基于單片機(jī)的智能小車(chē)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告題目： 基于單片機(jī)控制的智能小車(chē)設(shè)計(jì) 課 題 類(lèi) 別： 設(shè)計(jì) 論文學(xué) 生 姓 名： 張金行學(xué) 號(hào)： 201057050229班 級(jí)： 電子1002班專(zhuān)業(yè)（全稱(chēng)）： 電子信息工程指 導(dǎo) 教 師： 楊安平2014年4月一、 本課題設(shè)計(jì)（研究）的目的：隨著計(jì)算機(jī)、微電子、信息技術(shù)的快速發(fā)展，智能化技術(shù)的發(fā)展速度也越來(lái)越快，智能化與人們生產(chǎn)生活的聯(lián)系越來(lái)越緊密，智能化將是未來(lái)社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。隨著汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于智能汽車(chē)的研究也越來(lái)越受人關(guān)注，全國(guó)電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車(chē)這方面的題目，全國(guó)各高校也都很重視該題目的研究。智能小車(chē)由于成本低廉，甚至還能夠

2、勝任一些人類(lèi)不能完成的工作，它已逐步深入到工農(nóng)業(yè)以及社會(huì)的各個(gè)方面。本課題設(shè)計(jì)的智能小車(chē)中用到的紅外遙控技術(shù)、語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)、單片機(jī)控制系統(tǒng)、傳感技術(shù)、自動(dòng)避障技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、宇宙探測(cè)等諸多領(lǐng)域，特別是其在軍事偵察、反恐、防暴、防核化及污染等危險(xiǎn)和惡劣環(huán)境中有著廣闊的應(yīng)用前景，由此可見(jiàn)其有著及其重要的研究意義。本設(shè)計(jì)的智能小車(chē)要求能夠?qū)崟r(shí)顯示時(shí)間、速度、里程，具有自動(dòng)循跡、避障功能，可控制行駛車(chē)速并能準(zhǔn)確定位停車(chē)。要求能夠通過(guò)實(shí)際動(dòng)手設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程，掌握單片機(jī)的基本原理、遙控原理、顯示原理，而且能夠熟練進(jìn)行系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)調(diào)試和掌握相

3、關(guān)電子開(kāi)發(fā)軟件的使用。 2、 設(shè)計(jì)（研究）現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)（文獻(xiàn)綜述）：1研究現(xiàn)狀智能小車(chē)、機(jī)器人的發(fā)展研究從上世紀(jì)60年代至今已有幾十年的歷史，自從上世紀(jì)60年代末期，第一臺(tái)能夠自主移動(dòng)機(jī)器人問(wèn)世以后，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展智能機(jī)器人已經(jīng)從最初的示教模仿機(jī)器人發(fā)展到現(xiàn)在的具有感知功能的智能機(jī)器人，在技術(shù)上取得了很大的進(jìn)步許多國(guó)家都對(duì)智能機(jī)器人進(jìn)行了大量的研究。由于各國(guó)的科研實(shí)力不同，其水平也有高低，其中美國(guó)和日本在該項(xiàng)技術(shù)的研究處于領(lǐng)先地位。法國(guó)提出的“機(jī)器人與人工體”國(guó)家計(jì)劃主要是對(duì)智能機(jī)器人的認(rèn)知功能進(jìn)行深入的研究，使其能夠在復(fù)雜的環(huán)境中通過(guò)自主感知判斷來(lái)自動(dòng)執(zhí)行各種動(dòng)作。美國(guó)發(fā)明的智能機(jī)器人，

4、可以幫助人們送信件、食品等生活用品，還可以牽引吸塵器來(lái)打掃衛(wèi)生。日本目前已經(jīng)研制成功的人形機(jī)器人，其可以模仿人們的各種面部表情而且非常逼真。近年來(lái)發(fā)明的的手術(shù)機(jī)器人已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在實(shí)際醫(yī)療手術(shù)中而且穩(wěn)定性好，安全性高。我國(guó)的智能小車(chē)、機(jī)器人從“八五”期間的軍用智能機(jī)器人的研制，“九五”期間軍用“智能機(jī)器人平臺(tái)2號(hào)”的研制，到“十五”期間對(duì)復(fù)雜智能機(jī)器人，危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人、仿人機(jī)器人、復(fù)合結(jié)構(gòu)移動(dòng)機(jī)器人的研究都取得了較大的成果。國(guó)內(nèi)的許多高校也都在不停的進(jìn)行著這方面的研究而且也有了層出不窮的成果，例如中科院研制的能夠和人對(duì)話(huà)的機(jī)器人、上海交大研制的具有較強(qiáng)越障能力的仿人關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人等。與此同時(shí)

