前言
我花165元，做了个智能两轮平衡车！
我彻底压榨了STM32F401的性能，实现了：
用165的超低成本
做出产品级平衡车底盘才有的
稳定感与安全感
下面就介绍一下它的功能+设计方案+调试说明
一、功能&亮点
1、核心控制功能
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自平衡站立：基于MPU6052C六轴姿态传感器与串级PID控制算法实现，静态晃动小，抗干扰能力强，轻碰撞不倾倒
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运动控制：支持前进、后退、原地转向及速度连续调节
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三档速度调节：通过手柄按键切换低速/中速/高速三档，适应不同场景（室内调试、户外行驶、快速机动）
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自动校准：首次上电自动执行角度校准20秒，校准数据永久存入Flash，后续开机免等待。长按开关机键10秒可清除校准数据，下次开机重新校准，长按3秒开关机，短按紧急制动停车
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遥控交互功能：兼容标准USB HID协议游戏手柄（如Xbox风格手柄）；手柄连接断开后自动清零指令，速度降为零，并维持平衡
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免调参设计：参数预设即完美，用户无需调整PID参数即可稳定运行
2、安全保障功能
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轻异常告警（LED+蜂鸣器提醒）
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中异常降速（逐步降低输出）
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重异常停机（切断电机输出）
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倾斜角度超过±30°且持续1秒时，自动停机防止侧翻
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电池电压低于6.4V时触发三级保护
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检测到车轮空转（转速>450RPM 且 角度<30° 持续1秒）时自动停止电机输出，防止飞车
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MPU6052C通信异常自动进入安全停机模式。
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二次启动保护：停机后必须检测到一次角度超限事件，才允许再次启动，防止误触发重复启动
3 、应用场景
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高校教学实验：作为控制理论、嵌入式系统、传感器应用的综合性实验平台，覆盖串级PID控制、姿态解算、电机驱动、通信协议等知识点
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创新实践与竞赛：适合电子设计大赛、机器人竞赛、创新项目等，可快速搭建、稳定可靠
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可轻松复刻：物料易得、成本低廉，学生与爱好者可轻松复刻
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二次开发平台：预留UART、SPI等扩展接口，可加装超声波避障、OLED显示、蓝牙通信、AI摄像头等模块
二、硬件设计
如图，系统采用分层模块化架构，硬件层面划分为上下两级功能板：
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上层：电池充电板——负责外部能量输入、锂电池充放电管理、过流保护及车身照明配电。该板作为整车能量枢纽，向下级主控板提供+8.4V电源。
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下层：平衡车主控板——作为系统计算与控制核心，承担姿态解算、平衡控制算法执行、电机驱动、状态监测及外部通信等功能。
两板之间通过主电源母线与信号线束互联，形成从能量获取到运动执行的完整闭环。
1 、设计图
原理图1
原理图2
PCB图
原理图
PCB图
原理图
PCB图
实物图
2 、硬件参数
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主控：STM32F401RET6，运行FreeRTOS系统、解算车身姿态并执行串级PID自平衡控制算法。
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DC-DC电源芯片：SY8120B1ABC，将8.4V的锂电池母线电压高效降压至5V，为电机栅极驱动器、蜂鸣器等大功率外设模块供电。
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线性稳压器(LDO)：RT9013-33GB，提供高精度的3.3V稳压输出，专门为主控MCU、姿态传感器及数字电路提供纯净的电源。
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线对板针座：ZX-MX1.25-5PLT，作为紧凑型的线束插座，用于主控板与磁性编码器板、LED灯带等外部模块之间的信号安全互联。
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蜂鸣器：MLT-7525，用作系统的声学提示器，通过不同的音效实时反馈开机、关机、低电量告警及姿态超限等状态。
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轻触开关：SKRPACE010，配合零功耗电路实现长按开关机、短按紧急制动以及长按10秒清除校准数据的功能。
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MOSFET：BSC0702LS，作为大功率开关管，多颗组合构成H桥驱动电路，直接控制电机的正反转与转速。
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栅极驱动芯片：EG2133，负责将主控MCU输出的弱电PWM信号进行功率放大，从而精准、高速地驱动BSC0702LS功率管工作。
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开关二极管：1N4148W，在电机驱动电路中主要用于自举升压供电或信号的隔离与保护。
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电流感应放大器：INA181A1IDBVR，实时采样和放大电机的运行电流数据，为主控芯片提供过流保护判定与力矩闭环控制的数据支撑。
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磁性角度传感器：TLE5012BE1000，搭载在磁性编码器板上，通过感应电机尾部的径向磁铁，精准测量车轮的绝对旋转角度与实时转速。
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电池管理：IP2326，作为电源板的核心，负责两节18650锂电池的串联升压充电管理、电芯均衡以及过充过放等多重安全保护。
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USB连接器：TYPE-C 16PIN 2MD(073)，作为整车的外部供电输入接口，用于连接标准的USB-C充电线为车载锂电池组进行充电。
3、仿真调试技巧
我自己开发了一款基于html5的两轮平衡车的仿真调试器，以倒立摆为物理模型，融合角度环与速度环双闭环PID控制策略。
它能做这些事：
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支持实时调节车身质量、重心高度、阻尼系数等物理参数
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可在线修改PID系数、积分限幅和输出限幅
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通过六组实时曲线和动态侧视图，用户可实时监测角度、速度、位移及PID分量变化
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可注入扰动、设定目标速度
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可测试控制系统的鲁棒性与抗干扰能力
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…
这个仿真调试器能利用 GM CommsDebug 的串口示波功能，在平衡车运行过程中实时抓取并绘制数据曲线，瞬时反馈控制效果，让实物调试从“盲调”迈向可视化精准调校。
还是很有助于提高调试精度，降低试错次数的~
总成本约：165 元（不含邮费）
注意：有些物料价格不稳定，这是我采购时的成本
项目已经开源了！包含：
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硬件部分：电池充电板、主控板、磁性编码器板的原理图与 PCB 源文件（立创 EDA 专业版）。
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固件部分：基于 FreeRTOS 系统的全部核心控制源码（在 GitHub 的 GM_BalanceCar 仓库中）
怎么样？你喜欢这个项目吗？你会想复刻吗？
如果你想给作者点赞or深入学习，欢迎前往开源网址~
