1 设计背景与意义
随着物流行业自动化发展，智能运输小车可以替代人工完成短途货物转运工作。传统物流搬运设备成本高，不适合小型场景。本项目基于 STM32 主控，利用 Proteus 完成仿真验证，不需要实物硬件，即可验证自动避障、循迹行走、货物重量采集、信息上报整套逻辑，对学习嵌入式单片机、传感器综合应用有很好实践价值。
本快递运输避障小车模拟物流转运场景，小车搭载多传感器，完成路线跟踪、障碍物检测、快递重量采集，同时把运输信息实时上报，完整模拟小型快递自动运输作业。
2 系统总体方案
整个系统以STM32 单片机作为核心控制器，外设模块划分如下：
- 电机驱动模块：L298N 驱动四轮电机，控制小车前进、后退、转向；舵机模拟转向机构，完成左右方向调整。
- 超声波避障模块：2 路 HC‑SR04 超声波，采集小车前方障碍物距离，实现避障逻辑。
- 红外循迹模块：PCF8591 采集红外传感器电压信号，识别地面轨迹，实现循迹行驶。
- 重量检测模块：电位器模拟压力采样，通过 PCF8591 AD 转换，模拟快递重量采集。
- 模拟摄像头识别、GPS 打点模块：按键模拟摄像头开关、GPS 轨迹打点触发信号。
- 显示模块：LCD12864 液晶屏幕，显示障碍物距离、快递重量等运行参数。
- 串口通信模块：虚拟串口终端，把快递重量、运输目的地、摄像头状态打印输出。
- 声光报警模块：LED 指示灯 + 蜂鸣器，障碍物过近或者异常状态下声光提醒。
系统工作流程：小车上电初始化，电机等待启动；红外循迹传感器检测轨迹路线，超声波持续检测前方障碍物；ADC 采集快递重量；LCD 实时刷新距离、重量参数；串口向上位机输出运输信息；检测障碍物距离小于阈值时，触发蜂鸣器 LED 报警，小车执行避障转向动作；按键可以开关模拟摄像头识别功能，触发 GPS 轨迹打点记录。
3 Proteus 硬件电路设计
3.1 STM32 主控电路
主控芯片采用 STM32F103，外部配置晶振电路、复位电路，作为整个小车的控制中枢，接收各路传感器信号，运算之后输出电机、报警、显示控制信号。
3.2 电机驱动电路
采用两片 L298N 电机驱动芯片，分别控制左右两侧四轮直流电机；同时外接模拟舵机电路，用于模拟小车转向动作，IO 口输出 PWM 信号控制舵机角度，实现小车转向。
3.3 超声波测距电路
两组 HC‑SR04 超声波模块，分别布置小车前方左右，Trig 引脚接收单片机触发信号，Echo 引脚返回测距回波信号，单片机计时计算障碍物距离L、R。
3.4 PCF8591 AD 采集电路
PCF8591 I2C 模数转换芯片，负责采集红外循迹传感器、快递重量模拟电压信号，把模拟量转换数字量交给 STM32 处理。
3.5 LCD12864 显示电路
LCD12864 液晶接到单片机 GPIO 端口，屏幕显示左右障碍物距离 L、R，障碍物阈值，快递重量数值。
3.6 串口虚拟终端电路
串口输出接到 Proteus 虚拟终端，打印 "快递运输避障小车"、快递重量、运输目的地、摄像头开启关闭提示文字，模拟上位机监控界面。
3.7 声光报警电路
三极管驱动蜂鸣器，搭配 LED 指示灯；当障碍物距离过小，IO 输出高电平，LED 点亮，蜂鸣器鸣叫报警。
3.8 功能按键电路
两路按键，一路模拟 GPS 打点寻迹，一路模拟摄像头识别开关输入，IO 读取按键电平完成功能切换。
完整 Proteus 仿真原理图如图：
4 软件设计思路
软件使用 Keil MDK 开发环境，基于 STM32 标准库编写，主要模块：系统初始化、超声波测距、PCF8591 读取 ADC、LCD12864 显示、串口发送、电机 PWM 控制、按键检测、声光报警。
4.1 主程序逻辑
- 系统初始化：GPIO、定时器、I2C、串口、LCD、中断初始化；
- 循环读取超声波模块，获取左右障碍物距离；
- PCF8591 读取红外循迹信号与快递重量 AD 值；
- 扫描按键，判断是否开启摄像头识别、GPS 打点；
- LCD 刷新显示距离、重量参数；
- 串口向虚拟终端打印快递运输相关信息；
- 根据障碍物距离、循迹信号，控制电机正反转、舵机转向；
- 障碍物距离低于阈值，开启声光报警；
- 循环往复执行。
4.2 核心功能逻辑说明
- 超声波避障：定时器计时 Echo 高电平时间，换算距离；当距离小于设定阈值，小车减速、转向避开障碍物。
- 红外循迹：PCF8591 读取红外传感器输出，判断黑线位置，调整左右电机转速，让小车沿着轨迹前进。
- 快递重量模拟采集：电位器模拟压力传感器，AD 采样换算得到快递重量，LCD 和串口同步输出。
- 串口上位机输出：串口打印快递重量、运输目的地、摄像头状态，实现仿真环境下状态监控。
- 声光报警：障碍物过近，蜂鸣器鸣叫，LED 点亮做安全提示。
5 仿真运行效果
运行 Proteus 仿真之后：
- LCD12864 屏幕实时显示左障碍物距离 Lj、右障碍物距离 Rj，距离阈值 L=30cm，R=30cm，以及当前快递重量。
- Proteus 虚拟终端持续输出打印信息：打印小车名称、快递重量、运输目的 "辽宁省航空中心！"，同时输出摄像头开启 / 关闭提示。
- 当超声波检测障碍物距离小于阈值，LED 点亮，蜂鸣器响起声光报警，小车执行避障转向。
- 调节电位器，模拟快递重量变化，LCD 与串口终端重量数值同步更新。
- 按下对应按键，模拟开启 / 关闭摄像头识别，触发 GPS 打点寻迹功能。
- 红外循迹模块可以识别轨迹，小车沿着路线前进。
仿真完整复现快递小车循迹行走、障碍物规避、货物信息采集上报整套业务逻辑。
6 设计总结
本项目完成基于 STM32 快递运输避障小车 Proteus 仿真设计，整合超声波避障、红外循迹、ADC 重量采集、LCD 显示、串口通信、声光报警、按键交互多个模块。在仿真环境验证自动化快递运输整套逻辑，不需要实物硬件，就可以完成功能调试。
本设计可以作为单片机课程设计、嵌入式毕业设计参考，后续可以拓展方向：接入真实 GPS 模块、摄像头图像识别、WIFI 模块实现远程控制，进一步完善智能物流小车功能。
通过网盘分享的文件：仿真文件获取.zip 链接: https://pan.baidu.com/s/1V5zzxbpHc_fRqfGIzSdLfg?pwd=6666 提取码: 6666