5、，我國(guó)也開(kāi)展了智能移動(dòng)機(jī)器人基礎(chǔ)理論研究，在某些方面取得了世界領(lǐng)先的成果，正在逐漸縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距。2發(fā)展趨勢(shì)隨著各方面技術(shù)的不斷進(jìn)步與完善，各個(gè)國(guó)家對(duì)于智能小車(chē)、機(jī)器人的科研能力都再逐步的加強(qiáng)，未來(lái)的智能機(jī)器人可能會(huì)朝著以下幾個(gè)方面發(fā)展：使用高強(qiáng)度的輕質(zhì)材料讓機(jī)器人的結(jié)構(gòu)越來(lái)越靈巧動(dòng)作執(zhí)行也更加靈活；應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)來(lái)遠(yuǎn)距離操作控制機(jī)器人群體為人們工作；通過(guò)復(fù)雜生物機(jī)電系統(tǒng)和人機(jī)耦合系統(tǒng)來(lái)研究出具有仿生感知、生物神經(jīng)的仿人機(jī)器人。相信未來(lái)會(huì)有具有更高智能化的、更加生動(dòng)有趣的智能機(jī)器人出現(xiàn)在我們的周?chē)?，而且?huì)極大的改變和方便人們的生產(chǎn)生活。三、設(shè)計(jì)（研究）的重點(diǎn)難點(diǎn)，擬采用的途徑（研究手段）

6、： 1重點(diǎn)與難點(diǎn)由于本設(shè)計(jì)的無(wú)線(xiàn)遙控小車(chē)要求能夠?qū)崟r(shí)顯示運(yùn)行的時(shí)間、速度、里程，而且具有自動(dòng)尋跡、尋光、避障功能，還可程控行駛速度、準(zhǔn)確定位停車(chē)。所以本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于：如何控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向來(lái)提高小車(chē)轉(zhuǎn)向的精確性和靈活性；采用何種方法來(lái)檢測(cè)小車(chē)前方的障礙并能把檢測(cè)到的信號(hào)轉(zhuǎn)化為高低電平輸入到單片機(jī)內(nèi)部然后控制小車(chē)做出相應(yīng)的避障動(dòng)作，考慮到在測(cè)障過(guò)程中小車(chē)車(chē)速及反應(yīng)時(shí)間的限制，小車(chē)應(yīng)在距障礙物40CM的范圍內(nèi)做出反應(yīng)，這樣才能順利繞過(guò)障礙物，否則，如果范圍太大則可能產(chǎn)生障礙物的判斷失誤，范圍過(guò)小又很容易造成車(chē)身撞上障礙物，所以這點(diǎn)須認(rèn)真考慮確定；由于無(wú)線(xiàn)通信容易受空間和距離的限制而且

7、容易受到干擾，所以采用什么方法實(shí)現(xiàn)小車(chē)和控制器之間的無(wú)線(xiàn)通信需仔細(xì)研究確定；又因?yàn)锳T89C52單片機(jī)以及外圍元件的電壓是TTL電平,最大的電壓為5V,設(shè)計(jì)方案又是用電池供電故需設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電路將供電電壓轉(zhuǎn)化為5V。 2采用的途徑 本設(shè)計(jì)方案采用微處理器（AT89C52單片機(jī)）作為控制系統(tǒng)核心，主要由兩個(gè)部分構(gòu)成，紅外遙控發(fā)射部分和智能小車(chē)部分。其中智能小車(chē)部分主要由以下子模塊構(gòu)成：CPU控制模塊、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、循跡避障模塊、轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊、紅外接收器和數(shù)據(jù)顯示模塊組成；紅外遙控發(fā)射部分主要由遙控按鍵、編碼芯片、紅外發(fā)射三個(gè)部分構(gòu)成。其總體設(shè)計(jì)框圖包括兩個(gè)部分，如圖1所示： 圖1 系統(tǒng)總體

8、設(shè)計(jì)框圖 用微處理器（AT89C52單片機(jī)）作為控制系統(tǒng)核心1，在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中發(fā)射端和接收端都采用3節(jié)鋰電池供電作為系統(tǒng)的總電源,采用LM7805將12.6V電壓轉(zhuǎn)換5V ,為了減少雜波干擾,每個(gè)芯片的電源端都要加上2個(gè)0.2uF的電容進(jìn)行濾波處理。 采用直流電機(jī)作為后輪驅(qū)動(dòng)，用脈寬調(diào)制技術(shù)（PWM)對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行精確控制以達(dá)到控制小車(chē)行駛速度的目的，用H橋電路控制直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)而控制小車(chē)的前進(jìn)和后退；用步進(jìn)電機(jī)控制前輪來(lái)控制小車(chē)靈活的向左或向右轉(zhuǎn)向5。 用紅外遙控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)小車(chē)的無(wú)線(xiàn)遙控，遙控器用來(lái)產(chǎn)生遙控編碼脈沖，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管輸出紅外遙控信號(hào)，遙控接收頭完成對(duì)遙控信號(hào)的放大、檢波、

