【单片机毕业设计】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（017404）

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原创最新推荐文章于 2026-11-14 12:15:00 发布 187 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

21 硬件工程师笔面试高频考点真题解析——单片机 本文系统介绍了单片机的核心概念与应用知识，包括：单片机定义与选型要点（性能、存储、外设等）；核心参数（主频、I/O、通信接口等）；最小系统组成（电源、复位、晶振、BOOT）；常见外设（GPIO、ADC、定时器等）；GPIO工作模式（输入/输出）；死机原因分析（硬件干扰、软件错误等）；上电故障排查流程（电源、时钟、程序等）；与DSP、FPGA的对比（控制vs运算vs可编程）；常用通信总线特点（UART、I2C、SPI、CAN）；看门狗功能（超时复位防死机）。内容涵盖单片机硬件设计关键要点，适合嵌入式开发者参考阅读详情

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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

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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。