河南理工大学智能红外避障小车开题报告.doc

河南理工大学本科毕业设计（论文）开题报告
题目名称
智能红外避障车设计
学生姓名

专业班级

学号

一、 选题的目的和意义：
　　选题目的：
　　人们在不断探讨、改造、认识自然地过程中，制造能代替人劳动的机器一直是人类的梦想。它可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要达到的或是更高的目标。智能车就是其中的一个体现。智能小车集环境感知、规划决策、自动行驶等功能于一体的综合系统，是典型的高新技术综合体。
　　目前，在企业生产技术不断提高、对自动化技术要求不断加深的环境下，智能车辆以及在智能车辆基础上开发出来的产品已经成为自动化物流运输、柔性生产组织等系统的关键设备。世界上许多国家都在积极进行智能车辆的研究和开发设计。
　　研究意义：
　　加深课堂上的学习 由于单片机教学例子有限，因此，单片机智能车能综合学生课堂上的知识来实践，使学习者更好的了解单片机的发展。通过此次的单片机寻轨车制作，使学生从理论到实践，初步体会单片机项目的设计、制作、调试和成功完成项目的过程及困难，以此学会用理论联系实际。通过对实践中出现的不足与学习来补充教学上的盲点。
　　从理论转为实际运用智能汽车是一种高新技术密集的新型汽车，是在网络环境下利用信息技术、智能控制技术、自动控制、模式识别、传感器技术、汽车电子、电气、计算机和机械等多个学科的最新科技成果，使汽车具有自动识别行驶道路、自动驾驶等先进功能.随着控制技术、计算机技术和信息技术的发展,智能车在工业生产和日常生活中已经扮演了非常重要的角色.近年来，智能车在野外、道路、现代物流及柔性制造系统中都有广泛运用，已成为人工智能领域研究和发展的热点。

二、 国内外研究综述：
　　智能化作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动运作，无需人为管理便可以完成预期所要达到的或是更高的目标。智能小车，可以通过计算机编程来实现其对行驶方向、启停以及速度的控制，无需人工干预，是一个集环境感知、规划决策，自动行驶等功能于一体的综合系统，它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。
　 国外智能车辆的研究历史较长，始于上世纪50年代。它的发展历程大体可以分成三个阶段：
　　第一阶段 20世纪50年代是智能车辆研究的初始阶段。1954年美国Barrett Electronics 公司研究开发了世界上第一台自主引导车系统AGVS（Automated Guided Vehicle System）。
　　第二阶段 从80年代中后期开始，世界主要发达国家对智能车辆开展了卓有成效的研究。在欧洲，普罗米修斯项目开始在这个领域的探索。在美洲，美国成立了国家自动高速公路系统联盟（NAHSC在亚洲，日本成立了高速公路先进巡航/辅助驾驶研究会。
　 第三阶段 从90年代开始，智能车辆进入了深入、系统、大规模研究阶段。最为突出的是，美国卡内基.梅隆大学（Carnegie Mellon University）机器人研究所一共完成了Navlab系列的10台自主车（Navlab1—Navlab10）的研究，取得了显著的成就。
　 相比于国外，我国开展智能车辆技术方面的研究起步较晚，而且大多数研究处在于针对某个单项技术研究的阶段。虽然我国在智能车辆技术方面的研究总体上落后于发达国家，并且存在一定得技术差距，但是我们也取得了一系列的成果，主要有：
　 （1）中国第一汽车集团公司和国防科技大学机电工程与自动化学院与2003年研制成功我国第一辆自主驾驶轿车。
　 （2）南京理工大学、北京理工大学、浙江大学、国防科技大学、清华大学等多所院校联合研制了7B.8军用室外自主车，该车装有彩色摄像机、激光雷达、陀螺惯导定位等传感器。
可以预计，我国飞速发展的经济实力将为智能车辆的研究提供一个更加广阔的前景。因此，对智能小车进行深入细致的研究，不但能加深课堂上学到的理论知识，更能将理论转化为实际运用，为将来打下坚实的基础。
三、 毕业设计（论文）所用的主要技术与方法：
本课题主要开发一个能自动循迹，红外遥控，超声波避障和红外避障的智能小车控制系统。设计主要以简易智能机器人为开发平台，选择芯片内存容量更大的STC89C52RC单片机为控制平台，选择常见的电机模型车为机械平台，通过细化设计要求，结合传感器技术和电机控制技术相关知识实现小车的各种功能。设计完成以由红外线对管的自动寻迹、红外线自动避障、超声波测距、红外线遥控组成的硬件模块结合软件设计组成多功能智能小车，共同实现小车的前进倒退、转向行驶，自动根据地面黑线寻迹导航，检测障碍物或悬崖后停止，红外人工遥控等功能，实现智能控制，达到设计目标。
　　　本设计以两直流电动机为主驱动，通过各类传感器件来采集各类信息，送入主控单元STC89C52RC单片机处理数据后完成相应动作，以达到自身控制。采用集成性能更强的L293D作为电机驱动芯片，选用48:1的减速比，用码盘实测（48:1强磁电机）在7.2V充电电池供电情况下，行进速度大约是0.65M/S。采用STC12C5A60S2直插式芯片，如芯片使用过程中有损坏或是不小心加密，可轻松更换芯片再使用。避障和避悬崖采用红外光电开关来完成，自动寻迹采用红外发射管和接收管光电对管寻迹传感器完成，超声波避障采用超声波发射器和接收器经锁相环电路检波完成，最后由控制单元处理数据后通过编程有序合理的将各模块信号整合在一起并完成相应动作，实现了智能控制，相当于简易机器人。
　　　根据设计的作品要达到的效果，本系统以STC89C52RC为核心控制器，主要由电源模块、电机驱动模块、寻迹模块、避障模块、超声波探测模块、红外线遥控模块等构成。系统的结构框图如下：
电源模块

