摘要：自平衡车是一种操作简单，环保节能且易于携带的交通工具，适用于中短距离的载人移动。传统的交通工具大都依靠汽油或人力，不但出行成本较高而且不能够轻松携带。大型室内场合中无法使用大部分交通工具，而自平衡车具有占地面积小、运行安静稳定、易于携带的特点，克服了传统交通工具使用场地受限的缺点。

本次设计采用ATmega328为控制核心的Arduino UNO R3开发板作为处理主板，以两个带编码器的霍尔标准版电机作为小车移动装置，TB6612FNG电机驱动作为功率放大器件，实现小车换向功能。MPU6050芯片作为姿态传感器检测并采集姿态数据，得到小车真实的倾斜角度。经过测试在水平平稳的路面上，两轮自平衡小车运行稳定，反应速度灵敏，续航时间长。在倾斜坡度不大于15°和载重不超过18g的情况下仍能保持平衡，良好的完成了预期目标。

关键词：两轮自平衡车  PID算法  MPU6050姿态传感器  Arduino开发板

目录

摘要

Abstract

1-绪论-1

1.1研究的背景和意义-1

1.2研究现状-2

1.3本项目主要研究内容-4

1.4本章小结-4

2-方案设计与需求分析-5

2.1需求分析-5

2.2硬件实现方法论证-5

2.2.1电机驱动的选择-5

2.2.2姿态传感器的选择-6

2.3总体设计方案-7

2.4本章小结-8

3-自平衡原理-9

3.1物理模型受力原理-10

3.2姿态调整倾角算法原理-13

3.3本章小结-15

4-硬件设计-16

4.1系统硬件电路总体设计-16

4.2 Arduino开发板介绍-16

4.3电源模块-17

4.4电机驱动模块-18

4.5姿态传感器模块-19

4.6通信模块-20

4.7本章小结-21

5-软件设计-22

5.1系统软件的总体结构-22

5.2系统的初始化-23

5.3小车直立PD控制的软件设计-23

5.4小车速度PI控制的软件设计-25

5.5小车转向控制的软件设计-28

5.6 PWM寄存器赋值函数的软件设计-29

5.7本章小结-31

6-系统的调试-32

6.1 两轮自平衡小车直立环的调试-32

6.1.1 两轮自平衡小车的机械中值-32

6.1.2 kp值的极性与大小-32

6.1.3 kd值的极性与大小-34

6.1.4 kd值的大小-36

6.2 两轮自平衡小车速度环的调试-36

6.2.1 kp、ki值的极性-36

6.2.2 kp、ki值的大小-38

6.3本章小结-38

7-总结与展望-43

7.1总结-43

7.2展望-43

参考文献-44

附录-45

附录一 元件清单-45

附录二 原理图-46

附录三 程序-47

致谢-66