#第十届立创电赛#stm32平衡小车 - 立创电子设计大赛

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赛事

第十届立创电子设计开源大赛

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GPL 3.0

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<div> 注：* 为必填项 请在报名阶段填写 ↓ <h3 style="line-height:1.8;">* 1、项目功能介绍</h3> <hr> 本项目设计并实现了一款以STM32微控制器为核心的智能两轮自平衡小车。它集自主平衡、超声波跟随、蓝牙遥控等多项功能于一体，是一个综合性的嵌入式系统应用实例。 小车的核心是基于STM32的PID控制器，通过MPU6050姿态传感器实时采集车身倾角数据，经由精准的PID算法运算，动态调节两个直流电机的输出，从而实现车体的自主平衡与稳定站立，展现出卓越的控制性能。 在智能交互方面，小车搭载了HC-SR04超声波模块。通过持续测量与前方障碍物或目标人物的距离，小车能够智能地启动跟随模式，保持预设的安全距离自动行进，实现了初步的自主导航能力。 同时，为增强人机交互的灵活性，我们为小车集成了HC-05蓝牙模块。用户可通过手机APP或其它蓝牙设备，向小车发送包括前进、后退、转向、停止在内的控制指令，实现了对平衡小车的无线遥控，拓展了其应用场景。 综上所述，本项目成功地将传感器技术、自动控制理论、无线通信与嵌入式系统开发深度融合。该平衡小车不仅运行稳定、响应迅速，更具备了环境感知与智能交互能力，充分体现了现代智能机器人系统的设计理念与技术特点，是电子设计与嵌入式开发能力的有力证明。 请输入内容… 注：主题不限，可以是解决生活/工作中的某个问题、为某个人群/场景设计的方案、毕业设计/课程设计/DIY项目/纯属炫酷项目等。主要讲一下自己通过什么手段解决了什么问题。 <h3 style="line-height:1.8;">*2、项目属性</h3> <hr> 请输入内容… 本项目是首次公开，项目是原创，未在其他比赛中获奖，未参加过学校答辩。 注：请说明项目是否首次公开；项目是否为原创；项目是否曾经在其他比赛中获奖，若有获奖则叙述获奖详情；项目是否在学校参加过答辩。 <h3 style="line-height:1.8;">* 3、开源协议</h3> <hr> 请输入内容… GPL 3.0 注：利他即利己，请认真阅读下述内容。 <ol style="line-height:1.8;"> <li style="line-height:1.8;">拥抱开源，赋予项目无限价值。建议项目核心功能开源80%以上；</li> <li style="line-height:1.8;">2、若某一部分功能不可替代且删掉之后项目无法解决对应的问题，则这一部分实现的功能就是项目的核心功能；比如设计了一台电子负载且设计了一款上位机软件监控功率变化，则电子负载为核心功能，上位机软件为辅助功能；比如电子负载中使用了一款隔离485模块与上位机通信，则此485模块实现的通讯功能为辅助功能； </li> <li style="line-height:1.8;">项目应选择适合自己的<a href="/posts/98fdb2accd754af7b51990790db3b47a" target="_blank">开源协议</a>，若项目引用其他开源项目，应注明来源并遵循原作者的开源协议规定；原创项目推荐使用GPL3.0开源协议；</li> <li style="line-height:1.8;">直接引用开源项目的原电路或原代码实现的功能不可作为自己项目的核心功能、使用市场上通用模块直接实现的功能不可作为自己项目的核心功能。</li> </ol> 请在竞赛阶段填写 ↓ <h3 style="line-height:1.8;">*4、硬件部分</h3> <hr> 请输入内容… <img src="//image.lceda.cn/pullimage/Ge8wsiPiQ592PbDrkSmxbHbD0uFiXnJ0ktjGKrSx.png" alt="Ge8wsiPiQ592PbDrkSmxbHbD0uFiXnJ0ktjGKrSx.png"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/WdDjWmKLD0HABTGuf3ugp9vhTDP4T8thR3VE8LPF.png" alt="WdDjWmKLD0HABTGuf3ugp9vhTDP4T8thR3VE8LPF.png"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/WsqTRmUfT3ldm1hYduKSVTmxEc9ywNFGX9sNEwQU.png" alt="WsqTRmUfT3ldm1hYduKSVTmxEc9ywNFGX9sNEwQU.png"> 小车的硬件系统是一个以STM32F103C8T6（或其他型号）微控制器为核心的精密闭环控制系统。其核心架构与数据流如下： 核心控制器（STM32）：作为大脑，负责所有传感器的数据采集、控制算法的运算（如PID），以及最终产生电机控制信号（PWM）。它通过I2C总线读取姿态传感器数据，通过定时器捕获超声波信号，通过USART与蓝牙模块通信，并通过高级定时器产生带死区的互补PWM驱动电机。 姿态检测模块（MPU6050）： 原理：MPU6050集成了三轴陀螺仪和三轴加速度计。陀螺仪输出瞬时角速度，通过积分可得到角度，但存在温漂和累积误差；加速度计在静态时可测出重力加速度分量，从而解算出俯仰角，但动态时受运动加速度干扰严重。 融合机制：采用卡尔曼滤波或互补滤波算法，将陀螺仪的短期精度与加速度计的长期稳定性相结合，输出一个精确、稳定的车身俯仰角（Pitch）和角速度。这是实现自平衡的最核心数据。 