智能小車開題報(bào)告

1、 導(dǎo)師：導(dǎo)師：譚偉東 學(xué)生：學(xué)生：張明杰基于單片機(jī)的基于單片機(jī)的wifiwifi智能小車智能小車1文獻(xiàn)綜述文獻(xiàn)綜述3要研究和解決的問題要研究和解決的問題4課題的研究途徑課題的研究途徑5課題研究方法課題研究方法62課題的內(nèi)容及目的課題的內(nèi)容及目的文獻(xiàn)綜述文獻(xiàn)綜述現(xiàn)在是一個(gè)智能化的時(shí)代，許多機(jī)器設(shè)備或電子儀器都在逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化，各種智能化設(shè)備正在逐步替代人為的操作，方便我們的工作、生活。智能化設(shè)備可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個(gè)環(huán)境里自動(dòng)的運(yùn)作，不需要人為的管理，可應(yīng)用于軍事領(lǐng)域、科學(xué)勘探、和人民生活等方面。目前，在企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)不斷提高、對(duì)自動(dòng)化技術(shù)要求不斷加深的環(huán)境下，智能車輛以及在智能車輛

2、基礎(chǔ)上開發(fā)出來的產(chǎn)品已成為自動(dòng)化物流運(yùn)輸、柔性生產(chǎn)組織等系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。世界上許多國家都在積極進(jìn)行智能車輛的研究和開發(fā)設(shè)計(jì)。1. 課題研究的背景課題研究的背景 智能智能車輛也叫無人車輛，是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策車輛也叫無人車輛，是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策和多等級(jí)輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)。智能車輛的主要和多等級(jí)輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)。智能車輛的主要特點(diǎn)是在復(fù)雜的道路情況下，能自動(dòng)地操縱和駕駛車輛繞開障特點(diǎn)是在復(fù)雜的道路情況下，能自動(dòng)地操縱和駕駛車輛繞開障礙物并沿著預(yù)定的道路礙物并沿著預(yù)定的道路(軌跡軌跡)行進(jìn)。智能小車也是智能車輛的行進(jìn)。智能小車也是智能車輛的一個(gè)研究方向，它集中

3、地運(yùn)用了計(jì)算機(jī)、傳感、信息、通信、一個(gè)研究方向，它集中地運(yùn)用了計(jì)算機(jī)、傳感、信息、通信、導(dǎo)航及自動(dòng)控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。它具有道導(dǎo)航及自動(dòng)控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。它具有道路障礙自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)制動(dòng)、自動(dòng)保持安全距離、路障礙自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)制動(dòng)、自動(dòng)保持安全距離、車速和巡航控等功能車速和巡航控等功能。它可以分為三大組成部分：傳感器檢測部分、執(zhí)行部分、它可以分為三大組成部分：傳感器檢測部分、執(zhí)行部分、CPU。可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障功能，還可以擴(kuò)展循跡等功能，感知導(dǎo)引?？梢詫?shí)現(xiàn)自動(dòng)避障功能，還可以擴(kuò)展循跡等功能，感知導(dǎo)引線和障礙物。可以實(shí)現(xiàn)小車自動(dòng)識(shí)別路線，選擇正

4、確的行進(jìn)路線和障礙物?？梢詫?shí)現(xiàn)小車自動(dòng)識(shí)別路線，選擇正確的行進(jìn)路線，并檢測到障礙物自動(dòng)躲避。如果加裝無線路由器并實(shí)現(xiàn)和線，并檢測到障礙物自動(dòng)躲避。如果加裝無線路由器并實(shí)現(xiàn)和計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)通信，就可以通過電腦、手機(jī)引導(dǎo)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)通信，就可以通過電腦、手機(jī)引導(dǎo)WIFI智能小車行智能小車行駛，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示時(shí)間、速度、里程，具有自動(dòng)尋跡、尋光、駛，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示時(shí)間、速度、里程，具有自動(dòng)尋跡、尋光、避障功能，可程控行駛速度、準(zhǔn)確定位停車等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)避障功能，可程控行駛速度、準(zhǔn)確定位停車等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。時(shí)控制。1.1 智能小車的主要應(yīng)用領(lǐng)域智能小車的主要應(yīng)用領(lǐng)域a. 軍事偵察與環(huán)境探測：現(xiàn)代戰(zhàn)爭對(duì)

