摘要:自平衡小车的发展，极大的满足了人们快捷，轻便的出行愿望，同时他还能为一些危险品提供运输，进行人力所难胜任的工作。自平衡车控制系统作为一个集控制器编程，传感信号检测，体感检测于一体的综合控制系统，在现代社会中，在民用以及科研方面得到了越来越广泛的应用和开发，而对平衡车控制系统的研究，有助于提高平衡车的工作安全性，稳定性，以及准确性。

本次设计的主要是研究基于单片机的平衡车控制系统，两轮自平衡小车要实现自身的平衡，首先要进行运动学分析，建立平衡车系统的数学模型，确定控制模型，然后进行硬件设计，主要是考虑需要哪些传感器来测量各种信息，主要测量的量包括自身的姿态，例如，倾角、倾角速度小车姿态，速度等，接着传感器检测到的信号，需要1个数字处理中心来接收处理，才能成为有用的信息。因此还需要选择一个嵌入式的处理器，本次设计采用了STC单片机作为主控，来收集主要来自MPU6050等的传输信息。单片机将信息计算完成之后，输出到电机控制芯片，通过电机驱动芯片来完成驱动，控制电机转速转向，由此来达到小车自身的平衡。 

此次设计要实现以动力学为理论基础，在确定控制方案之后，通过Matlab仿真平台来确定控制方法的可行性，在此基础上完成硬件软件的设计，实现小车的自平衡。

关键词：自平衡，姿态检测，传感器，单片机

目  录

摘  要

ABSTRACT

第一章 绪论-1

1.1 研究意义及背景-1

1.2 国内外研究现状-1

第二章 基础设计分析-3

2.1 机械构建-3

2.2 数学建模-4

2.2.1 平衡小车受力分析-4

2.2.1 运动学分析-4

2.3 控制原理分析-6

第三章 系统硬件及电路设计-8

3.1 硬件总体框图-8

3.2 主控模块-8

3.3 供电电源模块-9

3.4 姿态检测模块-10

3.5 电机驱动模块-12

3.6 速度检测模块-14

第四章 软件设计-15

4.1 软件设计总体框图-15

4.2 单片机资源的配置-16

4.2.1 定时器/计数器设置-16

4.2.2  PWM输出-17

4.3 姿态检测系统的软件设计-19

4.4 控制算法的设计-21

4.4.1 倾角输出PID控制算法-21

4.4.2 速度PID控制算法-21

4.4.3卡尔曼滤波-22

4.5 仿真-23

第五章 系统调试-26

第六章 总结与分析-27

6.1 毕业设计总结-27

6.2 可行性分析-27

6.2.1 经济性分析-28

6.2.2 安全性分析-28

6.2.3 环境影响分析-29

参考文献-30

致谢-31

附录