基于“飛思卡爾”單片機的智能車

1、哈 爾 濱 工 業(yè) 大 學 華 德 應 用 技 術(shù) 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 開 題 報 告題 目:基于“飛思卡爾”單片機的智能車(硬件部分設計系 (部 應用電子與通信技術(shù)系專 業(yè) 電子信息工程學 生學 號班 號指導教師開題報告日期 2011-10-17哈工大華德學院說 明一、開題報告應包括下列主要內(nèi)容:1. 通過學生對文獻論述和方案論證, 判斷是否已充分理解畢業(yè)設計 (論文 的內(nèi)容 和要求2.進度計劃是否切實可行;3.是否具備畢業(yè)設計所要求的基礎條件。4.預計研究過程中可能遇到的困難和問題,以及解決的措施;5.主要參考文獻。二、如學生首次開題報告未通過,需在一周內(nèi)再進行一次。三、開題

2、報告由指導教師填寫意見、簽字后,統(tǒng)一交所在系(部保存,以備檢查。 指導教師評語:指導教師簽字:檢查日期:一、 課 題 背 景車 與 我 們 的 社 會 生 活 息 息 相 關(guān) , 然 而 當 今 車 的 智 能 化 發(fā) 展 還 不 是 很 發(fā) 達 , 特 別 是 在 安 全 性 , 智 能 化 , 車 與 路 之 間 交 互 信 息 等 方 面 。 當 今 的 車 輛 技 術(shù) 與 未 來 的 智 能 車 輛 技 術(shù) 還 存 在 著 巨 大 的 差 距 。 今 天 的 汽 車 工 程 師 面 臨 著 巨 大 的 挑 戰(zhàn) , 需 要 在 新 舊 技 術(shù) 之 間 建 立 一 座 橋 梁 , 通 過

3、應 用 先 進 的 電 子 技 術(shù) , 信 息 技 術(shù) , 電 子 通 信 技 術(shù) 推 動 車 輛 技 術(shù) 的 革 新 與 進 步 。本 課 題 小 組 在 履 帶 車 模 的 基 礎 上 , 使 用 飛 思 卡 爾 公 司 的 MC9S12XS128 單 片 機 作 為 控 制 核 心 , 自 行 設 計 并 制 作 了 相 關(guān) 電 路 以 和 檢 測 到 道 路 周 圍 的 黑 線 信 號 處 理 以 及 對 舵 機 、 電 機 的 控 制 。 最 終 實 現(xiàn) 車 模 在 賽 道 上 通 過 自 身 控 制 以 最 短 時 間 獨 立 完 成 行 駛 和 自 動 超 車 的 功 能 。二、

4、 目 的 意 義智 能 小 車 的 應 用 越 來 越 廣 泛 , 幾 乎 滲 透 到 所 有 領 域 。 智 能 小 車 的 發(fā) 展 體 現(xiàn) 了 一 個 國 家 技 術(shù) 水 平 的 高 低 , 現(xiàn) 代 智 能 小 車 從 其 誕 生 到 現(xiàn) 在 , 已 經(jīng) 發(fā) 展 到 了 第 三 代 。 第 一 代 智 能 小 車 是 示 教 再 現(xiàn) 型 智 能 小 車 。 它 們 裝 有 記 憶 存 儲 器 , 由 人 將 作 業(yè) 的 各 種 操 作 要 求 示 范 給 智 能 小 車 , 使 之 記 住 操 作 的 程 序 和 要 領 。 當 它 接 到 再 現(xiàn) 命 令 時 , 則 自 主 地 再 現(xiàn)

