M-Design创意设计竞赛项目报告

项目名称：基于ESP32C3的智能巡线小车设计

1. 项目介绍和创意介绍

项目介绍

本项目是参加2025茂泽电子M-Design创意设计竞赛方向一边缘智能、智能设备。本项目设计并实现了一款基于ESP32C3微控制器的智能巡线小车。小车通过五路灰度传感器检测地面黑线，从而完成巡线的任务。电源管理模块采用LM2596和AMS1117-adj，电机驱动模块选用TB6612，内置MOS管防反接电路和快恢复保险丝，确保电路安全。此外，通过ADC采集电池电压，实现了电量监测与提示功能。项目使用米斯奇（Mixly）进行图形化编程，并结合自制的3D建模小车结构，完成了硬件与软件的集成。

创意介绍

本项目的创意点主要体现在以下几个方面：

1. 多传感器融合：采用五路灰度传感器，提高了巡线的精度和稳定性。
2. 智能化电源管理：通过ADC实时监测电池电压，并结合提示灯提醒用户及时充电，提升了小车的实用性。
3. 电路保护设计：内置MOS管防反接电路和快恢复保险丝，有效防止电源反接和过流损坏电路。
4. 图形化编程：使用米斯奇进行开发，降低了编程门槛，适合初学者快速上手。

2. 简短的使用到的硬件介绍

主要硬件清单

1. ESP32C3微控制器：主控芯片，负责传感器数据采集、电机控制和电池电压监测。
2. 五路灰度传感器：用于检测地面黑线，输出模拟信号。
3. LM2596 DCDC模块：将7.5V锂电池电压降压至5V，为电机驱动模块供电。
4. AMS1117-adj稳压模块：将5V电压降压至3.3V，为ESP32C3和其他低功耗器件供电。
5. TB6612电机驱动模块：驱动TTL马达，实现小车的运动控制。
6. MOS管防反接电路：防止电源反接损坏电路。
7. 快恢复保险丝：防止电流过大损坏电路。
8. 7.5V (两节)18650锂电池：为整个系统供电。
9. LED灯：用于电池电量低时提醒用户。

3. 设计思路介绍

项目设计思路

1. 电源管理：锂电池通过LM2596降压至5V，为电机驱动模块供电；AMS1117-adj进一步降压至3.3V，为ESP32C3和其他低功耗器件供电。
2. 传感器数据采集：五路灰度传感器检测地面黑线，输出模拟信号，ESP32C3通过ADC采集传感器数据。
3. 电机控制：ESP32C3根据传感器数据生成控制信号，通过TB6612驱动TTL马达，实现小车的巡线功能。
4. 电池电压监测：ESP32C3通过ADC采集电池电压，控制提示灯的亮灭，提醒用户及时充电。
5. 电路保护：MOS管防反接电路和快恢复保险丝确保电路安全。

4. 原理图和PCB介绍

原理图

图一.5路灰度传感器设计原理图

图二.主控板设计原理图

图三.TB661模块原理图

PCB图

图四.5路灰度传感器设计PCB图

图五.主控板设计PCB图

图三.TB661模块PCB图

5. 流程框图和建模介绍

软件逻辑框图

电气连接框图

关键代码

以下是使用米斯奇生成的部分关键代码：

#include <Arduino.h>
#include <analogWrite.h>

void setup(){
  pinMode(4, INPUT);
  pinMode(19, OUTPUT);
  pinMode(12, OUTPUT);
  pinMode(18, OUTPUT);
  pinMode(0, INPUT);
  pinMode(1, INPUT);
  pinMode(2, INPUT);
  pinMode(3, INPUT);
}

void loop(){
  if (analogRead(4) >= 3100) {
    digitalWrite(19,HIGH);
    digitalWrite(12,LOW);
    digitalWrite(18,LOW);

  } else if (analogRead(4) <= 3100 && analogRead(4) >= 2600) {
    digitalWrite(18,HIGH);
    digitalWrite(19,LOW);
    digitalWrite(12,LOW);
  } else {
    digitalWrite(12,HIGH);
    digitalWrite(19,LOW);
    digitalWrite(18,LOW);

