基于STM32的智能平衡車控制系統設計

郭宗昊 張奔 霍建振

臨沂大學自動化與電氣工程學院 山東臨沂 276000

近年來，伴隨我國科學技術的快速發展，當前各種智能機器化設備也在不斷地被應用到人們的日常生活之中去。而智能平衡車作為機器智能化進入民眾日常生活的一個重要表現，這種平衡車以兩輪容易操作且體積較小而受到人們的廣泛喜愛。因此，文章結合了有關智能機器設備的具體設計原理，對自主識別道路兩輪平衡車的設計系統進行了控制系統方面的研究，對平衡車的硬件電路等方面進行了一個更為詳細全面的開發[1]。

1 關于智能平衡車的系統硬件結構設計思路

一般來說，大多數類型的智能平衡車都主要是由微控制器、穩壓電源、電機驅動、測速模塊賽道信息采集和人機交互等各種模塊組成。平衡車的單片機在對某些算法進行處理之后能夠輸出有關平衡車兩輪電機的pwm信號，這樣才能夠真正的完成平衡車自身的系統循跡和速度加減等。關于智能平衡車系統硬件結構的具體設計流程都表現在了以下圖中：

圖1

首先，根據該圖我們可以看到關于STM32自動平衡車的穩壓電源模塊。電源作為一個自動化智能設備在運轉過程之中必不可少的模塊，是否能夠有穩定的電源提供來源對于自動化智能設備來說有著十分關鍵的作用。一般來說，在對自動平衡車的系統進行設計時，有關設計工作人員都會事先對自動平衡車的具體情況進行掌握，從而設計出能夠符合平衡車運轉的穩定電源系統，也只有這樣才能夠真正的從電路上來避免各模塊之間由于電源不同而引發的一系列故障產生。根據該類型自動平衡車電源提供的現實情況來看，大部分STM32智能平衡車的控制系統所選用穩定電源來源都是以五伏電壓提供為主的，而智能平衡車系統內部的單片機則是以3.3伏電壓來進行供電。

其次，關于智能平衡車的角度測量模塊這一方面，它主要是通過對陀螺儀和傳感器的使用來實現智能平衡車的角度精確測量。當前所使用的角度傳感器是以mma7260為主的傳感器，該類型加速度傳感器主要是通過對重力分量原理的具體應用，來設計出一個具有低耗能高靈敏度的傳感器。同時，由于智能平衡車應用了這種具有高靈敏性的傳感器，它也使得平衡車在運轉的過程之中能夠同時輸出有關于xyz三個方向的數值，從而能夠更更加精準地對平衡車的運動姿態和方向進行測量。智能平衡車的角度測量還需要使用到關于角速度的陀螺儀。一般來說，智能平衡車主要是通過對模擬電壓信號與角速度之間的關系原理進行利用，來實現角速度對時間值的積分的具體轉換。而且由于模擬電壓信號與角速度之間存在著正比的關系，角速度的時間積分可以通過計算與轉換來得到智能平衡車靈敏軸旋轉過的角度值，也就是能夠輕而易舉的將智能平衡車的傾角進行計算。因此，這也就能夠讓智能平衡車具備體積小、重量輕、運轉靈敏的特性。

最后，是關于智能平衡車的賽道采集模塊。智能平衡車的賽道信息采集主要是通過對中央處理單元的具體使用來實現，其他控制系統將所收集到的信息反映給中央處理單元，中央處理單元再對所獲得的信息進行加工和處理分析，從而實現對賽道模塊數據的集中處理[2]。

2 關于智能平衡車的軟件控制系統設計內容

在智能平衡車的軟件控制系統設計內容之中，圖像外部信息的采集主要是通過對內部處理中斷來具體完成，而且在智能平衡車軟件控制系統的圖像采集這一部分要比其他處中斷等內容高級很多。在智能平衡車的控制系統內部設有一個一毫米的定時器中斷服務程序，該中斷服務程序需要對智能平衡車的電機轉速讀取、傳感信號的采集、小車直立控制和小車速度控制等完成數據的分析和輸出。而且在這一過程之中，智能平衡車的終端服務程序還會對這些開展一個計數工作，利用智能平衡車全局變量的計數，對智能平衡車控制系統各個子模塊進行順序方面的執行。

一般來說，智能平衡車的軟件系統需要首先完成初始化工作。在這一項工作內容之中，他需要對pw通道、Adc通道等具體工作內容進行設計。其次，在智能平衡車的初始化工作完成之后，軟件系統需要對人機交互模塊的參數信息進行讀取，比如說像智能平衡車的撥碼開關工作和上位機傳回數據等均需要軟件系統對該參數的讀取來具體實現。在這之后，智能平衡車的三級中斷會按照先后順序進行優先分級，使得智能平衡車的各項任務能夠實現交替完成。最后才能夠進入到dma中斷服務系統之中對圖像是否采集完畢進行判斷，使得各個仔模塊的任務能夠實現有序不紊的完成[3]。

3 結語

綜上所述，以STM32為控制核心的智能平衡車的控制系統的設計相對來說要較為全面一些。它主要涉及到了要對系統內部傳感器的信號收集、對自動平衡控制的PID參數進行整定、對賽道信息信號的圖像進行提取和對道路圖像進行識別等。由此可見，智能平衡車的研發與使用相對來說要更加便捷一些，它是科技發展下的一個新型智能化產物，它的控制系統的應用也是科學技術創新研發的一個代表。