自平衡小车原理、硬件设计及源代码.zip

简介：
本资源详细介绍了一款自平衡小车的工作原理、硬件设计方案以及配套的源代码。通过理论与实践相结合的方式，帮助学习者深入理解自平衡系统的构建流程和技术要点。适合机器人爱好者和工程学生研究使用。 自平衡小车的原理是通过自身动力保持相对稳定的状态，并且是一个动态的过程。这种控制主要依赖于两个直流电机驱动的小车轮子进行。 对这样的系统可以分解为三个任务：1. 保证小车直立平衡；2. 控制速度使小车载着用户前后移动；3. 调整方向，实现转弯操作。这三个任务相互关联，其中确保车辆保持平衡是核心问题，需要尽可能平稳地控制其他两个方面。 硬件设计主要由三部分组成：主控板、姿态获取装置和电机驱动电路。常用的主控板为Arduino UNO或兼容型号；姿态信息可以通过加速度计与陀螺仪组合获得，并且为了简化传感器电路，可以使用MPU6050集成芯片来同时提供三个轴的加速度测量以及一个单轴角速率数据。 小车的动力来自于两个直流电机。考虑到反向电动势可能对其他电子设备造成干扰的问题，在设计驱动器时选择了L298P作为电机控制器，它能有效支持双电机的同时运作，并且最大输出电流为2.5A。 在软件方面，首先需要根据实际需求设置MPU6050的量程。姿态获取通过融合加速度计和陀螺仪的数据来实现更精确的角度测量，使用卡尔曼滤波算法可以优化角度数据处理过程，最终获得准确的小车倾斜角信息；此外还可以采用互补滤波方法。 对于小车的姿态调整，则需要进行PID参数整定工作。具体而言是基于小车位移偏差及速度反馈来进行控制信号的生成，并通过不断试验来确定合适的比例（P）、积分（I）和微分（D）系数，以实现对电机PWM输出的有效调节，从而达到稳定自平衡的目的。 整个设计过程中涉及到传感器数据融合、卡尔曼滤波算法应用以及PID控制器参数优化等多个技术环节。