一、项目概述
以 STM32F103C8T6 为主控芯片，标准库与 HAL 库双版本开发，打造高性能两轮自平衡智能小车。融合姿态闭环平衡、自主循迹、智能避障、蓝牙远程操控四大核心功能，通过多传感器数据融合与高精度闭环控制算法，实现稳定自主运行与远程交互。
二、硬件平台
- 主控芯片：STM32F103C8T6（ARM Cortex-M3 内核，高性能低成本）
- 姿态传感器：MPU6050（六轴陀螺仪 + 加速度计，用于姿态解算）
- 执行机构：双路 520 直流减速电机，驱动小车运动与平衡
- 显示模块：0.96 寸 OLED 显示屏，实时显示姿态、运行模式、传感器数据
- 通信模块：蓝牙串口模块，实现手机 APP 远程无线操控
- 环境传感器：HC-SR04 超声波模块、五路红外循迹模块
- 保护机制：倒地检测、过流保护、扶正自启动硬件电路
三、核心技术与控制机制
姿态感知与解算 — 软件 I2C 读取 MPU6050 数据，卡尔曼滤波融合陀螺仪与加速度计，输出高精度实时姿态角。
三级闭环 PID 控制 — 直立环保证动态平衡，速度环实现匀速行驶，转向环完成精准转向，三者协同保障稳定运行。
智能感知控制 — 五路红外 + PD 闭环实现高精度循迹；HC-SR04 超声波实时检测障碍物触发自动避障；蓝牙与 OLED 提供交互与状态显示。
四、核心功能
- 自平衡控制：三环 PID 实现动态直立平衡，抗干扰能力强；
- 自主循迹：五路红外 + PD 控制，精准识别黑线轨迹稳定行驶；
- 智能避障：超声波实时测距，自动绕行障碍物；
- 蓝牙遥控：手机 APP 远程控制启停、转向、调速；
- 状态显示：OLED 实时输出姿态角、运行模式、传感器数据；
- 安全保护：倒地自动停机，扶正后快速恢复平衡；
- 高精度算法：卡尔曼滤波 + 三环 PID + PD 闭环，控制精度高；
- 双库兼容：同时支持标准库与 HAL 库，适配不同开发场景。
五、关键难点与解决方案
循迹精度低、行驶抖动 — 采用 PD 闭环控制算法，优化响应速度与循迹平滑度。
MPU6050 姿态解算零漂严重 — 卡尔曼滤波融合多传感器数据，有效抑制零漂，提升平衡稳定性。
多任务控制冲突 — 模块化任务调度，优先级分配核心控制任务，保证系统实时性。
六、应用场景
嵌入式运动控制教学实训、智能小车竞赛、科创 DIY 项目、自主移动机器人入门开发。