方案一:采用光电接近传感器。优点：学生负担得起，线性良好，使得数据的采 集和处理分析更为容易。缺点：拥有物理学上的局限性，即光的反射随着材料不同 的反射面，反射的角度也不同，因此稳定性得不到很好的控制。

方案二：采用水银开关。优点：性价比高，采购容易，且便于上手。缺点：只 有开和关两个输出量，不适合精确调整。稳定性也不是很好，容易受到震动干扰， 在噪音和高速条件下很难发挥作用。

方案三:采用 MPU6050 陀螺加速器，优点：集成了三轴陀螺仪、三轴加速器， 另外，MPU6050，向应用端输出完整的 9 轴融合演算技术，小车的姿态信息在资料 库中可以详细的查询到，对运动感测的复杂数据进行处理，没有了这些复杂的工作， 系统的负荷也随之降低降。

根据实验需求，选择输出精度高，做到高精度控制的传感器，这样有利于小车 的平衡，所以选择方案三。

2。3 电机选择方案

方案一：步进电机。步进电机拥有大范围的调速选择，可选用简单的开环控制 方式，而且选择角度正比于脉冲；另外，步进电机还有很大的转矩输出；启动制动 性能也很优秀；误差小，不会累积，控制精度比较高。然而步进电机拥有固定的步 距角，导致分辨率缺乏敏捷性，同时进行步进驱动时很大几率造成车体震荡，不利 于小车的稳定。虽然现在可以用细分驱动的方式弥补以上劣势，但是由于时间和经 验的不足，无法完成复杂的细分驱动电路，而且功耗也很大，不适合用在普通的电 池组供电系统上。文献综述

方案二：直流无刷电机。直流无刷电机具有良好的机械特性、可以调速的范围 也大大增加，另外，直流无刷电机将电刷和换向器去掉，电机更加耐用，可靠性也 很好。然而和步进电机相似的是，无刷电机的驱动电路也很复杂，而且在本设计中 两轮自平衡小车在实验研究阶段，车身比较小，市场上采购到型号合适的直流无刷 电机成本较高。

方案三：直流有刷电机。两轮自平衡小车对平衡性、快速性等要求很高，而直 流有刷电机拥有机械特性硬，响应速度快，调速范围广等特点，满足两轮自平衡小 设计的要求，然而与无刷直流电机相比，有了电刷和换向器的存在，摩擦损耗增加 会降低电机的使用时间，电磁干扰对电机也有影响。但是由于本设计负载较轻，换 向器和电刷的损耗较低。小车的外形结构采用多层机械结构，电机驱动电路与其他 电路采用光电隔离，有效降低电磁干扰。

根据以上所述，此次设计使用两个 12V 带有直流减速齿轮的直流有刷电机来驱 动两轮自平衡小车，选择方案二。

2。4 电机驱动模块

方案一：采用 L298N 电机驱动模块，这种调速方式有很多优点：调速范围大、 调速性能好、频繁地冲击对其影响很小。另外，能耗低，功率大，还可以实现频繁 地急速启动和正反转。

方案二：选择 TB6612FNG 电机驱动模块，它拥可以同时驱动两个电机。电机 的电源接口带有反接保护电路。相对于传统的 L298N 效率上提高很多，体积也大幅 度减少。

方案三:采用继电器调节电动机的开关，通过不断切换开关达到对小车速度控制 的目的。但是使用电阻网络，小车速度调节起来不够平滑，只能实现有级调速，而 高成本的数字电阻器件让我们学生难以负担。最难得问题在于我们所用的电动机分 压的话不仅降低效率，而且操作起来很困难。

由于小车体积小，所安装的模块比较多，而且小车的稳定性很重要，所以选择 用方案二。