基于单片机的智能小车设计

第一章 系统整体架构设计

基于单片机的智能小车以“灵活控制、多模式运行、低成本实现”为核心目标，采用“感知-决策-驱动-交互”的四层架构。系统核心包含五大功能模块：单片机控制模块、驱动模块、避障模块、循迹模块及交互模块。单片机控制模块作为核心，处理各类传感信号并生成运动指令；驱动模块通过电机实现小车的前进、后退、转向；避障模块检测前方障碍物并触发避障动作；循迹模块识别地面轨迹线，实现自动循迹；交互模块支持遥控与模式切换。设计适配室内场景，车长≤30cm，支持手动遥控、自动避障、循迹三种模式，满足教学实验与娱乐需求。

第二章 硬件模块选型与电路设计

硬件选型遵循“低功耗、高灵敏、易组装”原则。单片机选用STC89C52RC，具备8K字节Flash存储器，I/O口资源满足多模块控制需求。驱动模块采用两个6V直流减速电机（转速150rpm），搭配L298N电机驱动板实现正反转与转速调节，电机与车轮通过联轴器连接，确保动力传输稳定。避障模块选用HC-SR04超声波传感器，探测距离2-400cm，响应时间≤30ms，安装于车头中央；循迹模块采用3路红外对管（TCRT5000），并排安装于车底，检测地面黑白轨迹线。交互模块包含NRF24L01无线模块（支持2.4G遥控）与2个轻触按键（模式切换、紧急停止）。电路设计采用4节5号电池（6V）供电，通过LM1117-5V稳压为控制电路供电；电机驱动与控制电路间添加二极管续流保护，传感器接口串联限流电阻，整体电路采用模块化布局便于调试。

第三章 软件设计与逻辑实现

软件设计基于C语言模块化编程，核心包含电机控制程序、避障逻辑程序、循迹算法程序及交互响应程序。电机控制程序通过PWM信号调节电机转速（占空比0-100%），实现小车速度控制；通过控制两侧电机转速差实现转向（差速转向），转向角度与转速差成正比。避障逻辑程序实时读取超声波传感器数据，当检测到障碍物距离≤20cm时，触发避障动作：停车→后退50cm→转向（左/右随机）→继续前进，避免碰撞。循迹算法程序分析3路红外对管信号（黑线上输出低电平，白地上输出高电平），通过判断轨迹偏移方向（左偏/右偏），调节两侧电机转速实现纠偏，确保小车沿轨迹行驶。交互响应程序处理无线遥控指令（前进、后退、左转、右转、停止）与按键输入，短按模式键切换手动/自动模式，长按紧急停止键切断电机电源。

第四章 系统调试与性能验证

系统调试分为硬件调试与软件调试，性能验证围绕运动灵活性与功能稳定性展开。硬件调试测试电机同步性，两侧电机转速误差≤5%；校准超声波传感器，20cm距离测量误差≤1cm；验证红外对管，黑白线识别准确率100%。软件调试优化避障逻辑，确保障碍物响应时间≤500ms，避障成功率100%；调整循迹算法，使小车在1m长弯曲轨迹上无偏离。性能验证进行100次模式切换测试：切换响应时间≤1秒，无程序紊乱；连续自动运行30分钟，避障与循迹功能稳定，电池续航≥2小时。在光滑地面与地毯上测试，小车均能正常行驶，转向灵活。测试结果表明，系统实现了智能小车的核心功能，操作简便、稳定性高，适合教学与娱乐场景使用。





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