基於 STM32 的物流分揀小車設計與實現

在智慧物流持續發展的今天，分揀環節的自動化與智能化程度成為提高倉儲效率的關鍵指標之一。傳統人工分揀不僅成本高，而且效率有限，因此研發一款 基於 STM32 的智能物流分揀小車 具有非常重要的工程價值。本文將從系統架構、核心功能設計到軟硬件實現流程，對該項目進行完整的技術解析。

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

一、項目背景

隨着電商行業的爆發式增長，現代倉儲系統對自動化的需求越來越高。分揀小車需要具備線路循跡、目標識別、貨物分類運輸、無線通信等能力，以適應複雜的倉庫環境。本項目基於 STM32F103C8T6 微控制器，通過多傳感器融合實現定位和路徑規劃，並通過無線通信將貨物編號與分揀指令交互，實現低成本、可擴展的物流小車解決方案。

二、系統總體設計

整個系統由四大模塊構成：

1. 控制核心模塊（STM32F103）

• 負責各傳感器數據採集
• 執行循跡算法、巡航控制
• 管理電機驅動策略
• 負責通信協議解析與任務調度
• 控制夾爪、舵機等執行機構

STM32F103 的 72MHz 主頻和豐富的外設（ADC、PWM、USART、IIC 等）能夠滿足實時控制需求。

2. 巡線與避障模塊

為了讓小車在倉庫場景中穩定運行，系統採用多種傳感器組合：

（1）紅外循跡傳感器

• 多路反射式紅外陣列（如 5 路尋跡）
• 黑白線識別，輸出高低電平
• 通過加權算法實現路徑偏差計算

（2）超聲波避障模塊

• HC-SR04 或 US-015
• 實時檢測前方障礙物距離
• 與電機控制聯動，避障減速或繞行

（3）電子羅盤 / 姿態傳感器（可選）

• MPU6050 或 QMC5883
• 場景較複雜時輔助方向校正

通過多傳感器融合，小車可以在倉庫道路網絡中可靠巡線、轉彎和避障。

3. 電機驅動與機械結構

（1）驅動電機

• 兩個直流減速電機
• L298N / TB6612FNG 驅動
• PWM 調速實現平穩控制

（2）分揀機構

• 舵機驅動小型機械臂或推杆

• 可實現：

  • 左側投送
  • 右側投送
  • 中間貨箱投放

（3）車體結構

• 亞克力板或 3D 打印組件
• 低摩擦滑輪

• 可根據不同場景設計為：

  • 軌道式分揀車
  • 巡航式 AGV 小車

4. 無線通信模塊

物流系統需接入後台管理系統，因此採用以下通信方式：

（1）ESP8266（WIFI）

• 適用於倉庫局域網
• 支持 MQTT / HTTP / Websocket
• 接收分揀任務 → 解析貨物編號 → 更新路線

（2）nRF24L01（短距通信）

• 成本低、抗干擾強
• 可用於多個小車之間的協作調度

（3）藍牙模塊（調試用）

• 現場校準、速度調整、發送指令

通過無線通信，小車可隨時接收新的分揀命令，實現智能調度。

三、軟件系統設計

1. 主控流程框架

flowchart TD
A[系統初始化] --> B[傳感器檢測]
B --> C[路徑循跡控制]
C --> D{是否到達分揀點?}
D -- 是 --> E[執行分揀動作]
E --> F[繼續下一個目標]
D -- 否 --> B

2. 循跡算法（加權偏差法）

使用 5 路紅外：

根據黑線位置輸出：

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

• 偏差 > 0：右偏 → 左輪加速
• 偏差 < 0：左偏 → 右輪加速

算法簡單高效，適合 MCU 實時計算。

3. 分揀執行策略

分揀小車經過 RFID 或二維碼採集站時，會讀取貨物信息：

• 獲取 商品編號
• 通過通信模塊查詢該編號的 配送區域
• 匹配後續路線
• 到達對應分揀點時執行動作：

如：

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

動作完成後自動復位，繼續巡航。

4. 路線規劃（簡單版）

分揀倉庫通常採用站點式路徑：

起點 → S1 → S2 → S3 → S4 → 返回點

後台可實時更改任務：

• 單程配送
• 循環任務
• 多車協作規劃

在增強版本中可使用 A* 或 Dijkstra 進行動態路徑規劃。

四、硬件原理圖（邏輯框架）

主要連接結構：

• STM32 —— PWM → 電機驅動
• STM32 —— ADC → 傳感器輸入
• STM32 —— UART → ESP8266 / 藍牙
• STM32 —— IIC → MPU6050
• STM32 —— PWM → 舵機

各模塊都採用標準 2.54mm 接口，方便擴展維護。

五、系統調試與優化

1. 機械調試

• 校準車輪間距
• 調整循跡傳感器高度
• PID 參數調試（速度平穩性提升明顯）

2. 軟件調試

• 優化防抖與濾波（避免誤觸發）
• 添加速度補償，減少打滑
• 增加 watchdog 防止程序卡死

3. 無線通信優化

• MQTT QoS1 保障任務不丟失
• 增加心跳包實時監控小車在線狀態

六、項目實現效果

最終完成的小車可實現：

• 自動巡線
• 超聲波避障
• 自動識別貨物編號
• 根據指令在不同地點自動投放貨物
• 支持後台指揮與路線調整
• 多車可協作完成多個貨物的並行分揀任務

在小型倉庫或教學創新項目中表現優秀。

七、總結

基於 STM32 的物流分揀小車體系結構清晰、成本低、可擴展性強，是不錯的智能物流入門級項目。通過本項目不僅能掌握 MCU 控制、傳感器融合、電機調速、無線通信等核心技術，還可以進一步拓展 AGV 規劃、多車協作、AI 識別等方向。

該項目非常適合課程設計、畢業設計以及智能物流相關的產品雛形開發。