文章目录
- 20 个相关毕业设计备选题目
- 项目研究背景
- 摘要
- 总体方案
- 核心功能
- 一、核心自主行驶功能
- 二、人机交互与模式管理功能
- 三、辅助控制功能
- 技术路线
- 项目演示
- 关于我们
- 项目案例
- 源码获取
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20 个相关毕业设计备选题目
- 基于 STM32 的循迹避障智能小车设计与实现
- 基于 STM32 的多功能红外遥控智能小车系统设计
- 搭载超声波雷达的 STM32 循迹小车控制系统设计
- 基于 PID 调速的 STM32 循迹避障智能小车开发
- 具备电压监测功能的 STM32 自主导航小车设计
- 基于 TCRT5000 传感器的 STM32 黑线循迹小车研究
- 融合红外遥控与超声探测的 STM32 智能小车设计
- 基于差速转向算法的 STM32 多功能智能小车实现
- 带有显示屏人机交互的 STM32 循迹避障小车系统
- 基于 SG90 舵机雷达的 STM32 环境探测小车设计
- 双通道电机 PID 控制 STM32 智能小车开发与调试
- 多模式切换 STM32 循迹避障智能小车控制系统设计
- 线性查表算法优化的 STM32 黑线循迹小车设计
- 集成电压检测与声光报警的 STM32 智能小车实现
- 基于 HC-SR04 的 STM32 自主避障智能小车研究
- 手动遥控与自主模式兼容的 STM32 智能小车设计
- TB6612 驱动下 STM32 多功能导航小车系统开发
- 多传感器融合 STM32 循迹避障小车的算法设计
- 具备实时数据可视化的 STM32 智能小车设计
- 自主循迹障碍物预警 STM32 智能小车设计与实现
项目研究背景
随着嵌入式技术与传感器技术持续发展，智能小车作为移动机器人的典型研究载体，广泛应用于厂区巡检、室内物流、教学实验、赛道竞赛等场景。当前市面上简易智能小车普遍存在功能单一问题，多数设备仅支持单一循迹或者单一避障功能，缺少多工作模式切换能力；循迹识别算法简单，黑线识别容错率较低；电机控制大多采用固定占空比输出，缺少闭环调速控制，小车行驶稳定性较差。同时大量基础小车方案缺少电池电压监测、实时运行数据显示、远程手动遥控等实用功能，人机交互能力薄弱，无法灵活切换自主运行与人工操控模式。结合嵌入式移动机器人轻量化应用需求，依托 STM32 微控制器搭建集成多种传感器的智能小车平台，融合黑线循迹、超声波障碍探测、电压采集、红外遥控等功能，引入 PID 调速、差速转向、线性查表循迹优化算法，实现多模式智能行驶。该课题研究可以有效解决传统小车功能碎片化、控制精度不足的痛点，同时为本科生嵌入式开发、多传感器数据融合、运动控制算法学习提供良好实践平台，具备较高学习价值与实践落地意义。
摘要
本文设计一款以 STM32F103RCT6 微控制器为核心的多功能智能小车控制系统。系统采用 TCRT5000 五路红外传感器完成黑线循迹，使用线性查表算法提升循迹识别准确率；搭载 HC-SR04 超声波模块配合 SG90 舵机构建超声雷达实现障碍物探测；利用 TB6612 驱动编码器电机，采用双通道 PID 控制与差速转向算法实现小车速度与转向精准调控。系统支持循迹、自主避障两种自动工作模式，集成电池电压检测、OLED 实时数据显示、红外遥控手动控制功能，配备按键完成页面切换与参数调节，检测到障碍物时触发蜂鸣器报警。测试结果表明，该小车能够稳定完成黑线自主循迹、障碍物主动预警与自主避让，支持自动模式与手动遥控灵活切换，系统结构简洁、运行稳定，可满足嵌入式移动机器人教学实验与小型场景自主移动需求。
总体方案
主控硬件：STM32F103RCT6 单片机
作用：整个小车系统的运算核心，负责采集各类传感器信号、运行控制算法、输出电机驱动信号、处理按键与红外遥控指令、驱动显示屏输出数据。选型理由：该型号资源充足，具备多路 ADC、定时器、外部中断接口，能够同时接入编码器、红外传感器、超声波模块，生态资料丰富，十分适合本科生嵌入式项目开发。
循迹传感器：TCRT5000 五路红外循迹模块
作用：采集地面黑线与白色区域的反射模拟信号，为主控提供路径识别原始数据。选型理由：成本低廉，响应速度快，模拟输出信号便于主控执行线性查表算法，五路布局可以大幅提升循迹容错能力。
测距模块：HC-SR04 超声波传感器 + SG90 舵机
