STM32F103C8T6与TB6612FNG驱动TT马达实现平衡小车
1. 低成本平衡小车硬件选型指南
做平衡小车最让人头疼的就是成本控制，尤其是学生党或者刚入门的爱好者。我当年第一次做平衡小车的时候，光电机就花了好几百，结果发现根本没必要。后来摸索出一套性价比超高的方案，核心就是STM32F103C8T6（俗称"蓝莓派"）和TB6612FNG这对黄金搭档。
先说主控芯片，STM32F103C8T6这颗芯片简直是学生党的福音。价格只要十几块钱，但性能完全够用。它有3个通用定时器，每个都能输出4路PWM，这意味着我们可以轻松控制两个电机的正反转和速度。我实测过，在72MHz主频下跑PID算法完全无压力，响应速度能达到毫秒级。
电机驱动模块我强烈推荐TB6612FNG，比常用的L298N强太多了。这货最大能输出1.2A的连续电流（峰值3.2A），驱动TT马达绰绰有余。关键是效率高，工作时基本不发热，不像L298N动不动就烫手。价格也很亲民，某宝上模块化的成品也就二十来块。
TT马达的选择有讲究，建议选6V减速电机。普通3V的扭矩太小，根本撑不起小车重量。我试过几种规格，最终锁定的是6V/200转的减速电机，配合65mm橡胶轮，平衡效果最好。注意要买双轴输出的版本，方便安装编码器（虽然我们这个方案暂时不用）。
2. 电路连接实战图解
拿到元器件后，第一步就是正确接线。这里我整理了一张超详细的接线表，照着接绝对不会错：
| STM32引脚 | TB6612FNG引脚 | 功能说明 |
|---|---|---|
| PA6 | PWMA | 电机A PWM信号 |
| PA7 | AIN2 | 电机A方向控制 |
| PB0 | AIN1 | 电机A方向控制 |
| PB1 | BIN1 | 电机B方向控制 |
| PB6 | PWMB | 电机B PWM信号 |
| PB7 | BIN2 | 电机B方向控制 |
| 3.3V | STBY | 使能端保持高电平 |
| GND | GND | 共地连接 |
特别注意，TB6612FNG的VM（电机电源）要单独供电，千万别和单片机的3.3V混用！我建议用两节18650锂电池串联供电，电压刚好在7.4V左右，经过驱动芯片内部稳压后，正好适合6V的TT马达。
MPU6050的接线更简单，只需要四根线：
- SCL接PB8
- SDA接PB9
- VCC接3.3V
- GND共地
第一次通电前一定要用万用表检查所有连接，特别是电源正负极不能接反。我当年就因为一个杜邦线接触不良，调试了一整天找不到问题所在。
3. PWM控制与电机驱动原理
要让小车动起来，PWM控制是核心。STM32的定时器配置其实没那么复杂，我用的是TIM3和TIM4这两个通用定时器。具体配置代码如下：
void PWM_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; // 开启时钟 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // 配置PA6为复用推挽输出 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); // 定时器基础设置 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 999; // 自动重装载值 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 71; // 72MHz/(71+1)=1MHz TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); // PWM模式配置 TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0; // 初始占空比0 TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure); TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); TIM_CtrlPWMOutputs(TIM3, ENABLE); }这段代码设置了1kHz的PWM频率，实测这个频率下电机运行最平稳，没有啸叫声。占空比调节范围0-1000对应0-100%的输出功率。
TB6612FNG的方向控制逻辑很有意思：
- AIN1=1, AIN2=0 → 正转
- AIN1=0, AIN2=1 → 反转
- AIN1=AIN2 → 刹车
实际调试时发现，TT马达在PWM占空比低于30%时可能无法启动，这是正常现象。解决方法是在代码里设置一个死区，当目标速度小于阈值时直接输出0。
4. 姿态传感器数据处理技巧
MPU6050的数据处理是平衡小车的灵魂。原始数据直接读出来根本没法用，需要经过三重处理：
- 卡尔曼滤波：这个算法听起来高大上，其实用现成的库就行。我推荐使用SimpleKalmanFilter这个轻量级库，在STM32上跑毫无压力。
SimpleKalmanFilter pitch_filter(0.1, 0.1, 0.01); float pitch = pitch_filter.updateEstimate(raw_pitch);- 互补滤波：作为卡尔曼滤波的补充，可以这样实现：
float dt = 0.01; // 10ms采样周期 float a = 0.98; // 加速度计权重 angle = a * (angle + gyro * dt) + (1-a) * accel;- 数据校准：上电后先静止2秒自动校准零偏。我写了个自动校准函数：
void calibrateMPU6050() { float gyro_sum = 0; for(int i=0; i<200; i++){ gyro_sum += getGyroY(); delay(10); } gyro_offset = gyro_sum / 200; }实测发现，MPU6050的温度漂移很严重，建议每隔半小时重新校准一次。有个小技巧：把传感器用泡沫胶固定在电路板上，既能减震又能保温。
5. PID控制算法实战调参
PID参数调节是平衡小车最难的部分，但掌握方法后其实很简单。先理解三个参数的作用：
- P（比例）：好比用手扶自行车把，倾斜角度越大，你用的力越大
- I（积分）：解决长期偏差，比如地面不平导致的持续倾斜
- D（微分）：抑制震荡，相当于"预见"小车要倒的速度
我的调参步骤是这样的：
- 先把I和D设为0，逐渐增大P直到小车能勉强立住但剧烈震荡
- 加入D参数，从小值开始增加直到震荡明显减弱
- 最后加入I参数，解决小车慢慢倒向一边的问题
具体参数范围参考：
- P: 20-40
- I: 0.1-0.5
- D: 1-5
这里有个重要技巧：变参数PID。当倾斜角度大于30度时，自动增大P值，这样小车倒下前会"拼命"自救：
if(abs(angle)>30){ P = default_P * 2; } else { P = default_P; }6. 电源管理与低功耗优化
平衡小车最烦人的就是电池续航问题。我的方案做了以下优化：
- 使用TPS63020升降压芯片，效率高达95%
- 电机PWM频率设为1kHz（高于人耳听觉范围）
- 加入休眠模式：当倾斜超过45度持续3秒自动断电
实测两节18650可以连续工作4小时以上。电源部分电路特别要注意：
- 电机电源必须加1000uF以上的电容
- 单片机电源要加0.1uF去耦电容
- 所有电源线尽量短而粗
7. 常见问题排查指南
调试过程中我踩过不少坑，这里总结几个典型问题：
问题1：小车往一边偏
- 检查MPU6050安装是否水平
- 测量两个电机空载转速是否一致
- 尝试交换电机接线排除硬件问题
问题2：站立时高频抖动
- 降低P值，增加D值
- 检查PWM频率是否在1kHz左右
- 确认电池电压充足（低于6V会影响性能）
问题3：响应迟钝
- 检查主循环执行周期是否在10ms以内
- 降低卡尔曼滤波的计算量
- 尝试减少MPU6050的采样间隔
最后分享一个实用技巧：用蓝牙模块（如HC-05）实时传输调试数据，配合手机APP可以边观察边调参，效率提升十倍不止。