5、軍事偵察提出了更高軍事偵察與環(huán)境探測：現(xiàn)代戰(zhàn)爭對(duì)軍事偵察提出了更高的要求，世界各國普遍重視對(duì)軍偵察的建設(shè)，采取各種有效的要求，世界各國普遍重視對(duì)軍偵察的建設(shè)，采取各種有效措施預(yù)防敵方的突然襲擊，并廣泛應(yīng)用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，不斷措施預(yù)防敵方的突然襲擊，并廣泛應(yīng)用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，不斷研制多用途的偵察器材和探測設(shè)備，在車上裝備攝像機(jī)、安研制多用途的偵察器材和探測設(shè)備，在車上裝備攝像機(jī)、安全激光測距儀、夜視裝置和衛(wèi)星全球定位儀等設(shè)備，通過光全激光測距儀、夜視裝置和衛(wèi)星全球定位儀等設(shè)備，通過光纜操縱，完成偵察和監(jiān)視敵情、情報(bào)收集、目標(biāo)搜索和自主纜操縱，完成偵察和監(jiān)視敵情、情報(bào)收集、目標(biāo)搜索和自主巡邏等任務(wù)，進(jìn)

6、一步擴(kuò)大偵察的范圍，提高偵察的時(shí)效性和巡邏等任務(wù)，進(jìn)一步擴(kuò)大偵察的范圍，提高偵察的時(shí)效性和準(zhǔn)確性。準(zhǔn)確性。d. 智能家居：在家庭中，可以用智能小車進(jìn)行家具、遠(yuǎn)程智能家居：在家庭中，可以用智能小車進(jìn)行家具、遠(yuǎn)程控制家中的家用電器，控制室溫等等。對(duì)這種小車的研究控制家中的家用電器，控制室溫等等。對(duì)這種小車的研究，將為未來環(huán)境探測術(shù)上的有力支持。，將為未來環(huán)境探測術(shù)上的有力支持。 vb. 探測危險(xiǎn)與排除險(xiǎn)情：在戰(zhàn)場上或工程中，常常會(huì)遇到各種各樣的意外。這時(shí)，智能化探測小車就會(huì)發(fā)揮很好的作用。戰(zhàn)場上，可以使用智能車輛掃除路邊炸彈、尋找和銷毀地雷。民用方面，可以探測化學(xué)泄漏物質(zhì)，可以進(jìn)行地鐵滅火，以及在

7、強(qiáng)烈地震發(fā)生后到廢墟中尋找被埋人員等。c. 安全檢測受損評(píng)估：在工程建設(shè)領(lǐng)域，可對(duì)高速公路自動(dòng)巡跡，進(jìn)行道路質(zhì)量檢測和破壞分析檢測；對(duì)水庫堤壩、海岸護(hù)岸堤、江河大壩進(jìn)行質(zhì)量和安全性檢測。在制造領(lǐng)域，可用于工業(yè)管道中機(jī)械損傷，裂紋等缺陷的探尋，對(duì)輸油和輸氣管線的泄漏和破損點(diǎn)的查找和定位等。2.智能小車的作用和意義智能小車的作用和意義避障控制系統(tǒng)是基于自動(dòng)導(dǎo)引小車（AVauto-guide vehicle）系統(tǒng)，基于它的智能小車實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別路線，判斷并自動(dòng)避開障礙，選擇正確的行進(jìn)路線。使用傳感器感知路線和障礙并作出判斷和相應(yīng)的執(zhí)行動(dòng)作。該智能小車可以為三大組成部分：傳感器檢測部分、CPU、執(zhí)行部分

8、。機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障功能，還可以擴(kuò)展循跡等功能，感知導(dǎo)引線和障礙物?？梢詫?shí)現(xiàn)小車自動(dòng)識(shí)別路線，選擇正確的行進(jìn)路線，并檢測到障礙物自動(dòng)躲避。基于上述要求，傳感檢測部分考慮到小車一般不需要感知清晰的圖像，只要求粗略感知即可，所以可以舍棄昂貴的CCD傳感器而考慮使用價(jià)廉物美的紅外反射式傳感器來充當(dāng)。智能小車的執(zhí)行部分，是由直流電機(jī)來充當(dāng)?shù)?，主要控制小車的行進(jìn)方向和速度。2.1 智能智能小車的現(xiàn)狀：小車的現(xiàn)狀：v世界各國在智能微型車領(lǐng)域進(jìn)行了很多研究，己經(jīng)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，在探測和軍事領(lǐng)域使用特別多。智能小車發(fā)展很快，從智能玩具到其它各行業(yè)都有實(shí)質(zhì)成果。其基本可實(shí)現(xiàn)循跡、避障、檢測貼片、尋光入庫、避崖

