【单片机毕业设计】集成 LCD1602 显示的多功能智能循迹避障小车设计基于 L293D 驱动的单片机多模式智能小车开发与实现（022206）

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原创最新推荐文章于 2026-11-14 12:15:00 发布 16 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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项目研究背景

随着嵌入式技术、传感器技术快速发展，智能小车作为移动机器人典型研究载体，广泛应用于智能仓储、巡检教学、自动化导引等场景。当前市面上简易智能小车产品普遍存在功能单一问题，大多仅支持单一循迹或者单一避障功能，缺少多模式切换能力，人机交互方式简单，多数仅支持有线控制，移动灵活性不足；部分小车缺乏实时状态信息显示，无法直观获取障碍物距离等运行参数，供电方案多采用一次性电池，持续使用成本较高。同时传统小车控制方案模式固化，难以在自主行驶与远程遥控之间灵活切换，难以满足多样化教学与简易自动化场景需求。依托 STM32 或 51 单片机嵌入式平台，融合红外循迹传感器、超声波测距模块、蓝牙通信模块，搭建具备多种工作模式的智能小车，实现自主巡线、障碍物规避、手机蓝牙遥控等功能，搭配液晶实时状态显示与可充电供电系统，能够有效弥补传统小车功能短板。该方案硬件成本适中、开发难度适合本科阶段学习，对嵌入式控制系统、多传感器数据融合、电机驱动控制等方向的学习研究具备实际价值，因此开展本课题研究具备现实意义。

摘要

本文设计一款基于 STM32 或 51 单片机的多功能智能小车控制系统。系统以单片机为主控核心，搭配 L293D 电机驱动模块、红外循迹传感器、HS-04 超声波模块、蓝牙通信模块与 LCD1602 液晶显示屏，采用 7.4V 18650 锂电池组供电。系统支持四种工作模式，可通过实体按键切换，分别实现红外自主循迹、超声波自主避障、循迹避障协同运行、手机蓝牙遥控功能。小车采用差速转向方式完成前进、后退、转向动作；超声波实时探测前方障碍物距离并在液晶屏展示，检测到近距离障碍时自动执行绕行动作；红外光电传感器识别地面黑线实现循迹行驶。测试结果表明，小车各模式运行稳定，能够完成自主行驶与无线遥控任务，方案成本较低，适合嵌入式控制系统学习与应用。

总体方案

主控硬件：STM32 或 51 单片机

作为整个小车系统的控制核心，接收传感器采集数据、按键输入信号、蓝牙遥控指令，运行控制算法输出控制信号驱动电机，同时控制 LCD1602 完成信息展示。选型理由：资料丰富、开发门槛低，外设资源满足本课题传感器、通信、显示需求，契合本科生嵌入式开发学习。
电机驱动模块：L293D 驱动模块

用于接收单片机电平信号，控制直流电机启停、正反转，实现小车前进、后退、左转、右转差速转向。选型理由：电路简单，能够驱动小车底盘直流电机，无需复杂外围电路，适配小型智能小车开发。
感知硬件：3 路红外接近光电模块、HS-04 超声波模块

三路红外光电模块用于识别地面黑白引导线，实现循迹功能；HS-04 超声波模块实时检测小车前方障碍物距离。选型理由：传感器价格低廉、调试简单，响应速度满足小车低速行驶感知需求。
通信模块：蓝牙模块

实现单片机与智能手机之间无线数据传输，接收手机 APP 下发的遥控指令，完成蓝牙遥控模式控制。
显示设备：LCD1602 液晶显示屏

实时显示小车当前工作模式、超声波探测障碍物距离等运行状态，提升人机交互效果。
车体硬件：小车差速底盘 + 直流减速电机

采用差速转向底盘，依靠左右轮转速差实现转向，作为小车运动载体。
供电系统：7.4V 两节 18650 锂电池组与配套充电器

为全部硬件持续供电，支持反复充电使用，摆脱一次性电池限制。
输入硬件：物理按键

用于开机后切换小车四种工作模式，提供本地模式切换方式。

整体硬件架构：锂电池统一供电，各类传感器、按键作为输入设备将信号传输至单片机，单片机运算处理后，一方面控制 L293D 驱动电机完成车体运动，另一方面驱动 LCD1602 刷新状态信息；蓝牙模块双向通信，实现手机端远程指令接收。