5、示 教 的 動 作 。 第 二 代 智 能 小 車 是 裝 有 簡 單 計 算 機 和 簡 單 傳 感 器 的 離 線 編 程 的 工 業(yè) 智 能 小 車 。 它 能 感 知 外 界 信 息 和 進 行 “ 思 維 ”, 比 紹 一 代 智 能 小 車 更 靈 活 、 更 能 適 應 環(huán) 境 變 化 的 需 要 。 第 三 代 是 智 能 小 車 。 智 能 小 車 是 “ 其 有 感 知 、 思 維 和 動 作 的 機 器 ”。 它 裝 有 多 種 傳 感 器 , 能 識 別 作 業(yè) 環(huán) 境 , 能 自 主 決 策 , 具 有 人 類 大 腦 的 部 分 功 能 , 且 動 作 靈 活 ,

6、是 人 工 智 能 技 術(shù) 發(fā) 展 到 高 級 階 段 的 產(chǎn) 物 。 三 、 技 術(shù) 要 求1、 甲 車 和 乙 車 分 別 從 起 點 標 志 線 開 始 , 在 行 車 道 各 正 常 行 駛 一 圈 。2、 甲 、 乙 兩 車 按 圖 所 示 位 置 同 時 起 動 , 乙 車 通 過 超 車 標 志 線 后 在 超 車 區(qū) 內(nèi) 實 現(xiàn) 超 車 功 能 , 并 先 于 甲 車 到 達 終 點 標 志 線 , 即 第 一 圈 實 現(xiàn) 乙 車 超 過甲 車 。3、 甲 、 乙 兩 車 在 完 成 (2時 的 行 駛 時 間 要 盡 可 能 的 短 。4、 在 完 成 基 本 要 求 (2后

7、 , 甲 、 乙 兩 車 繼 續(xù) 行 駛 第 二 圈 , 要 求 甲 車 通 過 超 車 標 志 線 后 要 實 現(xiàn) 超 車 功 能 , 并 先 于 乙 車 到 達 終 點 標 志 線 , 即 第 二 圈 完 成 甲 車 超 過 乙 車 , 實 現(xiàn) 了 交 替 領 跑 。 甲 、 乙 兩 車 在 第 二 圈 行 駛 的 時 間 要 盡 可 能 的 短 。5、 甲 、 乙 兩 車 繼 續(xù) 行 駛 第 三 圈 和 第 四 圈 , 并 交 替 領 跑 ; 兩 車 行 駛 的 時 間 要 盡 可 能 的 短 。6、 在 完 成 上 述 功 能 后 , 重 新 設 定 甲 車 起 始 位 置 (在 離

8、起 點 標 志 線 前 進 方 向 40cm 范 圍 內(nèi) 任 意 設 定 , 實 現(xiàn) 甲 、 乙 兩 車 四 圈 交 替 領 跑 功 能 , 行 駛 時 間 要 盡 可 能 的 短 。四 、 方 案 選 擇 與 方 案 論 證1、 無 線 尋 跡 部 分利 用 RPR220紅 外 對 管 識 別 黑 線 的 原 理 :對 管 由 兩 部 分 組 成 , 一 部 分 發(fā) 出 不 同 于 外 界 光 的 特 殊 光 源 , 另 一 部 分 接 受 上 一 部 分 通 過 對 界 面 的 反 射 過 來 的 反 射 光 , 由 于 光 對 不 同 界 面 材 質(zhì) 的 反 射 光 線 的 不 同 來

9、判 斷 哪 是 軌 道 、 哪 是 邊 緣 。 可 根 據(jù) 接 收 過 來 的 光 線 的 不 同 來 決 定 小 車 是 直 接 行 駛 還 是 拐 彎 校 正 , 保 證 小 車 按 規(guī) 定 的 要 求 行 駛 。方 案 一 :由 發(fā) 光 二 極 管 與 光 敏 二 極 管 組 成 的 發(fā) 射 -接 收 一 體 電 路 。 該 方 案 控 制 方 便 , 可 以 直 接 與 單 片 機 相 連 , 而 且 成 本 較 低 , 易 于 制 作 , 但 其 缺 點 在 于 所 識 別 的 范 圍 小 , 實 時 性 比 較 差 周 圍 環(huán) 境 光 源 會 對 光 敏 二 極 管 的 接 收 產(chǎn)