9、等基本功能，近年來，我國也開展了很多研究工作，以滿足不同用途的需要。單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，無論是在生活，生產(chǎn)上，單片機(jī)無處不在。ATMEL公司的AT89S51單片機(jī)可以廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、工業(yè)實(shí)時(shí)控制、儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。AT89S51可以說是單片機(jī)領(lǐng)域的主流產(chǎn)品，其應(yīng)用如此廣泛，所以有必要去學(xué)習(xí)和應(yīng)用該單片機(jī)，以滿足實(shí)際產(chǎn)品開發(fā)的需要，也是適應(yīng)社會(huì)智能化、自動(dòng)化的趨勢。通過構(gòu)建智能小車系統(tǒng)，培養(yǎng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的能力。在實(shí)踐過程中，熟悉以單片機(jī)為核心控制芯片，設(shè)計(jì)小車的檢測、驅(qū)動(dòng)和顯示等外圍電路，采用智能控制算法實(shí)現(xiàn)小車的智能循跡。靈活應(yīng)用機(jī)電等相關(guān)學(xué)科

10、的理論知識(shí)，聯(lián)系實(shí)際電路設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)方法，達(dá)到理論與實(shí)踐的統(tǒng)一。在此過程中，加深對(duì)控制理論的理解和認(rèn)識(shí)。全國各高校都很重視該題目的學(xué)校和研究，全國電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目。這幾屆的電子設(shè)計(jì)大賽智能小車又在向聲控系統(tǒng)發(fā)展。比較出名的飛思卡爾智能小車更是走在前列。本設(shè)計(jì)就是在這樣的背景下提出的，本題目是結(jié)合科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計(jì)類課題。我此次的設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)循跡、避障這兩個(gè)功能。3.單片機(jī)驅(qū)動(dòng)單片機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)有直流電機(jī)有兩種方案：兩種方案：兩種方案兩種方案勿需占用單片機(jī)勿需占用單片機(jī)資源，直接選擇資源，直接選擇有有PWM功能的單功能的單片機(jī)，這樣可以片機(jī)，這樣可以實(shí)現(xiàn)

11、精確調(diào)速；實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速；利用利用db120-wg無線無線路由器，路由器，作為作為wifi連連接接模塊模塊，用，用51系列系列單片機(jī)單片機(jī)89C52做控做控制制芯片。芯片。利用現(xiàn)有利用現(xiàn)有的一些電源、驅(qū)動(dòng)的一些電源、驅(qū)動(dòng)等模塊等制作我們等模塊等制作我們的的wifi智能小車。智能小車。選選紅色紅色方案方案一、課題研究內(nèi)容與目的一、課題研究內(nèi)容與目的 本課題是結(jié)合科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計(jì)類課題。本設(shè)計(jì)的目的是WIFI智能小車能夠在電腦、手機(jī)WIFI連接控制行駛及其他的控制方式下，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示時(shí)間、速度、里程，具有自動(dòng)尋跡、尋光、避障功能，可程控行駛速度、準(zhǔn)確定位停車。路由器模塊路由器模塊89C52單片機(jī)

12、單片機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊蜂鳴器電路蜂鳴器電路照明電路照明電路攝像頭攝像頭電腦控制終端電腦控制終端電機(jī)電機(jī)圖圖2-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖v路由器用于接收電腦等終端設(shè)備發(fā)送的指令和將攝像頭采集到的視頻信號(hào)傳送到電腦等終端設(shè)備；單片機(jī)最小系統(tǒng)是整個(gè)小車的控制核心，控制著各個(gè)模塊統(tǒng)一協(xié)調(diào)工作；電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，可以使電機(jī)產(chǎn)生正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，從而使車體產(chǎn)生前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作；電機(jī)的作用就是使整個(gè)車體運(yùn)動(dòng)；電平轉(zhuǎn)換電路是將路由器輸出的3.3V串口電平轉(zhuǎn)換為單片機(jī)能判斷的高低電平；電源電路作用是為整個(gè)小車系統(tǒng)共電；舵機(jī)制作成云臺(tái)，然后裝上攝像頭，使攝像頭可實(shí)現(xiàn)上下、水平方向180度旋轉(zhuǎn)

13、調(diào)節(jié)；攝像頭用于采集視頻信號(hào)；蜂鳴器電路用于報(bào)警提示；照明電路為小車在夜間行駛提供照明。二、本課題所要研究和解決的問題：二、本課題所要研究和解決的問題：由電腦終端，通過WIFI無線網(wǎng)絡(luò)連接到路由器，再通過電腦應(yīng)用軟件，向路由器發(fā)送控制命令及數(shù)據(jù)。路由器接收到數(shù)據(jù)后通過內(nèi)部的串口發(fā)送軟件，將接收到的命令和數(shù)據(jù)，通過路由器串口發(fā)送到89C52單片機(jī)的串口端，單片機(jī)接收到這些命令后執(zhí)行相應(yīng)的指令，如：驅(qū)動(dòng)小車運(yùn)動(dòng)、舵機(jī)運(yùn)動(dòng)、蜂鳴器鳴叫、照明電路的開關(guān)等。視頻信號(hào)，通過攝像頭采集之后通過路由器發(fā)送到電腦終端，并在其應(yīng)用軟件中顯示攝像頭采集到的視頻信號(hào)。三、研究途徑三、研究途徑根據(jù)題目的要求，確定如下方

