基于 STM32 的填埋场智能巡检小车

项目时间： 2025.03 — 2025.06
项目角色： 个人独立开发
项目方向： 嵌入式软件开发 / 智能控制 / 多传感器数据采集

一、项目简介

基于 STM32F103ZET6 设计并实现一款面向危废填埋场巡检场景的智能移动小车，采用集成双 L293D 电机驱动芯片的主控板，集成红外循迹、超声波避障、环境监测、火焰检测、异常告警及蓝牙通信等功能。通过多传感器数据采集、运动控制与无线数据交互，实现小车自主巡检、环境参数监测和异常状态告警，并支持通过手机 APP 进行远程监测。

项目采用 C 语言，基于 STM32 标准外设库完成外设配置与底层驱动开发，涉及 GPIO、定时器、外部中断、ADC、I²C、USART 等外设，并通过 OLED、LCD1602 实现巡检状态与环境数据的可视化。

图：智能巡检车图

图：App界面图

二、技术栈

• 主控平台： STM32F103ZET6 智能小车主控板
• 开发语言： C 语言
• 开发环境： Keil MDK
• 软件基础： STM32 标准外设库、中断机制、模块化驱动开发
• MCU 外设： GPIO、TIM、PWM、EXTI、ADC、I²C、USART
• 电机驱动： 双 L293D 电机驱动芯片、直流电机、软件 PWM
• 传感器与执行器： TCRT5000、HC-SR04、SG90、DHT11、火焰传感器、蜂鸣器
• 无线通信： 蓝牙模块、USART 串口通信、手机 APP
• 显示模块： SSD1306 OLED、LCD1602

三、核心功能与技术实现

1. 自主循迹与运动控制

• 循迹检测： 使用 TCRT5000 红外传感器采集地面黑白反射信号，通过 GPIO 读取检测结果，判断小车相对循迹线的位置。
• 电机驱动： 使用主控板集成的双 L293D 电机驱动芯片控制左右直流电机，基于 STM32 定时器中断实现软件 PWM，通过调整占空比控制电机转速。
• 转向控制： 根据循迹传感器的状态调整左右电机输出，实现差速转向与循迹纠偏。

2. 超声波避障与距离测量

• 距离检测： 使用 HC-SR04 超声波模块，通过测量 Echo 回波高电平持续时间计算障碍物距离。
• 自动避障： 结合 SG90 舵机带动超声波模块改变探测方向，比较不同方向的测距结果，辅助小车进行转向决策。
• 状态显示： 通过 LCD1602 显示障碍物距离及当前巡检状态，便于运行观察与功能调试。

3. 环境监测与火焰检测

• 温湿度采集： 基于 GPIO 实现 DHT11 单总线通信驱动，完成温湿度数据读取与解析。
• 火焰检测： 通过 ADC 采集火焰传感器模拟输出，对采样数据进行处理，实现火焰强度变化监测。
• 异常判断： 根据温湿度阈值及火焰检测结果进行状态判断，在检测到异常时触发蜂鸣器告警。

4. 蓝牙通信与远程监测

• 串口通信： 通过 USART 连接蓝牙模块，实现 STM32 与手机 APP 之间的无线数据交互。
• 数据传输： 将温湿度参数、火焰检测结果及异常状态封装为通信数据，通过蓝牙发送至手机 APP。
• 远程监测： 支持在手机端查看巡检小车采集的环境参数与异常信息，扩展设备的无线监测能力。

5. 显示交互与数据可视化

• OLED 驱动： 基于软件 I²C 实现 SSD1306 OLED 底层通信，自建 6×8 点阵字库，实现字符显示与环境数据刷新。
• 双屏显示： 使用 OLED 展示温湿度、火焰检测数据等环境信息，通过 LCD1602 显示巡检状态及障碍物距离。
• 状态展示： 整合传感器采集、运动控制与异常检测结果，便于现场观察和功能调试。

四、关键技术与难点

1. 软件 PWM 电机控制

利用 TIM2 定时中断产生周期性控制时序，通过软件控制双 L293D 驱动芯片输入端的高低电平比例，实现 PWM 占空比调节。结合左右电机差速控制，完成循迹转向与运动控制。

2. 多外设协同与资源分配

根据传感器、显示屏和电机驱动的接口需求进行 GPIO 引脚分配，排查外设引脚复用冲突，并协调定时器、中断与数据采集流程，保证各功能模块协同运行。

3. 不同电平系统的硬件适配

针对部分 5V 传感器模块与 STM32 3.3V GPIO/ADC 接口之间的电平兼容问题，检查模块输出特性与 MCU 输入要求，并根据实际电路进行接口适配，避免输入电压超出 MCU 引脚允许范围。

4. 串口通信与数据交互

通过 USART 实现 STM32 与蓝牙模块之间的数据收发，结合约定的数据格式组织环境参数与异常状态信息，并在手机 APP 端进行接收和展示，实现巡检数据的无线传输。

五、项目收获

通过该项目，完成了从 MCU 外设配置、传感器底层驱动、电机控制到整车功能联调的实践过程，加深了对 STM32 定时器、中断、ADC、GPIO、USART 及软件总线通信的理解，并积累了多模块协同开发、电机驱动、无线通信、硬件接口排查和嵌入式系统调试经验。