10、 生 很 大 干 擾 , 一 旦 外 界 光 亮 條 件 改 變 , 很 可 能 造 成 誤 判 和 漏 判 ; 如 果 降 低 收 發(fā) 管 與 地 面 的 距 離 大 大 降 低 其 干 擾 。方 案 二 :自 制 紅 外 探 頭 電 路 。 此 種 方 法 簡 單 , 價 格 便 宜 , 靈 敏 度 可 調(diào) , 但 很 易 受 到 周 圍 環(huán) 境 影 響 , 對 周 圍 的 環(huán) 境 要 求 較 高 , 一 旦 受 到 較 強 光 照 便 會 對 信 號 的 檢 測 產(chǎn) 生 影 響 , 會 造 成 系 統(tǒng) 不 穩(wěn) 定 , 屬 應 用 于 特 定 環(huán) 境 的 電 路 。 再 加 上 時 間 有

11、 限 , 制 作 分 立 電 路 較 繁 瑣 。方 案 三 :集 成 式 紅 外 探 頭 。 可 以 采 用 集 成 斷 續(xù) 式 光 電 開 關(guān) 探 測 器 , 它 具 有 集 成 度 高 、 工 作 性 能 可 靠 的 優(yōu) 點 , 只 須 調(diào) 節(jié) 探 頭 上 的 一 個 旋 鈕 即 可 以 控 制 探 頭 的 靈 敏 度 。 此 種 探 頭 還 能 有 效 地 防 止 普 通 光 源 (如 日 光 燈 等 的 干 擾 。 但 容 易 受 外 界 的 光 線 干 擾 , 容 易 造 成 系 統(tǒng) 的 不 穩(wěn) 定 。基 于 方 案 二 與 方 案 三 的 比 較 , 采 用 方 案 一 適 應 性

12、 比 較 強 , 調(diào) 整 方 便 , 而 且 降 低 成 , 電 路 焊 接 簡 單 , 時 間 少 。 所 以 我 們 采 用 方 案 一 。2、 電 動 機 選 擇根 據(jù) 題 目 中 小 車 行 駛 全 程 的 時 間 要 求 , 應 該 盡 可 量 增 大 小 車 的 行 駛 速 度 很 快 , 所 以 采 用 直 流 電 機 , 但 是 由 于 電 池 的 電 壓 較 低 這 就 使 小 車 速 度 上 有 所 降 低 , 還 有 本 身 的 體 積 比 較 重 , 也 降 低 了 小 車 的 速 度 。 采 用 直 流 減 速 電 機 可 以 加 強 小 車 的 動 力 要 求 ,

13、并 且 其 具 有 很 大 的 轉(zhuǎn) 動 力 矩 , 不 會 在 傾 斜 面 出 現(xiàn) 堵 轉(zhuǎn) 情 況 , 但 是 速 度 過 于 緩 慢 。 所 以 最 后 還 是 采 用 直 流 電 機 。 3、 電 機 驅(qū) 動 部 分在 選 用 驅(qū) 動 模 塊 方 面 由 以 下 兩 種 方 案 :采 用 專 用 驅(qū) 動 芯 片 。 該 芯 片 集 成 度 高 , 占 用 空 間 小 , 運 用 方 便 靈 活 , 而 且 減 少 手 工 焊 接 的 不 穩(wěn) 定 , 以 及 參 數(shù) 不 匹 配 或 是 調(diào) 節(jié) 難 度 大 的 問 題 。 采 用 分 立 三 極 管 驅(qū) 動 電 路 。 該 驅(qū) 動 電 路 功