14、案：利用所學(xué)單根據(jù)題目的要求，確定如下方案：利用所學(xué)單片機(jī)知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用單片機(jī)控片機(jī)知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用單片機(jī)控制小車。在現(xiàn)有玩具電動(dòng)車的基礎(chǔ)上，加裝光制小車。在現(xiàn)有玩具電動(dòng)車的基礎(chǔ)上，加裝光電、紅外線、超聲波傳感器及金屬探測器，實(shí)電、紅外線、超聲波傳感器及金屬探測器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的速度、位置、運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)測現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車的速度、位置、運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)測量，并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然量，并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后通過改變后通過改變PWM信號(hào)的占空比，進(jìn)而單片機(jī)控信號(hào)的占空比，進(jìn)而單片機(jī)控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)向和電機(jī)轉(zhuǎn)速，才可以控制小車快制舵機(jī)的轉(zhuǎn)向和電機(jī)轉(zhuǎn)速，才可

15、以控制小車快慢速行駛，以及自動(dòng)停車，自動(dòng)尋跡等功能。慢速行駛，以及自動(dòng)停車，自動(dòng)尋跡等功能。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的智能控制。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的智能控制。四、研究方法四、研究方法1準(zhǔn)備工作準(zhǔn)備工作1. 認(rèn)真認(rèn)真詳細(xì)的閱讀任詳細(xì)的閱讀任務(wù)書，深刻了解主要?jiǎng)?wù)書，深刻了解主要的內(nèi)容和要求。的內(nèi)容和要求。2. 查閱查閱與智能小車相關(guān)與智能小車相關(guān)的書籍，了解智能小車的書籍，了解智能小車的工作原理。的工作原理。3. 根據(jù)根據(jù)控制要求初步控制要求初步確定所使用的元器件。確定所使用的元器件。4. 了解了解歷年全國大學(xué)生電歷年全國大學(xué)生電子競賽有關(guān)智能小車的資子競賽有關(guān)智能小車的資料。料。5. 復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)單片機(jī)的相關(guān)知識(shí)

16、單片機(jī)的相關(guān)知識(shí)，查閱與所需硬件相關(guān)的，查閱與所需硬件相關(guān)的電路設(shè)計(jì)。電路設(shè)計(jì)。2. 實(shí)施步驟實(shí)施步驟ABC1. 明確明確控制要求，控制要求，繪制電路連接圖。繪制電路連接圖。2. 參考參考文獻(xiàn)，檢文獻(xiàn)，檢查電路圖的正確查電路圖的正確性。性。3. 根據(jù)根據(jù)電路連接圖電路連接圖焊接電路板，制作焊接電路板，制作智能小車模型。智能小車模型。4. 分析分析操作流程，操作流程，繪制程序流程圖。繪制程序流程圖。5. 編寫編寫程序代碼。程序代碼。6. 運(yùn)用運(yùn)用電腦軟件初電腦軟件初步對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試步對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試。配合智能小車硬。配合智能小車硬件部分，并完善功件部分，并完善功能，達(dá)到設(shè)計(jì)要求能，達(dá)到設(shè)計(jì)要求3. 方案設(shè)計(jì)：方案設(shè)計(jì)：1. 了解了解智能小車的智能小車的組成與控制原理；組成與控制原理；2. 選擇選擇處理器和相處理器和相應(yīng)傳感器；應(yīng)傳感器； 3. 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)硬件電路；硬件電路；4. 編寫編寫程序，實(shí)現(xiàn)程序，實(shí)現(xiàn)各種實(shí)時(shí)控制各種實(shí)時(shí)控制情況情況5. 軟硬件軟硬件聯(lián)調(diào)，保聯(lián)調(diào)，保證實(shí)時(shí)控制的準(zhǔn)確證實(shí)時(shí)控制的準(zhǔn)確性；性； 6. 制作制作樣機(jī)。樣機(jī)。第第56周：消化課題，收集有關(guān)資料，選擇參考方案；周：消化課題，收集有關(guān)資料，選擇參考方案；第第78周：確定設(shè)計(jì)方案并熟悉部分器件的用途；周：確定設(shè)計(jì)方案并熟悉部分器件的用途；第第910周：劃分功能模塊，設(shè)計(jì)單元電路