基于STM32的智能车设计

基于STM32的智能车设计

第一章 绪论

传统遥控车仅依赖人工操控，缺乏自主感知与决策能力，而专业智能车方案多依赖高性能处理器，存在成本高、开发难度大、适配新手学习场景难等问题，难以满足高校教学、创客开发等场景下轻量化、易实现的智能车研发需求。STM32单片机凭借丰富的外设接口、精准的电机控制能力和开源生态完善的特性，成为入门级智能车的核心控制单元。本研究设计基于STM32的智能车，核心目标是实现循迹行驶、避障绕行、蓝牙遥控、速度调节等基础功能；系统需具备低功耗、高稳定性、模块化设计特性，适配锂电池供电，解决传统智能车方案成本高、开发门槛高的痛点，打造适合教学与创客开发的入门级智能车平台。该设计兼具实用性与教学价值，符合嵌入式系统实践教学的发展趋势。

第二章 系统设计原理与核心架构

本系统核心架构围绕“环境感知-决策控制-执行驱动-人机交互”四大模块构建，基于STM32F103C8T6单片机实现全流程管控。环境感知模块通过红外循迹传感器采集道路黑线信息，超声波传感器检测前方障碍物距离；决策控制模块依托STM32的运算能力，根据循迹数据输出电机转向控制指令，根据障碍物距离触发避障逻辑；执行驱动模块通过PWM信号控制直流电机转速与转向，驱动智能车完成循迹、避障动作；人机交互模块通过蓝牙接收遥控指令，实现手动/自动模式切换、速度调节。核心原理为“感知-决策-执行”闭环：STM32实时采集路况信息，通过预设算法完成路径决策，驱动电机执行相应动作，兼顾自主行驶与人工遥控的灵活性。

第三章 系统设计与实现

系统硬件以STM32F103C8T6为核心，采用模块化设计：感知单元包含五路红外循迹传感器（布于车头下方，识别2cm宽黑色循迹线）、HC-SR04超声波传感器（检测前方0-2m障碍物），全方位获取路况数据；驱动单元选用L298N电机驱动模块，接收STM32输出的PWM信号，控制两个直流减速电机的转速（0-200r/min）与转向，实现智能车前进、后退、左转、右转；人机交互单元集成HC-05蓝牙模块，与手机APP通信，支持模式切换、速度调节、紧急停止指令接收；供电单元采用7.4V锂电池，经DC-DC转换为5V/3.3V，分别为驱动模块和STM32供电，保障续航与供电稳定性。

软件层面采用分层设计，核心逻辑包括：首先初始化传感器、电机驱动、蓝牙通信参数，预设循迹阈值（红外传感器检测到黑线时输出低电平）、避障距离阈值（前方≤30cm触发避障）；自动模式下，实时采集五路红外传感器数据，通过“中间传感器检测黑线则直行，左侧传感器检测则左转，右侧检测则右转”的逻辑输出PWM信号控制电机转向，同步检测障碍物距离，触发避障时控制车辆左转绕行后重回循迹路线；手动模式下，解析蓝牙接收的遥控指令，转换为电机转速与转向控制信号；同时设置速度调节档位（低速/中速/高速），通过调整PWM占空比实现车速控制。系统通过简化的路径决策算法，在STM32有限算力下实现高效的循迹与避障，保障行驶稳定性。

第四章 系统测试与总结展望

选取室内循迹赛道开展系统测试，结果显示：智能车在2cm宽黑线循迹赛道上行驶时，循迹偏差≤1cm，避障响应时间≤0.5s，可稳定绕行30cm内障碍物；蓝牙遥控距离≤10m，指令响应无延迟，模式切换与速度调节精准；锂电池供电续航达2小时，满足教学演示与调试需求；在轻微颠簸、光线变化的环境下，红外循迹仍保持稳定，无丢线现象。误差分析表明，少量循迹偏差源于传感器安装角度，可通过校准传感器位置优化。

综上，本系统基于STM32实现了入门级智能车的循迹、避障、蓝牙遥控核心功能，解决了传统方案开发门槛高的痛点。后续优化方向包括：增加摄像头模块实现视觉循迹，提升复杂赛道适应能力；引入PID算法优化电机控制，降低行驶过程中的抖动；增加OLED显示屏实时显示车速、模式、障碍物距离等信息，提升教学演示的直观性，进一步拓展该智能车在高校嵌入式教学、创客竞赛等场景的应用价值。


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