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1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 題目 基于51單片機(jī)的智能小車硬件設(shè)計(jì) 專 業(yè) 名 稱 通信工程 班 級 學(xué) 號 10042301 學(xué) 生 姓 名 雷勵(lì) 指 導(dǎo) 教 師 余磊 填 表 日 期 2014 年 3 月 2 日 一、選題的依據(jù)及意義： 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、避崖等基本功能，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

2、卡爾智能小車更是走在前列。我此次的設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)循跡避障這兩個(gè)功能。 智能車輛也叫無人車輛，是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策和多等級輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)。它具有道路障礙自動(dòng)識別、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)制動(dòng)、自動(dòng)保持安全距離、車速和巡航控制等功能。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)的操縱和駕駛車輛繞開障礙物并沿著預(yù)訂的道路進(jìn)行。智能小車主要運(yùn)用領(lǐng)域包括軍事偵察與環(huán)境檢測、探測危險(xiǎn)與排除險(xiǎn)情、安全檢測受損評估、智能家居。 智能化作為現(xiàn)代社會(huì)的新產(chǎn)物，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個(gè)特定的環(huán)境里自動(dòng)的運(yùn)作，無需人為管理，便可以完成預(yù)期所要達(dá)到的或是更高的目標(biāo)。同遙控小車不同

3、，遙控小車需要人為控制轉(zhuǎn)向、啟停和進(jìn)退，比較先進(jìn)的遙控車還能控制其速度，而智能小車，則可以通過計(jì)算機(jī)編程來實(shí)現(xiàn)其對行駛方向、啟停以及速度的控制，無需人工干預(yù)，是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策，自動(dòng)行駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，它集中地運(yùn)用了計(jì)算機(jī)、傳感、信息、通信、導(dǎo)航、人工智能及自動(dòng)控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。 國外智能車輛的研究歷史較長，始于上世紀(jì)50年代。它的發(fā)展歷程大體可以分成三個(gè)階段： 第一階段 20世紀(jì)50年代是智能車輛研究的初始階段。1954年美國Barrett Electronics 公司研究開發(fā)了世界上第一臺(tái)自主引導(dǎo)車系統(tǒng)AGVS（Automated Guided Ve

4、hicle System）。 第二階段 從80年代中后期開始，世界主要發(fā)達(dá)國家對智能車輛開展了卓有成效的研究。在歐洲，普羅米修斯項(xiàng)目開始在這個(gè)領(lǐng)域的探索。在美洲，美國成立了國家自動(dòng)高速公路系統(tǒng)聯(lián)盟（NAHSC）。在亞洲，日本成立了高速公路先進(jìn)巡航/輔助駕駛研究會(huì)。 第三階段 從90年代開始，智能車輛進(jìn)入了深入、系統(tǒng)、大規(guī)模研究階段。最為突出的是，美國卡內(nèi)基.梅隆大學(xué)（Carnegie Mellon University）機(jī)器人研究所一共完成了Navlab系列的10臺(tái)自主車（Navlab1—Navlab10）的研究，取得了顯著的成就。[1] 相比于國外，我國開展智能車輛技術(shù)方面的研究起

5、步較晚，開始于20世紀(jì)80年代。而且大多數(shù)研究處在于針對某個(gè)單項(xiàng)技術(shù)研究的階段。雖然我國在智能車輛技術(shù)方面的研究總體上落后于發(fā)達(dá)國家，并且存在一定得技術(shù)差距，但是我們也取得了一系列的成果，主要有： （1）中國第一汽車集團(tuán)公司和國防科技大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院與2003年研制成功我國第一輛自主駕駛轎車。 （2）南京理工大學(xué)、北京理工大學(xué)、浙江大學(xué)、國防科技大學(xué)、清華大學(xué)等多所院校聯(lián)合研制了7B.8軍用室外自主車，該車裝有彩色攝像機(jī)、激光雷達(dá)、陀螺慣導(dǎo)定位等傳感器。 可以預(yù)計(jì)，我國飛速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)實(shí)力將為智能車輛的研究提供一個(gè)更加廣闊的前景。因此，對智能小車進(jìn)行深入細(xì)致的研究，不但能加深課堂上

6、學(xué)到的理論知識，更能將理論轉(zhuǎn)化為實(shí)際運(yùn)用，為將來打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻(xiàn)綜述）： 國外智能車輛的研究歷史較長，始于上世紀(jì)50年代，它的發(fā)展歷程大致可以分為三個(gè)階段： 第一階段：20世紀(jì)50年代是智能車輛研究的初始階段。1954年美國Barrett Electronic公司研究開發(fā)出了世界上第一臺(tái)自主引導(dǎo)車系統(tǒng)，該系統(tǒng)只是一個(gè)運(yùn)行在固定路線上的拖車式運(yùn)貨平臺(tái)，但它卻具有了智能車輛最基本的特征即無人駕駛。早起研制該系統(tǒng)的目的是為了提高倉庫運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)化水平，應(yīng)用領(lǐng)域僅局限于倉庫內(nèi)的物品運(yùn)輸，隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和傳感器技術(shù)的發(fā)展，智能車輛的研究不斷得到新的發(fā)展。

