成为首选。需要至少：
- 2个定时器（用于电机PWM生成）
- 2个编码器接口（用于电机测速）
- 1个I2C接口（连接MPU6050）
- 1个USART（用于调试和蓝牙通信）
-
姿态传感器：MPU6050是性价比最高的选择，它集成了：
- 三轴陀螺仪（±250/500/1000/2000°/s量程）
- 三轴加速度计（±2/4/8/16g量程）
- 内置DMP（数字运动处理器）可减轻主控负担
-
电机驱动模块：根据电机功率可选：
- TB6612（1.2A持续电流，适合小型车）
- L298N（2A持续电流，需加散热片）
- BTS7960（43A峰值，适合重型车）
-
电机与编码器：
- 建议选择减速电机（如TT马达+1:48减速箱）
- 编码器分辨率建议≥12CPR（每转脉冲数）
2.2 电源系统设计经验
电源设计是实际制作中最容易出问题的地方。我的经验方案是：
plaintext复制7.4V锂电池
├─ 5V降压模块（给单片机、传感器供电）
├─ 3.3V LDO（给MPU6050等精密器件）
└─ 直接供电给电机驱动
重要提示：务必在电机电源线上加装470μF以上的电解电容和0.1μF陶瓷电容，可显著减少电机启停对系统的干扰。