14、 能 比 較 簡 單 , 成 本 低 ; 缺 點 是 電 路 復 雜 。 采 用 N 溝 道 增 強 型 場 效 應 管 構(gòu) 建 H 橋 。 該 驅(qū) 動 電 路 能 夠 滿 足 各 種 類 型 直 流 電 機 需 求 , 并 具 有 快 速 、 精 確 、 高 效 、 低 功 耗 等 特 點 , 可 直 接 與 微 處 理 器 接 口 , 可 應 用 PWM 技 術(shù) 實 現(xiàn) 直 流 電 機 調(diào) 速 控 制 ; 缺 點 是 電 路 復 雜 , 焊 接 電 路 過 于 消 耗 時 間 。 最 后 用 電 動 機 專 用 驅(qū) 動 芯 片 可 以 達 到 預 期 的 目 標 。 故 最 后 決 定 用

15、 第 一 個 方 案 。4、 控 制 系 統(tǒng) 的 選 擇方 案 一 :單 片 機 STC89C52。 C52是 一 款 很 常 見 的 單 片 機 , 他 系 統(tǒng) 簡 單 容 易 控 制 , 很 多 初 學 者 都 選 用 這 款 單 片 機 進 行 學 習 。 但 是 它 I/O口 少 內(nèi) 部 系 統(tǒng) 集 成 度 不 高 , 編 寫 程 序 過 于 繁 多 而 且 運 行 速 度 慢 , 使 其 應 用 受 到 了 一 定 的 限 制 。方 案 二 :飛 思 卡 爾 公 司 的 單 片 機 MC9S12DG128。 這 款 單 片 機 是 一 款 十 六 位 的 單 片 機 , 而 且 內(nèi)

16、部 集 成 度 很 高 。 有 內(nèi) 部 PWM 控 制 、 8路 A/D、 串 行 數(shù) 據(jù) 通 信 和 多 個 I/O口 等 等 。 他 也 是 一 款 飛 思 卡 爾 公 司 舉 辦 的 飛 思 卡 爾 智 能 車 競 賽 的 專 用 芯 片 。 但 其 缺 點 是 靜 電 防 護 不 是 很 好 , 在 比 較 干 燥 的 場 合 容 易 產(chǎn) 生 靜 電 ?；?于 任 務 完 成 需 要 小 車 行 駛 四 圈 , 而 且 還 要 盡 可 能 短 的 時 間 。 相 對 而 言 , C52處 理 速 度 , 和 內(nèi) 部 集 成 度 都 不 是 很 好 。 這 樣 就 會 使 編 程 過 于

17、 復 雜 , 減 少 了 跳 車 的 時 間 , 所 以 綜 合 這 些 特 點 , 故 采 用 方 案 二 。五 、 控 制 部 分 流 程 圖 根據(jù)題目的要求，設計任務主要完成兩輛小車快速的完成規(guī)定的行 車路線，并可以在指定的區(qū)域完成小車智能的超車。為完成設計任務，系 統(tǒng)可以分為以下幾個部分：電機驅(qū)動部分、電源部分、無線引導部分、無 線 壁 障 部 分 、 A/D 轉(zhuǎn) 換 部 分 。 見 圖 1-1 黑 線 尋 跡 無 線 收 發(fā) 壁 障 傳 感 單片機 電 機 驅(qū) 動 穩(wěn) 壓 升 壓 圖 1-1 智 能 車 整 機 框 圖 六 、 進 度 安 排 表 1- 1 畢業(yè)設計日程安排表 日期

18、9.27 9.28-10.17 10.17 10.18-11.04 11.05-11.13 11.14 11.15-11.21 11.22-11.27 11.28-12.4 12.5 12.6-12.19 12.20 12.27 畢業(yè)設計日程安排 選題 查找資料、寫開題報告 開題 設計電路圖，元器件選購 電路基本功能完成 中期檢查 電路仿真與布線 完成單元電路的焊接與整體組裝 最終電路調(diào)試與組裝 結(jié)題驗收 整理畢業(yè)設計論文及日志 上交論文 畢業(yè)設計答辯 七 、 參 考 文 獻 【1】 郭 天 祥 攻略 電子工業(yè)出版社 【2】 例詳解 北京航空航天大學出版社 【3】 計 電子工業(yè)出版社 零點工作室 張睿