7、 第二階段：從80年代中后期，世界主要發(fā)達(dá)國家對智能車輛開展可卓有成就的研究，在歐洲，普羅米修斯項(xiàng)目于1986年開始了在這個(gè)領(lǐng)域的探索，在美洲，美國于1995年成立了國家自動(dòng)高速公路系統(tǒng)聯(lián)盟，其目標(biāo)之一就是研究發(fā)展智能車輛的可行性，并促進(jìn)智能車輛技術(shù)進(jìn)入實(shí)用化，在亞洲，日本與1996年成立了高速公路先進(jìn)巡航/輔助駕駛演劇協(xié)會(huì)，主要目的是研制自動(dòng)車輛導(dǎo)航的方法，促進(jìn)日本智能車輛的整體進(jìn)步。進(jìn)入80年代中期，設(shè)計(jì)和制造智能車輛的浪潮席卷了全世界，一大批世界著名的公司開始研制智能車輛平臺(tái)。 第三階段：從90年代開始，智能車輛進(jìn)入了深入、系統(tǒng)、大規(guī)模的研究階段。最為突出的是，美國卡內(nèi)基-梅隴大學(xué)機(jī)器

8、人研究所一共完成了Navlab系列的自主車的研究，取得了顯著的成就。 目前，智能車輛的發(fā)展正處于第三階段，這一階段的研究成果代表了當(dāng)前國外智能車輛的主要發(fā)展方向。 相比于國外，我國開展智能車輛技術(shù)方面的研究起步較晚，開始于20世紀(jì)80年代，而且大多數(shù)研究尚處于針對某個(gè)單項(xiàng)技術(shù)研究的階段。雖然我國在智能車輛技術(shù)方面的研究總體上落后于發(fā)達(dá)國家，并且存在一定的技術(shù)差距，但是我國也取得了一系列的成果，主要有： 中國第一汽車集團(tuán)公司和國防科技大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院于2003年研制成功了我國第一輛自主駕駛轎車。該自主駕駛轎車的正常交通情況下的高速公路上，形式的最高穩(wěn)定速度為為12km/h，最高峰值

9、速度可達(dá)170km/h，并且具有超車功能，其總體技術(shù)性能和指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平。 上海交通大學(xué)應(yīng)用現(xiàn)代控制理論設(shè)計(jì)出了一種自動(dòng)駕駛汽車模型，該模型在汽車系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模的基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)了自動(dòng)駕駛的專項(xiàng)系統(tǒng)，它能根據(jù)玩到的彎曲變化程度實(shí)時(shí)的計(jì)算出車輛的轉(zhuǎn)向盤角度，控制車輛按照預(yù)設(shè)道路行駛。 吉林大學(xué)設(shè)計(jì)并制造了一輛用CCD識別地面鋪設(shè)的條狀路標(biāo)導(dǎo)航的智能車輛，車輛由圖像識別、行駛、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、避障和其他輔助系統(tǒng)組成。目前，該車可以穩(wěn)定的跟蹤直線、弧線、S型線等軌跡自動(dòng)行駛，車速可達(dá)20km/h。 在國家科工委和國家862計(jì)劃的資助下，清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系智能技術(shù)與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

10、自1988年開始研制的THMR系列移動(dòng)機(jī)器人取得了很大的成功。它兼有面向高速公路和一般道路的功能，目前已經(jīng)能夠在校園的非結(jié)構(gòu)化道路環(huán)境下，進(jìn)行道路跟蹤和避障自主行駛。 智能車輛研究也是智能交通系統(tǒng)ITS的關(guān)鍵技術(shù)。目前。國內(nèi)的許多高校和科研院所都在進(jìn)行ITS關(guān)鍵技術(shù)、設(shè)備的研究，隨著ITS研究的興起，我國已形成了一支ITS技術(shù)研究開發(fā)的專業(yè)技術(shù)隊(duì)伍。并且各個(gè)交通、汽車企業(yè)越來越加大了對ITS及智能車輛技術(shù)研發(fā)的投入，整個(gè)社會(huì)的關(guān)注程度在不斷提高。交通部已將ITS研究列入“十五”科技發(fā)展計(jì)劃和2010年長期規(guī)劃。相信經(jīng)過相關(guān)領(lǐng)域的共同努力，我國ITS及智能車輛的技術(shù)水平一定會(huì)得到很大的提高。

