在本文将会介绍平衡自行车的具体制作过程，包括机械、电路和代码。
平衡自行车完整的代码托管在 https://github.com/nicekwell/balance_bike。

一、材料

机械

名称	数量	备注
铜柱、铁丝、胶枪等基础材料和工具
自行车架	1	自己做车架是很麻烦的，我是直接买的车架，淘宝上搜”自行车拼装 DIY”能搜到很多
舵机	1	转向用的，对于我用的1:6车架，普通舵机有点大，我用的是9g舵机
N20电机	1	选扭力大一点，这样转速会比较稳定
皮带轮和皮带		如上面的图片，我是用皮带来传输动力的

电路

名称	数量	备注
电池、电池盒
洞洞板
lm1117-3.3		降压芯片给控制系统供电
stm32f103c8t6核心板	1
gy521模块	1	加速度传感器 + 陀螺仪
升压模块	1	升到12v给电机供电，根据电机特性选择是否使用升压模块
8050三极管	2	驱动电机，由于自行车不需要反转，所以不需要使用电机驱动芯片，用三极管就能方便地实现。我用了两个三极管并联提高功率。
自锁开关	1	整个系统开关
led指示灯	1	配合1k限流电阻
蓝牙模块	1	可选，如果想要遥控的话就使用蓝牙

二、动力部分

传动方式

如图，我用的是皮带传送的方式，因为比较好实现。

电机选择

这个DIY是不考虑变速情况的，平衡的参数都是按照一个固定速度调的。
所以动力部分的作用就是提供一个恒定的速度，并且这个速度尽可能稳定，尽可能不受外部影响。
电机应选择扭力大一些、转速稳定的减速电机。

电机供电

电机是直接供电还是使用升压模块供电要根据电机特性，有些电机用升压模块可以提高功率，有些大电流电机用升压模块反而可能限制了电流。

我这里用升压模块升到12v给N20电机供电的。

另外，电机通过三极管受stm32控制，通过控制占空比也可以限制电机输出的功率。

三、转向部分

转向部分用一个舵机带动把手转动即可。

四、电路

在github工程里有详细的引脚连接表 https://github.com/nicekwell/balance_bike。

供电

用3.3v稳压芯片给整个控制系统供电，包括单片机、GY521模块、蓝牙模块。
用5v稳压芯片给舵机供电。
用12v升压模块给电机供电。

下载

我是用串口给stm32下载程序的。

引脚	功能	备注
PA9	下载TXD
PA10	下载RXD

GY521

这个模块通过i2c通信，只需要连接4根线。

引脚	功能	备注
3.3v
GND
PB0	GY521 I2C SCL
PB1	GY521 I2C SDA	用的是IO模拟i2c

电机

点击用12v升压模块供电，由于不需要反转，用三极管即可直接驱动，电路图如下：

加三极管的目的是为了可以通过调节PWM占空比来限制输出功率，但我的实际情况是100%输出时动力才勉强足够。所以如果你不需要限制电机输出功率，或者通过其他方式限制输出功率，也可以不要三极管，不通过单片机控制。

舵机

舵机是用5v供电的，而单片机是3.3v电平，对于pwm控制脚可以通过2个三极管实现同相的电平转换：

蓝牙模块

下图是我使用的蓝牙串口模块，可以实现串口透传，只需要4根线连接：vcc、gnd、txd、rxd。

蓝牙模块是用来调试和遥控的，没有它也能跑。建议还是加上这个模块，在调试PID擦数时会非常方便。
关于调试方面的内容可以参考我写的另一片文章：谈一谈单片机开发的几种调试方案

五、代码结构

代码提交在github https://github.com/nicekwell/balance_bike。

主要分为3个部分：1、基础的驱动程序，实现电机、舵机、gy521数据读取；2、平衡控制系统，核心是一个20ms定时器，每20ms进行一次数据采集、计算和响应；3、遥控和调试系统，实现log输出、接收遥控信息。

驱动

名称	文件	功能
i2c	i2c/i2c.c, include/i2c.h	IO 模拟i2c驱动，提供i2c基础操作
gy521	gy521/gy521.c, include/gy521.h	gy521模块驱动，基于i2c驱动，提供加速度和角速度的读取接口
motor	motor/motor.c, include/motor.h	电机驱动，提供占空比控制接口
angle	angle/angle.c, include/angle.h	舵机驱动，提供角度控制接口

平衡控制

main函数会初始化一个定时器20ms中断一次，调用 main/balance.c 里的 balance_tick 函数，平衡算法在 main/balance.c 实现。

每20ms到来会执行一次：

读取传感器加速度和角速度信息。
互补平衡滤波计算当前姿态。
用PID算法计算出前轮转角。

遥控和调试

两部分：状态输出和指令接收。

状态输出
在main函数的while循环里，利用串口中断构建一个简单的界面显示状态。

指令接收
串口接收到的数据会传给main/control.c，该文件分析串口数据，解释成相应的操作。主要是PID参数调节。

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平衡自行车-实践篇