基于 STM32 的物流分拣小车设计与实现

在智慧物流持续发展的今天，分拣环节的自动化与智能化程度成为提高仓储效率的关键指标之一。传统人工分拣不仅成本高，而且效率有限，因此研发一款 基于 STM32 的智能物流分拣小车 具有非常重要的工程价值。本文将从系统架构、核心功能设计到软硬件实现流程，对该项目进行完整的技术解析。

源码分享

直接放到之前写的文章里了，免费开源，下载学习即可。

https://blog.csdn.net/weixin_52908342/article/details/155599451

一、项目背景

随着电商行业的爆发式增长，现代仓储系统对自动化的需求越来越高。分拣小车需要具备线路循迹、目标识别、货物分类运输、无线通信等能力，以适应复杂的仓库环境。本项目基于 STM32F103C8T6 微控制器，通过多传感器融合实现定位和路径规划，并通过无线通信将货物编号与分拣指令交互，实现低成本、可扩展的物流小车解决方案。

二、系统总体设计

整个系统由四大模块构成：

1. 控制核心模块（STM32F103）

• 负责各传感器数据采集
• 执行循迹算法、巡航控制
• 管理电机驱动策略
• 负责通信协议解析与任务调度
• 控制夹爪、舵机等执行机构

STM32F103 的 72MHz 主频和丰富的外设（ADC、PWM、USART、IIC 等）能够满足实时控制需求。

2. 巡线与避障模块

为了让小车在仓库场景中稳定运行，系统采用多种传感器组合：

（1）红外循迹传感器

• 多路反射式红外阵列（如 5 路寻迹）
• 黑白线识别，输出高低电平
• 通过加权算法实现路径偏差计算

（2）超声波避障模块

• HC-SR04 或 US-015
• 实时检测前方障碍物距离
• 与电机控制联动，避障减速或绕行

（3）电子罗盘 / 姿态传感器（可选）

• MPU6050 或 QMC5883
• 场景较复杂时辅助方向校正

通过多传感器融合，小车可以在仓库道路网络中可靠巡线、转弯和避障。

3. 电机驱动与机械结构

（1）驱动电机

• 两个直流减速电机
• L298N / TB6612FNG 驱动
• PWM 调速实现平稳控制

（2）分拣机构

• 舵机驱动小型机械臂或推杆

• 可实现：

  • 左侧投送
  • 右侧投送
  • 中间货箱投放

（3）车体结构

• 亚克力板或 3D 打印组件
• 低摩擦滑轮

• 可根据不同场景设计为：

  • 轨道式分拣车
  • 巡航式 AGV 小车

4. 无线通信模块

物流系统需接入后台管理系统，因此采用以下通信方式：

（1）ESP8266（WIFI）

• 适用于仓库局域网
• 支持 MQTT / HTTP / Websocket
• 接收分拣任务 → 解析货物编号 → 更新路线

（2）nRF24L01（短距通信）

• 成本低、抗干扰强
• 可用于多个小车之间的协作调度

（3）蓝牙模块（调试用）

• 现场校准、速度调整、发送指令

通过无线通信，小车可随时接收新的分拣命令，实现智能调度。

三、软件系统设计

1. 主控流程框架

flowchart TD
A[系统初始化] --> B[传感器检测]
B --> C[路径循迹控制]
C --> D{是否到达分拣点?}
D -- 是 --> E[执行分拣动作]
E --> F[继续下一个目标]
D -- 否 --> B

2. 循迹算法（加权偏差法）

使用 5 路红外：

根据黑线位置输出：

偏差 = (-2)*S1 + (-1)*S2 + 0*S3 + (1)*S4 + (2)*S5

• 偏差 > 0：右偏 → 左轮加速
• 偏差 < 0：左偏 → 右轮加速

算法简单高效，适合 MCU 实时计算。

3. 分拣执行策略

分拣小车经过 RFID 或二维码采集站时，会读取货物信息：

• 获取 商品编号
• 通过通信模块查询该编号的 配送区域
• 匹配后续路线
• 到达对应分拣点时执行动作：

如：

if(target == LEFT_BIN){
   
    Servo_SetAngle(30); // 推入左侧
}
else if(target == RIGHT_BIN){
   
    Servo_SetAngle(150); // 推入右侧
}

动作完成后自动复位，继续巡航。

4. 路线规划（简单版）

分拣仓库通常采用站点式路径：

起点 → S1 → S2 → S3 → S4 → 返回点

后台可实时更改任务：

• 单程配送
• 循环任务
• 多车协作规划

在增强版本中可使用 A* 或 Dijkstra 进行动态路径规划。

四、硬件原理图（逻辑框架）

主要连接结构：

• STM32 —— PWM → 电机驱动
• STM32 —— ADC → 传感器输入
• STM32 —— UART → ESP8266 / 蓝牙
• STM32 —— IIC → MPU6050
• STM32 —— PWM → 舵机

各模块都采用标准 2.54mm 接口，方便扩展维护。

五、系统调试与优化

1. 机械调试

• 校准车轮间距
• 调整循迹传感器高度
• PID 参数调试（速度平稳性提升明显）

2. 软件调试

• 优化防抖与滤波（避免误触发）
• 添加速度补偿，减少打滑
• 增加 watchdog 防止程序卡死

3. 无线通信优化

• MQTT QoS1 保障任务不丢失
• 增加心跳包实时监控小车在线状态

六、项目实现效果

最终完成的小车可实现：

• 自动巡线
• 超声波避障
• 自动识别货物编号
• 根据指令在不同地点自动投放货物
• 支持后台指挥与路线调整
• 多车可协作完成多个货物的并行分拣任务

在小型仓库或教学创新项目中表现优秀。

七、总结

基于 STM32 的物流分拣小车体系结构清晰、成本低、可扩展性强，是不错的智能物流入门级项目。通过本项目不仅能掌握 MCU 控制、传感器融合、电机调速、无线通信等核心技术，还可以进一步拓展 AGV 规划、多车协作、AI 识别等方向。

该项目非常适合课程设计、毕业设计以及智能物流相关的产品雏形开发。