【proteus仿真】基于 STM32 农业大棚巡检小车 (仿真图+程序)

前言

传统农业大棚依靠人工巡检,费时费力,环境参数记录容易出现人为误差。为提升大棚管理自动化水平,本次设计STM32 农业大棚智能巡检小车,小车可以自主在大棚内移动,采集大棚内部温度、湿度环境数据,实现循迹行走、障碍物检测、数据显示、蓝牙上传、声光报警、语音提示等功能,适合课程设计、毕设项目学习。

一、系统整体方案

主控芯片选用 STM32F103C8T6 作为核心控制器,搭配电机驱动模块、HC‑SR04 超声波模块、红外循迹、温湿度采集、OLED 显示、蓝牙通信、语音模块、蜂鸣器报警模块。 小车可以沿着预设轨道自动巡检大棚,实时采集环境温湿度,遇到障碍物实现避障,OLED 屏幕实时展示距离、温湿度信息,蓝牙串口同步输出数据,环境异常时蜂鸣器报警,语音模块做提示。

硬件模块清单

  1. STM32F103C8T6 主控:整个系统控制核心,处理传感器数据、逻辑运算、外设驱动
  2. L298N 电机驱动:驱动四轮直流电机,控制小车前进、后退、转向
  3. HC‑SR04 超声波 ×2:检测前方障碍物距离,实现避障功能
  4. 红外循迹传感器:识别地面轨迹,实现小车循迹自动行驶
  5. 温湿度采集电路:模拟采集大棚温度、湿度参数
  6. OLED 显示屏:实时显示障碍物距离、温湿度等运行信息
  7. 蓝牙虚拟串口:把采集到的温湿度数据向外输出,可对接上位机
  8. 模拟语音模块:巡检过程语音提示
  9. 蜂鸣器报警电路:温湿度超出阈值,触发报警提示

二、Proteus 仿真电路分析

  1. 电机驱动部分 四轮直流电机,由两片 L298N 驱动芯片控制左右两侧车轮。STM32 输出 IO 电平给到 L298N,控制电机正反转,完成小车前进、后退、左转、右转动作。二极管做续流保护,吸收电机反向电动势。
  2. 超声波避障 两路 HC‑SR04 超声波模块,用于检测小车前方障碍物,获取距离值。当检测距离小于设定阈值,小车执行避障逻辑,停止前进或者转向绕行。
  3. 红外循迹 红外循迹传感器接入单片机 IO 口,识别黑色引导轨迹。循迹信号反馈给 STM32,程序根据左右传感器电平差异,调整两侧电机转速,让小车沿着轨道自动行驶,完成大棚巡回行走。
  4. 温湿度采集 使用电位器模拟温湿度传感器输出,将模拟信号送入 ADC 采集通道,STM32 内部 ADC 读取电压,换算成温度、湿度数值。OLED 屏幕与蓝牙虚拟终端同步打印温湿度数据。
  5. OLED 显示 OLED 屏幕实时打印巡检车状态:左右测距距离 Lj、Rj,检测距离 L、R,以及当前温度湿度,直观查看小车运行状态。
  6. 蓝牙通信 虚拟蓝牙串口(Virtual Terminal),串口输出温湿度信息,模拟真实 HC‑05 蓝牙模块,把大棚环境数据上传,后续可以对接手机或者上位机查看大棚环境。
  7. 语音与报警模块 语音模块支持外部按键触发语音播报;当温湿度超出设定阈值,三极管驱动蜂鸣器 BUZ1 发出报警,提醒大棚环境异常。

三、核心功能说明

✅ 循迹自动巡检 :红外循迹,小车沿着轨道自动在大棚来回巡检 ✅ 超声波避障 :双路超声波检测障碍物,遇到障碍自动避让 ✅ 环境参数采集 :ADC 采集大棚温度、湿度数据 ✅ OLED 实时显示 :距离、温湿度本地屏幕可视化 ✅ 蓝牙数据上传 :串口输出环境数据,模拟无线传输 ✅ 异常声光报警 :温湿度超标,蜂鸣器报警提醒 ✅ 语音提示:巡检过程语音播报提示

四、软件设计思路

  1. 初始化:GPIO、ADC、定时器、串口、OLED、定时器(超声波计时)初始化
  2. 循环读取红外循迹传感器状态,根据轨迹信号控制四轮电机,实现循迹行走
  3. 触发超声波,读取障碍物距离;距离过近执行避障逻辑
  4. ADC 采样温湿度模拟电压,换算实际温湿度数值
  5. OLED 刷新屏幕,打印距离、温湿度;串口把数据发送蓝牙终端
  6. 判断温湿度是否超出阈值,超限开启蜂鸣器报警;可触发语音模块播报
  7. 循环往复,持续巡检采集大棚环境信息

五、仿真现象效果

仿真运行后,OLED 屏幕显示Lj=50 Rj=50 L=30cm R=30cm以及温度湿度;虚拟终端持续打印大棚巡检小车标题和实时温湿度;循迹信号变化小车自动修正方向;超声波检测到障碍物,小车执行避障动作;修改温湿度模拟电位器,数值实时刷新,超出阈值蜂鸣器响起报警。

六、拓展改进方向

  1. 实物版本替换电位器,使用 DHT11/DHT22 真实温湿度传感器
  2. 蓝牙模块换成 ESP8266,实现 WiFi 上传云平台,手机远程查看大棚数据
  3. 增加光照、二氧化碳传感器,丰富大棚环境监测维度
  4. 加入 PID 算法优化循迹效果,小车行驶更平稳
  5. 增加舵机,实现摄像头旋转拍照,图像采集大棚作物状态

总结

本项目基于 STM32 实现农业大棚巡检小车,结合 Proteus 完整仿真,把单片机、传感器、电机驱动、串口通信综合到一起,既可以作为单片机课程设计,也可以作为毕设基础方案。小车实现大棚自动巡检,环境感知,代替人工完成大棚巡逻监测,具备一定实际农业应用参考价值。

关键词:STM32 Proteus仿真 大棚巡检小车 L298N 超声波避障 红外循迹

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链接: https://pan.baidu.com/s/1V5zzxbpHc_fRqfGIzSdLfg?pwd=6666 提取码: 6666

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