  }

  //前进

  digitalWrite(18,HIGH);
  if (analogRead(0) >= 1000 && (analogRead(1) >= 1000 && (analogRead(2) <= 1000 && (analogRead(3) >= 1000 && analogRead(4) >= 1000)))) {
    analogWrite(8, 200);
    analogWrite(6, 200);

  } else if (analogRead(0) >= 1000 && (analogRead(1) <= 1000 && (analogRead(2) <= 1000 && (analogRead(3) >= 1000 && analogRead(4) >= 1000)))) {
    analogWrite(8, 100);
    analogWrite(6, 150);
    delay(50);
  } else if (analogRead(0) >= 1000 && (analogRead(1) <= 1000 && (analogRead(2) >= 1000 && (analogRead(3) >= 1000 && analogRead(4) >= 1000)))) {
    analogWrite(8, 100);
    analogWrite(6, 200);
    delay(100);
  } else if (analogRead(0) <= 1000 && (analogRead(1) >= 1000 && (analogRead(2) >= 100 && (analogRead(3) >= 1000 && analogRead(4) >= 1000)))) {
    analogWrite(8, 100);
    analogWrite(6, 250);
    delay(100);
  } else if (analogRead(0) >= 1000 && (analogRead(1) >= 1000 && (analogRead(2) >= 1000 && (analogRead(3) <= 1000 && analogRead(4) >= 1000)))) {
    analogWrite(8, 200);
    analogWrite(6, 100);
    delay(100);
  } else if (analogRead(0) >= 1000 && (analogRead(1) >= 1000 && (analogRead(2) <= 1000 && (analogRead(3) <= 1000 && analogRead(4) >= 1000)))) {
    analogWrite(8, 150);
    analogWrite(6, 100);
    delay(50);
  } else if (analogRead(0) >= 1000 && (analogRead(1) >= 1000 && (analogRead(2) >= 1000 && (analogRead(3) >= 1000 && analogRead(4) <= 1000)))) {
    analogWrite(8, 250);
    analogWrite(6, 100);
    delay(100);
  } else if (analogRead(0) >= 1000 && (analogRead(1) >= 1000 && (analogRead(2) <= 1000 && (analogRead(3) <= 1000 && analogRead(4) <= 1000)))) {
    analogWrite(8, 250);
    analogWrite(6, 0);
    delay(500);
  } else if (analogRead(0) <= 1000 && (analogRead(1) <= 1000 && (analogRead(2) <= 1000 && (analogRead(3) >= 1000 && analogRead(4) <= 1000)))) {
    analogWrite(8, 0);
    analogWrite(6, 250);
    delay(500);
  } else {
    analogWrite(8, 0);
    analogWrite(6, 0);

  }
  delay(10);

}

6. 功能展示图及说明

功能展示

1. 巡线功能：小车能够稳定跟随黑线行驶，适应不同曲率的路径。
2. 电池电压监测：当电池电压低于设定阈值时，提示灯亮起，提醒用户充电。
3. 电路保护：电源反接或过流时，电路自动断开，保护硬件安全

建模展示

7. 设计中遇到的难题和解决方法

难题1：巡线精度不足

问题描述：初期使用三路灰度传感器时，小车在弯道处容易偏离黑线。
解决方法：增加传感器数量至五路，优化阈值参数，提高巡线精度。

难题2：电池电压监测不准确

问题描述：ADC采集的电池电压波动较大，导致提示灯频繁闪烁。
解决方法：增加软件滤波算法，平滑电压数据，提高监测准确性。

8. 对本次竞赛的心得体会

心得体会

通过本次竞赛，我深刻体会到硬件设计与软件开发的紧密结合的重要性。在项目中，我不仅学习了ESP32C3的使用方法，还掌握了传感器数据采集、电机控制、电源管理等技术。同时，米斯奇的图形化编程工具让我快速实现了功能开发，降低了编程门槛。

意见与建议

1. 增加硬件资源：建议竞赛提供更多种类的传感器和模块，以便参赛者实现更复杂的功能。
2. 优化评审标准：建议评审时不仅关注功能实现，还注重项目的创新性和实用性。

总结

本项目通过硬件与软件的结合，成功实现了一款智能巡线小车，具有较强的实用性和创新性。未来，可以进一步优化控制算法，增加更多功能，如避障、远程控制等，提升小车的智能化水平。