请问一下如何去实现一种平衡自行车的设计呢

这一篇介绍平衡自行车的具体制作过程，包括机械、电路和代码。
正文
材料
机械
[tr]名称数量备注[/tr]

铜柱、铁丝、胶枪等基础材料和工具
自行车车架	1	自己做车架是很麻烦的，我直接买的车架，淘宝上搜“自行车 DIY 拼装”能搜到很多
舵机	1	转向用的，对于我用的 1:6 的车架，普通舵机有点大，我用的是 9g 舵机
N20电机	1	选扭力大一点的，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
[tr]名称数量备注[/tr]

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

动力部分
传动方式
我用的是皮带传送的方式，因此比较好实现
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。
转向部分
转向部分用一个舵机带动把手转动即可。
电路
在github工程里有详细的引脚连接表
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。
[tr]引脚功能[/tr]

PA9	下载TXD
PA10	下载RXD

GY521
这个模块通过 IIC 通信，只需要连接4根线。
[tr]引脚功能备注[/tr]

3.3v
GND
PB0	GY521 I2C SCL
PB1	GY521 I2C SDA	用的是IO，模拟IIC

电机
电机用 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。
代码结构
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
[tr]名称文件功能[/tr]

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会执行一次：
（1）读取传感器加速度和角速度信息；
（2）互补平衡滤波计算当前姿态；
（3）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。
[tr]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。[/tr]

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。