11、 三、研究內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案： 1.研究內(nèi)容 本課題主要開發(fā)一個(gè)能自動(dòng)循跡，自動(dòng)避障，自動(dòng)避懸崖，超聲波測距和紅外遙控的智能小車控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)主要以簡易智能機(jī)器人為開發(fā)平臺(tái)，選擇通用、價(jià)廉的STC89C51單片機(jī)為控制平臺(tái)，選擇常見的電機(jī)模型車為機(jī)械平臺(tái)，通過細(xì)化設(shè)計(jì)要求，結(jié)合傳感器技術(shù)和電機(jī)控制技術(shù)相關(guān)知識實(shí)現(xiàn)小車的各種功能。設(shè)計(jì)完成以由紅外線對管的自動(dòng)尋跡、紅外線自動(dòng)避障避懸崖、超聲波測距、紅外線遙控組成的硬件模塊結(jié)合軟件設(shè)計(jì)組成多功能智能小車，共同實(shí)現(xiàn)小車的前進(jìn)倒退、轉(zhuǎn)向行駛，自動(dòng)根據(jù)地面黑線尋跡導(dǎo)航，檢測障礙物或懸崖后停止，紅外人工遙控等功能，實(shí)現(xiàn)智能控制，達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。

12、2.實(shí)驗(yàn)方案 本設(shè)計(jì)以兩直流電動(dòng)機(jī)為主驅(qū)動(dòng)，通過各類傳感器件來采集各類信息，送入主控單元STC89C51單片機(jī)處理數(shù)據(jù)后完成相應(yīng)動(dòng)作，以達(dá)到自身控制。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用H橋驅(qū)動(dòng)模塊--雙L298步進(jìn)/直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)板 ，能同時(shí)驅(qū)動(dòng)4個(gè)直流電機(jī)和2個(gè)步進(jìn)電機(jī)[3]；避障和避懸崖采用紅外光電開關(guān)來完成，自動(dòng)尋跡采用紅外發(fā)射管和接收管光電對管尋跡傳感器完成，超聲波測距采用超聲波發(fā)射器和接收器經(jīng)鎖相環(huán)電路檢波完成，最后由控制單元處理數(shù)據(jù)后通過編程有序合理的將各模塊信號整合在一起并完成相應(yīng)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了智能控制，相當(dāng)于簡易機(jī)器人。 根據(jù)設(shè)計(jì)的作品要達(dá)到的效果，本系統(tǒng)以STC89C51為核心控制器，主要由電

13、源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、尋跡模塊、避障模塊、避懸崖模塊、超聲波測距模塊、紅外線遙控模塊、磁鋼探測模塊和探測金屬模塊構(gòu)成。功能圖如下： 圖3.2 功能圖 四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度 目標(biāo)：本課題欲研究開發(fā)出一套基于無線電遙控和紅外避障的遙控智能小車，要實(shí)現(xiàn)的主要目標(biāo)有：（1）多傳感器組成的傳感器網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)電路。（2）無線電遙控信息和傳感器信息的單片機(jī)采集。（3）自動(dòng)避障、無線遙控機(jī)車運(yùn)動(dòng)、液晶顯示機(jī)車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 特色：控制者可遠(yuǎn)程遙控智能小車的運(yùn)動(dòng)軌跡，同時(shí)實(shí)現(xiàn)自主避障，選擇可通過的路線。遙控端可實(shí)時(shí)了解機(jī)車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)控制者不能看到機(jī)車時(shí)，依然能做出正確的反應(yīng)，控制者調(diào)整運(yùn)動(dòng)軌跡。

14、增強(qiáng)了機(jī)車的安全性。 工作進(jìn)度： 1至3周： 查找資料，方案論證，撰寫開題報(bào)告，英文資料翻譯 4至7周： 總體方案確定，軟件設(shè)計(jì)與編制 8至10周： 系統(tǒng)軟件調(diào)試 11至15周： 總體聯(lián)試與實(shí)驗(yàn) 16 至 18周： 撰寫論文、答辯 五、參考文獻(xiàn) [1]. [1 曾增烽，劉浩，李雪，基于51單片機(jī)的串行通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)[J]，中國礦業(yè)大學(xué) 信電學(xué)院，221008； [2]. 趙海蘭，基于單片機(jī)的紅外遙控智能小車的設(shè)計(jì)[J]，無線互聯(lián)科技-2011年3期； [3]. 何立民 單片機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀與未來[J] 中國計(jì)算機(jī)報(bào) 1995年 No：30； [4].

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