基于设计的一款 共轴麦轮平衡车

该设计巧妙结合了高性能硬件组件与高效的软件算法，旨在为爱好者及教育市场提供一个既经济又功能全面的平衡车解决方案。整个项目成本控制在300元以内，实现了性价比与可玩性的完美平衡。本设计以ESP32-WROOM为主控制器，集成了MPU6050陀螺仪进行姿态控制，并配备了OLED显示屏实时显示状态信息，以及四个电机编码器接口，确保精确的运动控制。如需参考具体设计请跳转参考工程https://oshwhub.com/yuyxz/coaxial-wheat-wheel-balance-car

一、项目背景与目标
随着科技的进步和DIY文化的兴起，个人移动设备如平衡车越来越受到人们的喜爱。然而，市面上大多数平衡车价格昂贵，且缺乏透明度，不便于爱好者学习与定制。本项目旨在打破这一局限，通过开源设计，提供一个低成本、高可定制性的平衡车方案，鼓励技术探索和创新实践。

二、硬件选型与设计
### 主控制器：ESP32-WROOM
ESP32-WROOM因其集成WiFi和蓝牙功能、强大的处理能力（双核32位处理器）以及丰富的GPIO资源，成为本设计的理想选择。它能够高效地处理传感器数据、电机控制及无线通信任务，为平衡车提供了坚实的控制核心。

### 传感器：MPU6050陀螺仪
MPU6050是一款性价比极高的6轴运动处理器，集成了三轴陀螺仪和三轴加速度计，是实现平衡控制的关键部件。通过I2C接口与ESP32连接，MPU6050能精确测量车辆的姿态变化，为平衡算法提供实时数据。

### 显示：OLED显示屏
为了提升用户体验并方便调试，设计中加入了OLED显示屏。它小巧轻便，能清晰显示电池电量、运行模式、速度等信息，使用户对车辆状态一目了然。

### 电机与编码器
平衡车采用四电机驱动，每个电机配备编码器，通过精确测量轮速，实现对车辆动态的精确控制。电机编码器接口直接与ESP32的GPIO相连，通过精确的PID算法调节电机输出，确保平衡稳定性和灵活的运动控制。使用二手的nidec电机极大的降低了电机的成本。注意：在购买轮子（我使用的是6MM联轴器，80MM直径的麦克纳姆轮）时，需询问商家电机的轴能否装进去。

三、软件设计与实现
软件部分主要包括传感器数据处理、电机控制算法、用户界面开发及无线通信功能。

1. **姿态控制算法**：基于MPU6050的数据，采用扩展卡尔曼滤波器（EKF）融合加速度计与陀螺仪数据，实现精确的姿态估计。在此基础上，应用PID控制算法，根据偏差调整电机输出，维持车身平衡。

2. **OLED显示界面**：使用UTFT库或类似的图形库，设计简洁直观的用户交互界面。显示内容包括但不限于车辆状态、模式切换选项及故障提示，增强用户体验。

3. **无线通信**：利用ESP32的Wi-Fi功能，开发手机APP或网页界面，实现远程监控、参数调整及固件升级等功能，为用户提供更多自定义空间。

四、成本控制与优化
通过精心选材与设计优化，整机成本被严格控制在300元以内。关键在于：
- 选用性价比高的组件，如ESP32-WROOM集多功能于一身，减少额外模块需求。
- 利用开源硬件与软件资源，减少研发成本。
- 精简设计，去除非必要功能，保持系统简洁高效。

五、结论
本设计通过整合ESP32的强大性能、MPU6050的精准感知、OLED的直观显示及高效电机编码器系统，成功打造出一款成本低廉、功能完备的共轴麦轮平衡车。此开源设计不仅为爱好者提供了一个学习电子、控制理论及编程的实践平台，也为教育机构提供了优质的教学工具，促进了技术知识的普及与创新。未来，我们期待社区能基于此设计进一步改进与创新，共同推动个人移动设备技术的发展。