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1、 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 題目 基于51單片機的智能小車硬件設(shè)計 專 業(yè) 名 稱 通信工程 班 級 學 號 10042301 學 生 姓 名 雷勵 指 導 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)都有實質(zhì)成果。其基本可實現(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)計主要實現(xiàn)循跡避障這兩個功能。 智能車輛也叫無人車輛，是一個集環(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識別、自動報警、自動制動、自動保持安全距離、車速和巡航控制等功能。智能車輛的主要特點是在復雜的道路情況下，能自動的操縱和駕駛車輛繞開障礙物并沿著預訂的道路進行。智能小車主要運用領(lǐng)域包括軍事偵察與環(huán)境檢測、探測危險與排除險情、安全檢測受損評估、智能家居。 智能化作為現(xiàn)代社會的新產(chǎn)物，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預先設(shè)定的模式在一個特定的環(huán)境里自動的運作，無需人為管理，便可以完成預期所要達到的或是更高的目標。同遙控小車不同

3、，遙控小車需要人為控制轉(zhuǎn)向、啟停和進退，比較先進的遙控車還能控制其速度，而智能小車，則可以通過計算機編程來實現(xiàn)其對行駛方向、啟停以及速度的控制，無需人工干預，是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策，自動行駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，它集中地運用了計算機、傳感、信息、通信、導航、人工智能及自動控制等技術(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50年代。它的發(fā)展歷程大體可以分成三個階段： 第一階段 20世紀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)了世界上第一臺自主引導車系統(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，普羅米修斯項目開始在這個領(lǐng)域的探索。在美洲，美國成立了國家自動高速公路系統(tǒng)聯(lián)盟（NAHSC）。在亞洲，日本成立了高速公路先進巡航/輔助駕駛研究會。 第三階段 從90年代開始，智能車輛進入了深入、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（Carnegie Mellon University）機器人研究所一共完成了Navlab系列的10臺自主車（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80年代。而且大多數(shù)研究處在于針對某個單項技術(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）中國第一汽車集團公司和國防科技大學機電工程與自動化學院與2003年研制成功我國第一輛自主駕駛轎車。 （2）南京理工大學、北京理工大學、浙江大學、國防科技大學、清華大學等多所院校聯(lián)合研制了7B.8軍用室外自主車，該車裝有彩色攝像機、激光雷達、陀螺慣導定位等傳感器。 可以預計，我國飛速發(fā)展的經(jīng)濟實力將為智能車輛的研究提供一個更加廣闊的前景。因此，對智能小車進行深入細致的研究，不但能加深課堂上

6、學到的理論知識，更能將理論轉(zhuǎn)化為實際運用，為將來打下堅實的基礎(chǔ)。 二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）： 國外智能車輛的研究歷史較長，始于上世紀50年代，它的發(fā)展歷程大致可以分為三個階段： 第一階段：20世紀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)出了世界上第一臺自主引導車系統(tǒng)，該系統(tǒng)只是一個運行在固定路線上的拖車式運貨平臺，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輸?shù)淖詣踊?，應用領(lǐng)域僅局限于倉庫內(nèi)的物品運輸，隨著計算機的應用和傳感器技術(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，普羅米修斯項目于1986年開始了在這個領(lǐng)域的探索，在美洲，美國于1995年成立了國家自動高速公路系統(tǒng)聯(lián)盟，其目標之一就是研究發(fā)展智能車輛的可行性，并促進智能車輛技術(shù)進入實用化，在亞洲，日本與1996年成立了高速公路先進巡航/輔助駕駛演劇協(xié)會，主要目的是研制自動車輛導航的方法，促進日本智能車輛的整體進步。進入80年代中期，設(shè)計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。 第三階段：從90年代開始，智能車輛進入了深入、系統(tǒng)、大規(guī)模的研究階段。最為突出的是，美國卡內(nèi)基-梅隴大學機器

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80年代，而且大多數(shù)研究尚處于針對某個單項技術(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： 中國第一汽車集團公司和國防科技大學機電工程與自動化學院于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170km/h，并且具有超車功能，其總體技術(shù)性能和指標已經(jīng)達到了世界先進水平。 上海交通大學應用現(xiàn)代控制理論設(shè)計出了一種自動駕駛汽車模型，該模型在汽車系統(tǒng)的動力學建模的基礎(chǔ)之上，設(shè)計了自動駕駛的專項系統(tǒng)，它能根據(jù)玩到的彎曲變化程度實時的計算出車輛的轉(zhuǎn)向盤角度，控制車輛按照預設(shè)道路行駛。 吉林大學設(shè)計并制造了一輛用CCD識別地面鋪設(shè)的條狀路標導航的智能車輛，車輛由圖像識別、行駛、轉(zhuǎn)向、制動、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型線等軌跡自動行駛，車速可達20km/h。 在國家科工委和國家862計劃的資助下，清華大學計算機系智能技術(shù)與系統(tǒng)國家重點實驗室

10、自1988年開始研制的THMR系列移動機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)隊伍。并且各個交通、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，整個社會的關(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)水平一定會得到很大的提高。

11、 三、研究內(nèi)容及實驗方案： 1.研究內(nèi)容 本課題主要開發(fā)一個能自動循跡，自動避障，自動避懸崖，超聲波測距和紅外遙控的智能小車控制系統(tǒng)。設(shè)計主要以簡易智能機器人為開發(fā)平臺，選擇通用、價廉的STC89C51單片機為控制平臺，選擇常見的電機模型車為機械平臺，通過細化設(shè)計要求，結(jié)合傳感器技術(shù)和電機控制技術(shù)相關(guān)知識實現(xiàn)小車的各種功能。設(shè)計完成以由紅外線對管的自動尋跡、紅外線自動避障避懸崖、超聲波測距、紅外線遙控組成的硬件模塊結(jié)合軟件設(shè)計組成多功能智能小車，共同實現(xiàn)小車的前進倒退、轉(zhuǎn)向行駛，自動根據(jù)地面黑線尋跡導航，檢測障礙物或懸崖后停止，紅外人工遙控等功能，實現(xiàn)智能控制，達到設(shè)計目標。

12、2.實驗方案 本設(shè)計以兩直流電動機為主驅(qū)動，通過各類傳感器件來采集各類信息，送入主控單元STC89C51單片機處理數(shù)據(jù)后完成相應動作，以達到自身控制。電機驅(qū)動電路采用H橋驅(qū)動模塊--雙L298步進/直流電機驅(qū)動板 ，能同時驅(qū)動4個直流電機和2個步進電機[3]；避障和避懸崖采用紅外光電開關(guān)來完成，自動尋跡采用紅外發(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動作，實現(xiàn)了智能控制，相當于簡易機器人。 根據(jù)設(shè)計的作品要達到的效果，本系統(tǒng)以STC89C51為核心控制器，主要由電

13、源模塊、電機驅(qū)動模塊、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、主要特色及工作進度 目標：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，要實現(xiàn)的主要目標有：（1）多傳感器組成的傳感器網(wǎng)絡調(diào)節(jié)電路。（2）無線電遙控信息和傳感器信息的單片機采集。（3）自動避障、無線遙控機車運動、液晶顯示機車運動狀態(tài)。 特色：控制者可遠程遙控智能小車的運動軌跡，同時實現(xiàn)自主避障，選擇可通過的路線。遙控端可實時了解機車的運動狀態(tài)，當控制者不能看到機車時，依然能做出正確的反應，控制者調(diào)整運動軌跡。

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

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