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20 个相关毕业设计备选题目

1. 基于 STM32 的循迹避障智能小车控制系统设计与实现
2. 基于 STM32 的多传感器融合智能巡检小车开发
3. 基于 STM32 单片机的 PID 调速循迹避障小车研究
4. 基于 STM32 的蓝牙遥控多功能智能小车设计
5. 基于 STM32 的红外循迹超声波雷达小车系统开发
6. 基于 STM32 的差速转向智能小车软硬件设计
7. 基于 STM32 的电压监测带显示智能小车实现
8. 基于 STM32 单片机的多模式自动导航小车研究
9. 基于 STM32 的线性插值红外循迹算法小车设计
10. 基于 STM32 的舵机雷达障碍物检测小车开发
11. 基于 STM32 的蓝牙 APP 交互智能小车控制系统
12. 基于 STM32 的编码器电机闭环调速小车设计
13. 基于 STM32 的按键多模式切换智能小车实现
14. 基于 STM32 的声光报警自动避障小车研究
15. 基于 STM32 的实时数据可视化智能小车开发
16. 基于 STM32 的双模式自主行驶智能小车设计
17. 基于 STM32 单片机的无线遥控自动循迹小车
18. 基于 STM32 的多传感器环境感知智能小车系统
19. 基于 STM32 的低速自主导航小车算法研究与实现
20. 基于 STM32 的嵌入式多功能智能小车综合开发

项目研究背景

嵌入式智能小车作为物联网与机器人领域典型教学与工程载体，现已广泛应用于厂区巡检、仓储物流、实验室自动化实训等场景。当前市面上传统智能小车产品普遍存在功能单一、传感器融合度低、控制精度不足等问题，多数设备仅支持单一循迹或简易避障功能，缺少电压状态实时监测、可视化数据显示与无线移动端远程交互能力；同时传统小车多采用开环电机控制，行驶速度稳定性差，转向逻辑粗糙，红外循迹采用固定阈值识别黑线，环境光线变化时识别正确率大幅下降，超声波测距无扫描雷达功能，障碍物检测范围狭窄。随着嵌入式技术、蓝牙无线通信与闭环 PID 控制算法的普及，低成本 STM32 单片机具备充足运算资源，可实现多传感器数据同步处理，能够整合循迹、避障、状态监测、无线控制多项需求。针对现有设备缺陷，本课题以 STM32F103RCT6 为主控，融合红外、超声、编码器电机、蓝牙模块搭建一体化智能小车平台，集成线性插值循迹算法、差速转向与 PID 闭环调速，弥补传统小车智能化短板，兼顾实训教学与小型场地自主巡检应用需求，具备明确的工程落地价值与研究意义。

摘要

本课题以 STM32F103RCT6 单片机为核心，设计一款集成循迹、避障、电压检测与蓝牙遥控功能的多功能智能小车系统。硬件搭载 TCRT5000 五路红外传感器、HC-SR04 超声波模块搭配 SG90 舵机构建扫描雷达，采用 TB6612 驱动 1:48 减速编码器电机实现闭环调速；软件引入线性插值查值算法提升黑线循迹精度，采用双通道 PID 独立控制左右电机，依靠差速算法完成车辆转向。系统支持按键切换工作模式，包含自动循迹、自动避障两种自主行驶模式，检测障碍物时触发蜂鸣器报警；搭载显示屏实时展示设备电压、行驶速度、测距数据；通过 JDY-3X 蓝牙模块与移动端 APP 通信，支持手动遥控小车动作与模式切换。经实物调试验证，该小车行驶稳定、环境适配性强，完整实现多传感器融合自主行驶与无线交互功能，可满足实训教学、小型场地自动巡检使用需求。

总体方案

1. 主控硬件：STM32F103RCT6 单片机

   选型理由：该型号为本科嵌入式教学主流主控，具备充足 IO 口、定时器、ADC 模数转换资源，可同时驱动多路传感器、电机、舵机、蓝牙与显示模块，运算性能能够支撑 PID 闭环控制、线性插值算法实时运算，开发资料完善，适配本科生开发调试。

   作用：作为整车控制核心，采集红外、超声、电压检测传感器数据，执行电机调速、舵机扫描、模式逻辑判断、蓝牙数据收发、屏幕数据刷新全部运算任务。

2. 循迹传感器：TCRT5000 五路红外循迹模块

   选型理由：五路并排布局可覆盖完整行驶路径，红外检测不受光线轻微波动干扰，模拟量输出便于线性插值算法计算黑线偏移量，成本低廉、接线简单。

   作用：实时采集地面反光强度数据，反馈小车相对黑线的偏移位置，为循迹控制提供原始数据。

3. 测距硬件：HC-SR04 超声波模块 + SG90 微型舵机

   选型理由：HC-SR04 测距稳定、测距范围适配小型小车；SG90 舵机角度可控，带动超声模块左右扫描实现简易雷达，拓展障碍物检测视野，器件体积小巧便于车载安装。