电机驱动模块（TB6612FNG或DRV8833）： 原理：STM32产生的PWM信号送入电机驱动芯片，控制电机的转速和方向。TB6612FNG相比传统的L298N效率更高、发热更小。STM32的PWM频率建议设置在10kHz ~ 20kHz，超出人耳听觉范围以避免噪音。 测速模块（正交编码器）： 原理：安装在电机后端的编码器输出两路相位差90°的脉冲（A、B相）。STM32的编码器接口模式可以自动识别正反转并计数。通过单位时间内的脉冲数，可以精确计算电机的转速，形成速度闭环，这对于抑制小车“往前冲”或“往后倒”至关重要。 超声波测距模块（HC-SR04）： 原理：STM32触发引脚产生一个10us的高电平，模块自动发射超声波并检测回波。回声引脚输出的高电平持续时间与距离成正比。STM32通过输入捕获功能精确测量此时间，从而计算距离，实现跟随功能。 蓝牙模块（HC-05/06）： 原理：通过串口（USART）与STM32通信，接收来自手机APP的指令（如‘F’代表前进），或向上位机发送小车的状态数据（如角度、速度），用于调试。 电源管理模块： 机制：采用两节串联的18650锂电池（约7.4V-8.4V）供电。一路通过开关稳压模块（如MP1584）降压至5V，为单片机、传感器和蓝牙模块供电；另一路直接或通过电机驱动芯片为电机供电。数字地与模拟地（如有）应在一点共地，以减少干扰。 注：请前往<a href="https://lceda.cn/editor" target="_blank">嘉立创EDA</a> 生成/上传设计文件，文件完成后，相关文稿将自动生成至项目详情；这里可以详细说明您的项目实现原理和机制、注意事项、调试方法、测试方法等。推荐图文并茂的形式向别人介绍您的想法。 <h3 style="line-height:1.8;">*5、软件部分</h3> <hr> 请输入内容… 所有硬件外设和软件变量在启动时完成配置。实时性保障： 所有关键的传感器读取、滤波和控制计算都放在高优先级的定时器中断中执行，确保控制的实时性和稳定性（通常中断频率为500Hz-1kHz）。主循环： 处理实时性要求不高的任务，如蓝牙通信的字节接收与拼接、超声波触发的间隔控制、以及通过串口向上位机（如PC上的Plotter）发送数据用于调试。<img src="//image.lceda.cn/pullimage/MuK5FNw52982zCIDfZ2ZKh74xnttg2QZn5eMkF3a.png" alt="MuK5FNw52982zCIDfZ2ZKh74xnttg2QZn5eMkF3a.png"> 注：若您的项目涉及软件开发，请在附件上传对应的工程源码。这里可以详细说明您的软件流程图、功能模块框图、相关算法的解释或科普、源码结构、编译环境的搭建和配置、源码编译方法、程序烧录方法等。推荐图文并茂的形式向别人介绍您的想法。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/UvhsFCjvzm5Ou3mcBihDdZM8gkPwgXZJbWCBASWS.png" alt="UvhsFCjvzm5Ou3mcBihDdZM8gkPwgXZJbWCBASWS.png"> <h4> 数据融合算法（用于姿态解算）</h4> 从MPU6050的陀螺仪（动态精度高，但存在漂移）和加速度计（静态精度高，但动态时噪声大）中，融合出一个精确、稳定的俯仰角。互补滤波（推荐，计算量小，效果佳）： <code>角度 = 0.98 * (上一角度 + 陀螺仪角速度 * dt) + 0.02 * 加速度计角度</code> 在短时间内相信陀螺仪的积分结果（占比98%），在长时间内用加速度计的角度来校正陀螺仪的漂移（占比2%）。系数（0.98和0.02）可根据实际情况微调。卡尔曼滤波： 更优的随机系统状态估计器，效果更好，但参数复杂，计算量较大，是进阶选择。 <h3 style="line-height:1.8;">*6、BOM清单</h3> <hr> 请输入内容… <img src="//image.lceda.cn/pullimage/5dFTXSwTHMZWnFU87R7z79x0zI48pwI98OpGGTaQ.png" alt="5dFTXSwTHMZWnFU87R7z79x0zI48pwI98OpGGTaQ.png"> 注：项目涉及的BOM清单。在<a href="https://lceda.cn/editor" target="_blank">嘉立创EDA</a> 生成/上传设计文件后，BOM将自动生成至项目详情；建议包括型号、品牌、名称、封装、采购渠道、用途等内容。具体内容和形式应以表达清楚项目构成为准。 <h3 style="line-height:1.8;">*7、大赛LOGO验证</h3> <hr> 请上传包<img src="//image.lceda.cn/pullimage/qgC7JYcH40T2eyCfQndXigwAzoOu8CR7sAdNI6R6.jpeg" alt="qgC7JYcH40T2eyCfQndXigwAzoOu8CR7sAdNI6R6.jpeg">含大赛logo的项目图片，logo以丝印形式印刷在PCB上面。 点击zip下载大赛logo标识！ <a href="https://image.lceda.cn/easyedaResource/images/d1bbfd69f9404f56901a0e7b849b7245.rar" target="_blank">（大赛标识）.zip</a> <h3 style="line-height:1.8;">* 8、演示您的项目并录制成视频上传</h3> <hr> 视频要求：请横屏拍摄，分辨率不低于1280×720，格式Mp4/Mov，单个视频大小限100M内； 视频标题：立创电赛：{项目名称}-{视频模块名称}；如立创电赛：《自动驾驶》-团队介绍。 <a href="/posts/42551e8f2f2548cabc1c36626a42da94" target="_blank">前往查看更多详情＞</a> </div>