遥控发射器
红外接收头

电机驱动
寻迹模块
STC89C52RC

超声波探测模块

避障模块
液晶显示模块

1．准备工作
Ø 认真详细的阅读任务书，深刻了解主要的内容和要求。
Ø 查阅与智能小车相关的书籍，了解智能小车的工作原理。
Ø 了解历年全国大学生电子竞赛有关智能小车的资料。
Ø 根据控制要求初步确定所使用的元器件。
Ø 复习单片机的相关知识，查阅与所需硬件相关的电路设计。
2. 实施步骤
Ø 明确控制要求，绘制电路连接图。
Ø 参考文献，检查电路图的正确性。
Ø 根据电路连接图焊接电路板，制作智能小车模型。
Ø 分析操作流程，绘制程序流程图。
Ø 编写程序代码。
Ø 运用电脑软件初步对程序进行调试。
Ø 配合智能小车硬件部分，并完善功能，达到设计要求。
3．设计方案
（1）电机单元方案
采用直流减速电机。直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便，小车电机内部装有减速齿轮组，所以并不需要考虑调速功能，很方便的就可以实现通过单片机对直流减速电机控制。
（2）避障单元方案
用漫反射式光电开关进行避障。光电开关的工作原理是根据光线发射头发出的光束，被物体反射，其接收电路据此做出判断反应，物体对红外光由同步回路选通而检测物体的有无。当有光线反射回来时，输出低电平。当没有光线反射回来时，输出高电平。
（3）寻迹单元方案
利用寻迹来引导小车到达用户所指定的地点。采用红外发射管和接收管光电对管寻迹传感器。红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到白色的平面后反射，若红外接收管能接收到反射回的光线则检测出白线继而输出低电平，若接收不到发射管发出的光线则检测出黑线继而输出高电平。
四、 主要参考文献与资料获得情况：
1、 曾增烽，刘浩，李雪，基于51单片机的串行通信协议的实现[J]，中国矿业大学 信电学院，221008；
2、赵海兰，基于单片机的红外遥控智能小车的设计[J]，无线互联科技-2011年3期；
3、何立民 单片机技术的现状与未来[J] 中国计算机报 1995年 No：30；
4、周淑娟，基于单片机智能寻迹小车的设计方案[J]，工业技术与职业教育-2011年6月第9卷第2期；
5、韩毅，杨天. 基于HCS12单片机的智能寻迹模型车的设计与实现[J].学术期刊，2008，29（18）：1535-1955；
6、于连国,李伟,王妍玮, 基于单片机的智能小车设计[J]
7、赵振德，多功能遥控智能小车的制作[J]，电子制作-2011年4期
8、李朝青．单片微机原理及接口技术（第三版）。 [M]北京航空航天大学出版社
9、阎 石. 数字电子技术基础（清华大学电子学教研组编 第五版）高等教育出版社
10、康华光. 电子技术基础（第五版） 高等教育出版社
11、《无线电》2009年第2期 宋泽清 关于灵活避障 快速循迹
12、 杨加国 单片机原理与应用及C51程序设计 清华大学出版社

五、 毕业设计（论文）进度安排（按周说明）
时间
毕业设计（论文）工作内容
第1周2014.3.24—2014.4.2
开题报告、文献综述
第2周2014.4.3—2014.4.9
学习基于单片机控制系统设计
第3周2014.4.10—2014.4.16
设计硬件电路，绘制电路原理图
第4—5周2014.4.17—2014.4.30
焊接硬件电路，制作样机
第6—7周2014.5.1—2014.5.13
编写程序并进行调试；期中检查
第8周2014.5.14—2014.5.20
撰写毕业论文
第9周2014.5.21—2014.5.27
进一步修改设计，整理资料文档
第10周2014.5.28—2014.6.1
完善设计，准备答辩

六、 指导教师审批意见：

指导教师： （签名）
年 月 日