9、整形、解調(diào)出遙控編碼脈沖，遙控編碼脈沖是一組串行二進(jìn)制碼，此串行碼輸入到單片機(jī)中，由其內(nèi)部CPU完成對(duì)遙控指令解碼，并執(zhí)行相應(yīng)的遙控功能8。 用紅外傳感器即反射式光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)障礙物來(lái)實(shí)現(xiàn)小車(chē)的自動(dòng)避障功能，反射式光電開(kāi)關(guān)的發(fā)射孔和接收孔位于同一側(cè), 光線(xiàn)發(fā)出后經(jīng)過(guò)障礙物反射, 由光敏三極管接收,然后轉(zhuǎn)化為高低電平信號(hào)在單片機(jī)的輸入端輸入，進(jìn)而控制小車(chē)做出相應(yīng)的轉(zhuǎn)向避障動(dòng)作8。采用直射式光電檢測(cè)器測(cè)量小車(chē)車(chē)輪轉(zhuǎn)速。具體做法是: 在小車(chē)的驅(qū)動(dòng)輪的主軸上安裝一個(gè)開(kāi)有十個(gè)透光槽的圓形葉片,保持葉片和驅(qū)動(dòng)輪能夠同步轉(zhuǎn)動(dòng)，然后在驅(qū)動(dòng)輪旁安裝好直射式光電檢測(cè)器，葉片隨著車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)不斷切割紅外發(fā)射管與紅外接受

10、管之間的光通路，當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)至透光槽與光通路重合時(shí),光通路導(dǎo)通，紅外接受管通過(guò)電流,當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)至使透光槽遮住時(shí)，光通路斷開(kāi)。隨著車(chē)輪不斷的轉(zhuǎn)動(dòng),便會(huì)輸出連續(xù)的脈沖序列，測(cè)出脈沖的個(gè)數(shù)便可知葉片轉(zhuǎn)過(guò)的孔數(shù),從而可計(jì)算出車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速，然后再根據(jù)車(chē)輪半徑由軟件編程便可算出小車(chē)運(yùn)行的速度11。 用LCD液晶顯示屏直接與單片機(jī)相連組成數(shù)據(jù)顯示電路。LCD液晶顯示屏是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)顯示字符和數(shù)字的點(diǎn)陣型液晶模塊，它是由若干個(gè)5X7或5X11點(diǎn)陣字符位組成的，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔將字符隔開(kāi)，行與行之間也有間隔9。 采用3節(jié)4.2V鋰電池串聯(lián)共12.6V直接給步進(jìn)電機(jī)

11、供電，然后經(jīng)過(guò)由LM7805穩(wěn)壓芯片構(gòu)成的穩(wěn)壓電路將電壓降至5V后給單片機(jī)及其外圍邏輯電路供電。系統(tǒng)的程序流程圖如圖6所示： 開(kāi)始 系統(tǒng)初始化接收紅外遙控信號(hào) 循跡前進(jìn) 數(shù)據(jù)采集 速度、距離 時(shí)間測(cè)算程序 是否有障礙物NY LCD顯示自動(dòng)避障子程序接收遙控停止信號(hào) 停車(chē) 圖 6 系統(tǒng)的程序流程圖四、設(shè)計(jì)（研究）進(jìn)度計(jì)劃：第4周： 查閱和收集相關(guān)文獻(xiàn)，擬定初步設(shè)計(jì)方案第5-6周： 完成資料翻譯、文獻(xiàn)綜述和開(kāi)題報(bào)告第7-8周： 完成方案論證第9周： 開(kāi)始總體設(shè)計(jì)分析 第10-11周： 硬件電路設(shè)計(jì)第12-13周： 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)第14周： 撰寫(xiě)論文正文第15周： 整理說(shuō)明書(shū)（初審）第16周： 準(zhǔn)備答

12、辯第17周： 畢業(yè)答辯五、參考文獻(xiàn)：1張靖武,周靈彬,方曙光.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.第2版.電子工業(yè)出版社,2011:17-32.2李群芳,肖看.單片機(jī)原理接口與應(yīng)用M.北京清華大學(xué)出版社,2005:12-30.3周立功.ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程M.第2版.北京航空航天大學(xué)出版社.2008:2-14.4鄒 彥.DSP原理及應(yīng)用M.電子工業(yè)出版社，2012:10-15.5張 明.步進(jìn)電機(jī)的基本原理J.機(jī)械與電子, 2007(9):83-84.6朱淑偵,侯 軒,李利民.基于89C2051的無(wú)線(xiàn)遙控小汽車(chē)的設(shè)計(jì)J.電腦開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，2012(12):73-78.7姚陪，張李堅(jiān).基于單片機(jī)控制的智能尋跡避

13、障小車(chē)J.機(jī)電信息，2010(12):192-193.8王艷.基于51單片機(jī)的紅外遙控小車(chē)設(shè)計(jì)和制作J.電子制作，2010（6）:11-13.9趙海蘭.基于單片機(jī)的紅外遙控智能小車(chē)的設(shè)計(jì)J.電子世界，2013（2）:31-32.10宋新兵.自動(dòng)控制電動(dòng)小汽車(chē)的設(shè)計(jì)J，2001年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽一等獎(jiǎng).電子世界，2002（4）：55-56.11尚林勇.自動(dòng)往返電動(dòng)小汽車(chē)的設(shè)計(jì)J,咸寧師專(zhuān)學(xué)報(bào),2002(6):39-43.12Wang Shaokun,Xiao Xiao,Zhao Hongwei.The Wireless Remote Control Car System Based On ARM9J.2011 IEEE：887-890.13Gang Wang.Wireless Remote Control Technology in Intelligent Buildings S