核心功能

基础功能

可充电锂电池供电功能

功能描述：采用 7.4V 双节 18650 锂电池组为整套小车硬件供电，配备充电器可循环充电。

实现目标：保障小车持续移动工作，替换一次性电池，降低长期使用成本。
差速电机运动控制功能

功能描述：单片机通过 L293D 驱动模块控制左右电机，输出不同转速信号，实现小车前进、后退、左转、右转差速转向。

实现目标：为小车所有行驶模式提供基础运动执行能力。
LCD1602 状态显示功能

功能描述：液晶屏幕实时刷新小车当前工作模式、超声波检测障碍物距离等信息。

实现目标：直观展示小车运行参数，便于调试与状态观察。
按键模式切换功能

功能描述：开机后通过物理按键切换小车工作模式，切换完成显示屏同步更新对应状态。

实现目标：支持本地手动切换运行模式，无需依赖手机操作。

核心功能

红外循迹模式

功能描述：依靠三路红外光电模块采集地面信号，左侧传感器检测到黑线小车右转，右侧传感器检测到黑线小车左转，中间传感器识别黑线小车直行，沿地面黑色引导线自主行驶。

实现目标：完成自主循迹行驶，适用于固定路线导引场景。
超声波避障模式

功能描述：HS-04 超声波持续测距，距离数值在 LCD1602 实时显示；当障碍物距离低于阈值，小车执行预设绕行动作，先向左转向前进，右转回正，再左转完成障碍绕行。

实现目标：小车行驶过程自主规避前方障碍物。
循迹 + 避障协同模式

功能描述：小车沿黑线循迹行驶，同时超声波不间断检测前方障碍物；正常情况下持续循迹，探测到近距离障碍物时自动触发绕行逻辑，障碍规避完成后继续循迹。

实现目标：在循迹路线行驶的同时兼顾障碍物自主躲避。
手机蓝牙遥控模式

功能描述：智能手机通过蓝牙与小车建立无线连接，手机 APP 下发控制指令，小车接收指令完成前进、后退、转向等动作。

实现目标：支持人工远程无线操控小车运动。

辅助功能

模式状态同步提示功能

功能描述：每一次按键切换模式，LCD1602 同步更新当前运行模式文字标识，便于使用者确认工作状态。

实现目标：避免模式误切换，提升操作可靠性。

技术路线

C 语言：作为单片机程序开发编程语言，完成传感器数据读取、运动控制逻辑、模式判断、蓝牙指令解析代码编写，为本课题核心开发语言。
Keil MDK/Keil C51：单片机程序编译、调试、下载开发环境，针对 STM32 或 51 单片机分别选用对应开发环境，实现代码烧录与在线调试。
Altium Designer（可选）：硬件电路原理图查阅、简易外围电路设计，辅助硬件接线方案验证。
串口调试助手：硬件联调工具，用于监控单片机串口输出传感器数据、蓝牙通信数据，排查程序逻辑 bug。
手机蓝牙调试 APP：用于蓝牙遥控功能测试，下发控制指令，验证无线通信链路稳定性。
ST-Link/USB 下载器：程序固件下载工具，将编译完成的程序烧录至 STM32 或 51 单片机。
Multisim（可选）：前期电路仿真，验证电机驱动、传感器基础电路工作逻辑，降低实物调试故障概率。
硬件万用表、杜邦线、电源设备：硬件焊接、接线调试工具，用于排查供电、线路连通故障。

开发流程：硬件选型与接线搭建 → 基础驱动代码开发（传感器、LCD、电机驱动）→ 分模式控制逻辑编写 → 蓝牙通信程序开发 → 功能联调 → 整车功能测试、参数优化 → 系统稳定性验证。

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。