【基于单片机的多功能智能小车设计-毕业论文】随着物联网和人工智能技术的不断发展，智能小车在工业自动化、物流运输以及教育科研等领域得到了广泛应用。本文设计并实现了一款基于单片机的多功能智能小车系统。该系统以STM32系列单片机为核心控制器，结合多种传感器模块与执行机构，实现了小车的自动避障、路径识别、远程控制、数据采集等功能。通过合理的硬件电路设计和软件算法优化，提升了系统的稳定性和智能化水平。本课题不仅具有较强的实践意义，也为后续智能移动平台的研究提供了参考。

关键词： 单片机；智能小车；自动避障；路径识别；远程控制

一、引言

近年来，随着嵌入式技术和传感技术的快速发展，智能小车逐渐成为研究热点。其应用范围涵盖了从家庭服务到工业自动化等多个领域。传统的小车多为单一功能设备，难以满足现代智能化的需求。因此，开发一款具备多种功能、结构合理、运行稳定的智能小车具有重要的现实意义。

本设计以STM32F103C8T6单片机为控制核心，结合红外测距、超声波测距、摄像头图像识别等技术，构建一个集避障、循迹、远程控制、数据传输于一体的多功能智能小车系统。通过本课题的研究与实现，进一步加深对嵌入式系统开发的理解，并提升实际动手能力。

二、系统总体设计

2.1 系统组成

本系统主要包括以下几个部分：

- 主控单元：采用STM32F103C8T6单片机作为主控制器，负责整个系统的逻辑控制与数据处理。

- 驱动模块：使用L298N电机驱动芯片控制直流电机，实现小车的前进、后退、转向等基本动作。

- 感知模块：包括红外传感器、超声波传感器、摄像头等，用于环境信息的采集。

- 通信模块：采用蓝牙模块（如HC-05）实现与上位机或手机的无线通信。

- 电源模块：为各模块提供稳定的工作电压，确保系统正常运行。

2.2 系统工作原理

系统启动后，单片机初始化各模块，进入运行状态。小车根据环境传感器的数据进行判断，如检测到前方障碍物，则通过避障算法控制电机减速或停止；若处于路径识别模式，则利用摄像头或红外线传感器进行轨迹跟踪。同时，用户可通过蓝牙模块发送指令，实现远程操控小车的运动。

三、硬件设计

3.1 主控电路

选用STM32F103C8T6单片机，其具备丰富的外设接口和较高的处理能力，适用于复杂的控制任务。主控电路包括复位电路、时钟电路及I/O口扩展电路。

3.2 驱动电路

L298N是常用的双H桥电机驱动芯片，可同时驱动两个直流电机，支持正转、反转、刹车和调速功能。通过PWM信号控制电机转速，实现小车速度调节。

3.3 传感器电路

- 红外传感器：用于检测地面黑线，实现循迹功能。

- 超声波传感器：用于测量前方障碍物的距离，实现避障功能。

- 摄像头模块：采用OV7670图像传感器，配合图像处理算法，实现目标识别与路径判断。

3.4 通信模块

蓝牙模块HC-05通过串口与单片机连接，实现与手机或PC端的无线通信，用户可通过APP发送指令控制小车运行。

四、软件设计

4.1 程序流程图

程序主要分为初始化、主循环、中断处理等部分。主循环中不断读取传感器数据，判断当前状态，并执行相应的控制逻辑。

4.2 关键算法

- 避障算法：根据超声波传感器返回的距离值，判断是否需要调整方向或停止。

- 循迹算法：通过红外传感器检测黑线位置，计算偏差值，控制小车向中心线靠拢。

- 路径识别算法：结合摄像头图像处理技术，识别道路边界或特定标记。

4.3 通信协议

蓝牙通信采用AT指令方式配置，设定波特率为9600，数据格式为8N1。上位机通过串口发送指令，单片机接收并解析命令，控制小车动作。

五、系统测试与结果分析

在实验室环境下，对小车进行了多次测试，包括避障、循迹、远程控制等功能。测试结果显示：

- 小车能够准确识别障碍物并及时避让；

- 在直线和弯道路径下均能稳定循迹；

- 蓝牙通信响应迅速，控制延迟较小；

- 系统整体运行稳定，抗干扰能力强。

通过对测试数据的分析，验证了本设计的可行性与实用性。

六、结论与展望

本文设计并实现了一款基于单片机的多功能智能小车系统，具备避障、循迹、远程控制等多项功能。系统结构合理，运行稳定，具有一定的实用价值。

未来可进一步拓展以下方向：

- 引入AI图像识别算法，提升路径识别的准确性；

- 增加WiFi或4G通信模块，实现远程监控与数据上传；

- 接入GPS模块，实现定位与导航功能。

通过不断优化与改进，使该智能小车具备更广泛的应用前景。

参考文献：

[1] 李明, 张强. 基于STM32的智能小车控制系统设计[J]. 电子技术应用, 2020, 46(5): 45-48.

[2] 王伟. 嵌入式系统原理与应用[M]. 北京: 机械工业出版社, 2018.

[3] 刘洋. 智能小车避障算法研究[J]. 自动化技术与应用, 2019, 38(3): 12-15.

[4] 李晓东. 蓝牙通信在智能小车中的应用[J]. 电子设计工程, 2021, 29(2): 78-81.

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