两轮自平衡小车设计报告

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1、...沈阳工业大学信息科学与工程学院第五届创新杯大学生电子设计竞赛双轮自平衡小车......摘要:本作品采用STM32单片机作为主控制器，用一个陀螺仪传感器来检测车的状态，通过TB6612控制小车两个电机，来使小车保持平衡状态，通过手机蓝牙与小车上蓝牙模块连接以控制小车运行状态。关键字：智能小车；单片机；陀螺仪；蓝牙模块。一、系统完成的功能根据老师的指导要求，在规定的时间内，由团队合作完成两轮自平衡小车的制作，使小车在一定时间内能够自助站立并且自由行走，以及原地转圈，上坡和送高处跃下站立。二、系统总体设计原理框架图USART3蓝牙模块STM32TB6612陀螺仪传感器电机两路PWMIIC

2、编码器图2.1系统总体框图三.系统硬件各个组成部分介绍3.1.STM32单片机简介（stm32rbt6）......主控模块的STM32单片机是控制器的核心部分。该单片机是ST意法半导体公司生产的32位高性能、低成本和低功耗的增强型单片机，它的内核采用ARM公司最新生产的Cortex—M3架构，最高工作频率可达72MHz，256K的程序存储空间、48K的RAM，8个定时器／计数器、两个看门狗和一个实时时钟RTC，片上集成通信接口有两个I2C、3个SPI、5个USART、一个USB、一个CAN、两个和一个SDIO，并集成有3个ADC和一个DAC，具有80个I／0端口。STM32单片机要求2

3、.0～3.6V的操作电压(VDD)，本设计采用5.0V电源通过移动电源给单片机供电。3.2.陀螺仪传感器陀螺仪可以用来测量物体的旋转角速度。本设计选用MPU-6050。MPU-60X0是全球首例9轴运动处理传感器。它集成了3轴MEMS陀螺仪，3轴MEMS加速度计，以及一个可扩展的数字运动处理器DMP（DigitalMotionProcessor），可用I2C接口连接一个第三方的数字传感器，比如磁力计。扩展之后就可以通过其I2C或SPI接口输出一个9轴的信号（SPI接口仅在MPU-6000可用）。MPU-60X0也可以通过其I2C接口连接非惯性的数字传感器，比如压力传感器MPU-60X0对

4、陀螺仪和加速度计分别用了三个16位的ADC，将其测量的模拟量转化为可输出的数字量。为了精确跟踪快速和慢速的运动，传感器的测量范围都是用户可控的，陀螺仪可测范围为±250，±500，±1000，±2000°/秒（dps），加速度计可测范围为±2，±4，±8，±16g。一个片上1024字节的FIFO，有助于降低系统功耗。和所有设备寄存器之间的通信采用400kHz的I2C接口或1MHz的SPI接口（SPI仅MPU-6000可用）。对于需要高速传输的应用，对寄存器的读取和中断可用20MHz的SPI。另外，片上还内嵌了一个温度传感器和在工作环境下仅有±1%变动的振荡器。芯片尺寸4×4×0.9mm，

5、采用QFN封装（无引线方形封装），可承受最大10000g的冲击，并有可编程的低通滤波器。关于电源，MPU-60X0可支持VDD范围2.5V±5%，3.0V±5%，或3.3V±5%。另外MPU-6050还有一个VLOGIC引脚，用来为I2C输出提供逻辑电平。VLOGIC电压可取1.8±5%或者VDD。图3.2.1陀螺仪外观图......图3.2.2陀螺仪电路图3.3.电机驱动3.3.1.TB6612由于TB6612相对于传统的L298N效率上提高很多,体积上也大幅度减少，在额定范围内，芯片基本不发热，所以我们设计的时候选择了这款芯片。图3.3.1TB6612外观图3.3.2.PWM原理PW

6、M即脉冲宽度调制，它是指将输出信号的基本周期固定，通过调整基本周期内工作周期的大小来控制输出功率的方法。在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。如图7所示，在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。只要按一定规律，改变通、断电的时间，即可让电机转速得到控制。......图3.3.2PWM波形图设电机始终接通电源时，电机转速最大为Vmax，设占空比为D=t／T,则电机的平均速度为：Vd=Vmax·D(1)式中：Vd表示电机的平均速度；Vmax表示电机全通

7、电时的速度(最大)；D=t／T表示占空比。由公式(1)可见，当改变占空比D时，就可以得到不同的电机平均速度，从而达到调速的目的。3.4蓝牙模块蓝牙模块可以让原来使用串口的设备摆脱线缆的束缚在10米范围内实现无线串口通信。使用该模块无需了解复杂的蓝牙底层协议，只要简单的几个步骤即可享受到无线通信的便捷。蓝牙透传模块只有4个AT指令，分别是测试通讯，改名称，改波特率，改配对密码，AT指令必须从TXD,RXD信号脚设置，不能通过蓝牙信道设