作用：舵机带动超声波传感器左右转动，构成简易雷达系统，检测小车前方不同方位障碍物距离。选型理由：HC-SR04 测距实现简单；SG90 微型舵机控制便捷，能够实现角度可调扫描，搭建低成本环境探测单元。
电机驱动与动力单元：TB6612 电机驱动模块、1:48 减速编码器直流电机
作用：TB6612 接收主控 PWM 信号驱动两台直流电机；编码器实时反馈电机转速，实现闭环速度采集。选型理由：TB6612 相比 L298N 发热更低，支持双通道独立控制；减速编码器电机扭矩充足，编码器信号可用于 PID 闭环调速。
人机交互硬件：独立按键、OLED 显示屏、蜂鸣器
作用：按键实现页面切换、模式选择、速度参数调节；OLED 屏幕实时展示电压、行驶速度、障碍物距离；蜂鸣器实现障碍物声光报警。选型理由：硬件接线简单，驱动代码成熟，实现直观的人机交互。
遥控硬件：红外接收模块
作用：接收红外遥控器信号，解析按键指令实现小车手动前进、后退、转向控制。
供电硬件：锂电池与电压分压采集电路
作用：为全车硬件供电，分压电路将电池电压转换为单片机能读取的模拟量，完成电池电压监测。
核心功能
一、核心自主行驶功能
- 黑线循迹功能：基于五路 TCRT5000 传感器采集地面信息，采用线性查表分辨率优化算法识别黑线位置，主控根据黑线偏移量输出对应电机控制量，控制小车沿黑线稳定行驶；循迹行驶过程中若雷达检测障碍物，小车立即停止，蜂鸣器发出警报。
- 自主避障功能：舵机带动超声波雷达持续扫描前方环境，当探测范围内出现障碍物时，蜂鸣器启动报警，小车自动调整行驶方向躲避障碍物，持续完成自主漫游行驶。
- 双通道 PID 电机调速与差速转向：电机编码器实时采集转速，通过 PID 算法独立调节左右轮电机转速；依靠左右车轮转速差值实现转向控制，提升小车行驶平稳性。
二、人机交互与模式管理功能
- 页面与模式切换功能：按键 1 负责切换 OLED 显示页面、模式选择页面；按键 2 用于选项切换；按键 3、按键 4 完成模式切换、行驶速度增减调节。支持用户在操作界面自由切换工作模式，自定义行驶速度。
- 实时数据显示功能：OLED 显示屏可视化展示锂电池电压、小车左右轮行驶速度、超声波探测障碍物距离，方便开发调试与运行状态观察。
三、辅助控制功能
- 电池电压实时监测功能：主控通过 ADC 采集分压电路信号，实时计算剩余电池电压，实现电源状态监控。
- 红外手动遥控功能：红外接收模块解析遥控器指令，脱离自动模式，人工远程控制小车前进、后退、左转、右转，实现手动操控。
技术路线
开发语言：C 语言
用途：STM32 单片机底层程序开发，完成传感器数据采集、PID 控制算法、按键逻辑、红外信号解析、电机驱动逻辑编写，嵌入式项目主流开发语言。
单片机开发框架：标准库（STM32F10x_StdPeriph_Lib）
用途：简化寄存器操作，快速配置 GPIO、ADC、定时器、外部中断、PWM 输出等外设，降低本科开发难度。
开发软件：Keil MDK5
用途：嵌入式代码编写、编译、调试，程序固件编译下载至 STM32 单片机，支持在线仿真调试。
电路设计软件：Altium Designer / 立创 EDA
用途：硬件接线原理图绘制，辅助搭建小车硬件电路，排查硬件接线逻辑。
调试工具：ST-LINK 下载器、串口调试助手
用途：程序烧录下载；串口打印传感器原始数据、运行参数，辅助算法调试与故障排查。
算法工具：Microsoft Excel
用途：采集循迹传感器采样数据，生成线性查表数据表，辅助循迹算法参数标定；记录小车 PID 调速实验数据，整定 PID 参数。
仿真辅助软件：Proteus（可选）
用途：前期简易外设功能仿真，提前验证部分外设驱动逻辑，减少实物调试问题。
测试工具：卷尺、万用表
用途：超声波测距精度测试、电池电压采集校准、电机行驶性能实测。
项目演示
关于我们
博主本身从事开发软件开发、有丰富的编程能力和水平、累积给上千名同学进行辅导、有自己的独立工作室，目前只专注做自己专业领域的事。团队人员有多年架构师设计经验、多人有参加校企合作经验，被多个学校常年聘为校外企业导师，指导学生毕业设计并参与学生毕业答辩指导，有较为丰富的相关经验。期待与各位高校教师、企业讲师以及同行交流合作。
项目案例
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源码获取
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