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摘要

本课题围绕“基于超级电容组供能的无线充电小车”展开设计与实现，目标是在保证小车稳定直线行驶的前提下，提升供电系统的安全性、循环寿命与快速补能能力。系统以STM32为主控，采用TB6612驱动双电机，结合无线充电接收模块与超级电容组构成主电源。相较传统锂电方案，超级电容具备大电流充放电能力强、循环寿命长、低温性能较好等优势，适用于频繁启停和短时高功率负载场景。硬件上，完成了电源采样、驱动控制、按键启停与OLED状态显示；软件上实现了电压采集滤波、运行状态机与低压提示策略，使系统能够实时显示电容组电压并根据按键命令实现启停控制。为适配超级电容电压随放电线性下降的特性，系统在控制中采用“固定PWM+电压监测”的轻量化策略，减少复杂传感闭环带来的资源占用，提高控制响应速度与整体鲁棒性。实验结果表明：在典型室内平整路面条件下，小车可完成连续直线行驶与重复启停，供电电压变化可被稳定监测并在OLED上实时反馈；无线充电补能后可快速恢复运行能力，系统未出现异常复位与明显失控现象。课题验证了超级电容组在小型无线供能移动平台中的可行性，为后续开展自适应速度调节、能量管理优化与路径控制拓展提供了工程基础。

目录

1. 绪论

1. 总体方案设计

1. 硬件系统设计

3.1 超级电容组与无线充电模块

3.2 主控与电机驱动电路

3.3 电压采样与显示电路

1. 软件系统设计

4.1 系统初始化流程

4.2 按键启停与直线行驶控制

4.3 电压采样与低压提示逻辑

1. 系统测试与结果分析

1. 存在问题与优化方向

1. 总结与展望

测试分析

测试围绕“供能稳定性、控制稳定性、显示可靠性、补能可用性”四个维度展开。首先进行静态电源测试：在小车静止、负载断开状态下记录超级电容组开路电压与采样显示值，结果显示OLED电压读数与万用表测量值误差保持在可接受范围内，说明ADC采样链路和分压参数配置正确。随后进行动态负载测试：电机以固定PWM驱动直线行驶，连续记录电容电压变化与启停响应。测试中可观察到超级电容放电阶段电压近似线性下降，符合器件特性；按下PA0后，系统可在较短时间内完成“运行/停止”状态切换，未出现卡滞、误触发和重复触发，表明按键消抖与状态机逻辑有效。

在行驶稳定性方面，分别在低速、中速两档PWM下进行多轮直线测试。低速档启动柔和、方向偏差小，适合演示与精细控制；中速档机动性提升，但受地面摩擦不均和电机一致性影响，轨迹离散性有所增加。综合考虑超级电容电压下滑带来的扭矩变化，最终采用中低速折中参数以兼顾稳定与效率。针对无线充电补能，测试流程为“放电运行—停机—无线充电—再次启动”，结果显示补能后可快速恢复驱动能力，且系统上电与重启流程稳定，未出现OLED异常、驱动失步或串扰重启等问题。

低压工况测试中，当电容组电压下降至阈值附近，OLED可稳定给出低压提示，便于操作者及时充电与保护器件。需要指出的是，超级电容在末端电压区间内功率衰减较快，若仍维持固定PWM，实际车速会下降并可能影响直线性。因此后续建议引入“电压前馈补偿”或“分段PWM调度”，在电压下降时适度修正占空比，以提升全程速度一致性。此外，可增加电流采样与温升监测，建立更完整的能量管理模型。总体来看，本系统已实现预期功能，具备较好的工程可实现性与扩展潜力。