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课程设计
题目基于PID控制的两轮平衡小车
学院XXXXX
专业班级XXXXXX
小组成员XXXX
指导教师XXXX
XX年XX月XXX
小组成员介绍及分工
小组成员信息
姓名学号
组长
组员
组员
组员
小组成员分工
代码编辑、花样寻迹等、辅助MATLAB建模以及视频拍摄
MATLAB建模及仿真，辅助代码调试、文本撰写
视频拍摄与制作，辅助代码调试
硬件连接、文本撰写，辅助MATLAB建模
目录
机电系统实践与实验设计1
一、研究背景与意义2
二、平衡原理2
2.1平衡车的机械结构2
2.2自平衡车倾倒原因的受力分析3
2.3平衡的方法3
三、两轮平衡小车总体设计4
3.1整体构思4
3.2姿态检测系统4
3.3控制算法5
四、matlab建模及仿真6
4.1机械模型建模及仿真（Matlab_simulink）6
4.2联合控制器仿真（理想状态PID）8
五、硬件电路设计9
5.1、硬件电路整体框架9
5.2、系统运作流程介绍10
5.3、硬件电路模块10
5.31电源供电部分10
5.32主控制器部分:10
5.33传感器部分;11
5.34驱动电路部分11
5.35蓝牙控制模块12
5.36超声波检测模块13
5.37寻迹模块13
六、软件控制模块14
6.1系统软件设计结构14
6.2整体初始化过程14
6.3程序设计15
6.31PID-三个参数的调整15
6.32OLED显示信息16
6.33PID-采集信息16
6.34PID-数据计算17
6.35PID-结果输出18
6.36超声波避障18
6.37蓝牙控制18
6.38寻迹实现19
七、总结19
附录21
摘要两轮自平衡车结合了两轮同轴、独立驱动、悬架结构的自平
：
衡原理，是一种在微处理器控制下始终保持平衡的集智能化与娱乐
性于一体的新型代步工具。整车由底盘、动力装置、控制装置和转
向装置组成。机械结构采用了双轮双马达驱动；控制主要采用的是
反馈调节，为了使车体更好的平衡，使用了PID调节方式；硬件上采
用陀螺仪GY521MPU-6050来采集车体的旋转角度以及旋转角加速
度，采用加速度传感器来间接测量车体旋转角度，同时，加入超声
波检测模块，使小车能够自动完成避障功能；通过在两轮平衡车上
加入两个寻迹模块（光电传感器）来识别场地上的黑白线，使得两
轮自平衡车能够沿着黑线进行寻迹完成循迹功能。采用意法半导体
ST公司的低功耗控制器芯片stm32作为主控，采集上述传感器信息进
行滤波、分析等操作后通过改变控制参数来控制马达的驱动，达到
反馈调节的闭环，实现小车的自动平衡。在设计调试完成之后，自
平衡小车能自由运动，在适度的干扰情况下仍然能
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