   作用：舵机带动超声模块往复旋转扫描环境，实时检测车辆前方不同角度障碍物距离，为避障逻辑提供距离数据。

4. 动力驱动硬件：TB6612 电机驱动模块 + 1:48 减速编码器直流电机

   选型理由：TB6612 双通道驱动可独立控制两个电机正反转与转速，相比 L298N 发热更低、控制精度更高；1:48 大减速比电机扭矩充足，内置编码器可实时反馈车轮转速，实现闭环速度调节。

   作用：接收主控 PWM 信号驱动左右车轮运转，编码器反馈转速用于 PID 闭环调速，依靠两轮转速差实现转向控制。

5. 人机交互硬件：独立功能按键、蜂鸣器、OLED 显示屏

   选型理由：独立按键逻辑简单易编程；OLED 屏幕低功耗、可同步展示多组数值；有源蜂鸣器驱动简单，可快速实现声光报警提醒。

   作用：按键完成页面切换、模式选择、速度增减操作；显示屏可视化展示工作模式、电池电压、行驶速度、障碍物距离；蜂鸣器在检测到障碍物时发出报警提示。

6. 无线通信硬件：JDY-3X 蓝牙透传模块

   选型理由：串口透传无需复杂协议开发，兼容安卓、iOS 蓝牙调试 APP，通信距离满足室内小车遥控场景，供电电压与 STM32 单片机匹配。

   作用：建立小车与手机 APP 的数据双向传输通道，接收 APP 下发的控制指令，同步上传小车运行状态数据至移动端。

7. 开发辅助硬件：台式计算机

   选型理由：搭载 Windows 系统，可运行 Keil、串口调试、上位机绘图等开发软件，具备 USB 串口下载功能，用于程序编写、编译、烧录与在线调试。

   作用：完成嵌入式程序编码、编译、下载，实时监控小车传感器与运行数据，辅助算法参数调试优化。

核心功能

一、基础硬件驱动功能

1. STM32 主控外设驱动功能

   实现效果：完成单片机定时器、ADC、串口、GPIO、PWM 外设底层初始化，保障所有传感器、电机、舵机、蓝牙、屏幕硬件正常通信。

   操作逻辑：设备上电自动初始化全部外设，建立硬件与上层控制逻辑的数据交互通道。

   核心作用：为全部业务功能提供底层硬件支撑，保障各模块数据采集与指令输出稳定运行。

2. 电压实时检测显示功能

   实现效果：通过 ADC 采集供电电池电压，数值实时刷新至显示屏，电压异常时可辅助预警。

   操作逻辑：系统循环采集电池模拟电压值，换算为标准电压数值，同步推送至屏幕界面展示。

   核心作用：实时监控小车供电状态，防止低电压导致电机动力不足、主控运行异常。

二、核心自主行驶功能

1. 红外黑线循迹功能（搭载线性插值分辨率提升算法）

   实现效果：五路红外传感器持续采集地面信号，通过线性查表插值算法计算小车偏离黑线的偏移量，自动修正左右轮转速保持沿黑线行驶。

   操作逻辑：循迹模式下循环读取五路红外数值，算法换算偏移量后通过 PID 调节两轮转速差，自动修正行驶路线。

   核心作用：实现小车无人工干预自主沿预设黑线轨迹行驶，插值算法降低环境光线干扰，提升循迹行驶正确率。

2. 超声波雷达障碍物检测功能

   实现效果：SG90 舵机带动 HC-SR04 超声模块左右往复扫描，实时获取车辆前方多角度障碍物距离，构建简易环境雷达。

   操作逻辑：主控定时控制舵机旋转固定角度，每完成一次角度调节触发超声测距，存储不同方位距离数据。

   核心作用：拓展障碍物检测范围，避免单一正向测距存在检测盲区，为避障逻辑提供全域环境数据。

3. 双通道 PID 闭环电机调速 + 差速转向功能

   实现效果：编码器实时采集两轮实际转速，PID 算法独立修正左右轮 PWM 输出值稳定车速；通过设置左右轮不同目标转速，实现车辆左转、右转、直行。

   操作逻辑：设定目标行驶速度，编码器反馈实际转速，PID 自动补偿转速差值；需要转向时修改两轮目标转速形成速度差完成转向。

   核心作用：解决开环电机行驶速度不稳问题，依靠差速逻辑实现平滑转向，提升小车行驶稳定性。

4. 循迹模式障碍物联动停止报警功能

   实现效果：小车沿黑线循迹行驶时，雷达检测到近距离障碍物，立即停止行驶，蜂鸣器持续鸣响报警。

   操作逻辑：循迹模式中同步读取超声测距数据，距离低于安全阈值时切断电机输出，触发蜂鸣器，障碍物移除后恢复循迹。

   核心作用：保障循迹行驶过程中的设备安全，避免小车碰撞障碍物造成硬件损坏。

5. 自动避障自主转向功能

   实现效果：切换至避障模式后，雷达检测到障碍物立即鸣响报警，并自动计算安全行驶方向，调节两轮转速差转向避开障碍。

   操作逻辑：避障模式下持续扫描环境，识别障碍物方位后执行预设转向逻辑，完成避障后恢复直线行驶。

   核心作用：实现无轨道环境下小车自主规避障碍物，适用于无黑线场地自主移动场景。

三、人机交互辅助功能

1. 多按键分级操作切换功能

   实现效果：按键 1 切换数据显示页与模式选择页；按键 2 在模式页面切换可选功能项；选中行驶模式时按键 3 切换循迹 / 避障模式；选中调速项时按键 3 加速、按键 4 减速。

   操作逻辑：页面切换、功能选择、模式切换、速度调节分级分配独立按键逻辑，页面状态实时同步至显示屏。

   核心作用：脱离手机蓝牙时，提供本地物理按键完成全部参数与模式设置，适配无手机调试场景。

2. 运行数据可视化显示功能

   实现效果：显示屏分区同步展示当前工作模式、电池电压、车轮实时行驶速度、超声波检测障碍物距离四类核心数据。

   操作逻辑：系统每轮数据采集完成后刷新屏幕界面，数值动态实时更新。

   核心作用：直观展示小车全部运行状态，便于开发调试与现场状态查看。

四、蓝牙无线交互功能

1. 手机 APP 蓝牙通信控制功能

   实现效果：JDY-3X 蓝牙模块与手机 APP 建立无线连接，APP 可远程切换小车工作模式，手动控制小车前进、后退、左转、右转。

   操作逻辑：APP 下发控制指令经蓝牙串口传输至 STM32 主控，主控解析指令后执行对应电机、模式切换操作；小车同步上传电压、速度、测距数据至 APP。

   核心作用：提供远程手动遥控通道，兼顾自动行驶与人工远程操控两种使用方式，拓展小车使用场景。

技术路线

1. 开发语言：C 语言

   选型理由：嵌入式 STM32 单片机标准开发语言，执行效率高，内存占用低，适配底层硬件驱动与实时控制算法，本科嵌入式课程核心教学语言。

   课题用途：编写单片机底层外设驱动、PID 控制算法、线性插值循迹算法、按键逻辑、蓝牙数据解析、屏幕显示全部程序代码。

2. 开发环境：Keil MDK5

   选型理由：ARM 架构单片机专用集成开发工具，支持代码编译、在线调试、程序烧录，配套 STM32 标准库，高校嵌入式实训主流软件。

   课题用途：完成项目工程创建、代码编写、语法编译、程序下载至 STM32 开发板，在线断点调试传感器与电机控制逻辑。

3. 单片机底层库：STM32 标准外设库

   选型理由：封装完整外设初始化函数，简化定时器、ADC、串口、PWM 底层开发，降低本科生底层开发难度，资料丰富易查阅。

   课题用途：快速完成 GPIO、ADC、定时器、串口、PWM 等外设初始化，简化硬件驱动代码开发工作量。

4. 调试辅助工具：串口调试助手

   选型理由：轻量串口通信软件，可收发串口文本数据，无需复杂配置即可使用。

   课题用途：实时打印红外、超声、电压、电机转速传感器原始数据，辅助算法参数调试与故障排查。

5. 硬件绘图工具：Altium Designer

   选型理由：电子电路专业绘图软件，本科电子实训通用工具，支持原理图、PCB 绘制。

   课题用途：绘制智能小车硬件连接原理图，梳理各模块接线逻辑，整理硬件架构文档。

6. 蓝牙上位工具：安卓蓝牙调试 APP

   选型理由：免费移动端透传软件，无需独立 APP 开发，快速实现手机与单片机双向串口通信。

   课题用途：测试蓝牙收发指令功能，完成小车远程模式切换、手动行驶控制功能验证。

7. 算法辅助工具：Excel

   选型理由：基础数据处理软件，操作门槛低，支持数值计算与曲线绘图。

   课题用途：记录循迹红外采样数据、PID 调速转速数据，绘制算法效果曲线，完成实验数据整理分析。

8. 文档编写工具：Microsoft Word、Visio

   选型理由：高校毕业设计标准文档工具，Visio 支持流程图、硬件架构图绘制。

   课题用途：撰写毕业设计论文，绘制系统硬件架构图、软件程序流程图、功能模块框图。

9. 测试工具：万用表、直流稳压电源

   选型理由：基础电子测试设备，用于硬件电路故障排查。

   课题用途：检测小车供电电压、传感器引脚电平，排查接线短路、供电不足等硬件问题。

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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