智能小車硬件設(shè)計(jì)開題報(bào)告

1、1本課題所涉及的問題在國內(nèi)(外)的研究現(xiàn)狀綜述： 智能小車是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、自動(dòng)駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)。它集中的運(yùn)用了計(jì)算機(jī)、傳感器、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。1、國外智能車輛的現(xiàn)狀研究國外智能車輛的研究歷史較長，始于上世紀(jì) 50 年代，它的開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根本的特征即無人駕駛。早起研制該系統(tǒng)的目的是

2、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)的開展，智能車輛的研究不斷得到新的開展。第二階段：從 80 年代中后期，世界主要興旺國家對(duì)智能車輛開展可卓有成就的研究，在歐洲，普羅米修斯工程于 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)之一就是研究開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

3、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，智能車輛的開展正處于第三階段，這一階段的研究成果代表了當(dāng)前國外智能車輛的主要開展方向。2、國內(nèi)智能車輛的現(xiàn)狀研究相比于國外，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(duì)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興旺國家，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

4、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，最頂峰值速度可達(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)到達(dá)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)建模的根底之上，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(shí)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(shí)別、行駛、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、避障和其他輔助系

5、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。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(duì) 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。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。2.本人對(duì)課題任務(wù)書提出的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求確定如下方案：在現(xiàn)有玩具車的齒輪帶動(dòng)的根底上，

6、對(duì)齒輪進(jìn)行改裝，同時(shí)用馬力比擬大的電動(dòng)機(jī)取代馬力小的電動(dòng)機(jī)通過這些改裝用來使小車的驅(qū)動(dòng)能力變大。在車模型的前面加裝反射式紅外線光電傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)線路進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，由單片機(jī)根據(jù)檢測(cè)的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的智能控制。小車還要無線接受裝置，將接收到的所有數(shù)據(jù)傳到單片機(jī)上，對(duì)小車進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。從而滿足人機(jī)控制智能化。這種方案能實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)控制，控制靈活，可靠，精度高，可滿足對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。1、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)： 方案一：用 NPN 三極管連接成雙極式 H 型控制電動(dòng)機(jī)。 用雙極式 H 型控制可以控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)及電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。由于小車需要驅(qū)動(dòng)力比擬大，所以

7、需要加載的電壓相比照擬高；三極管的基極由于外界干擾，導(dǎo)致誤通；功率大的從而使得產(chǎn)生的溫度就比擬高，使得三極管燒壞或靈敏度降低?？紤]其驅(qū)動(dòng)能力、靈敏度及散熱問題，方案一放棄。 方案二：用 L298N 驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)。L298N 是內(nèi)含兩個(gè) H 橋高電壓大電流雙橋式驅(qū)動(dòng)器可驅(qū)動(dòng) 46V，2A 以下電機(jī)?？紤]到其驅(qū)動(dòng)能力高，抗干擾強(qiáng)，并且還要專門的散熱片，同時(shí)價(jià)格方面也比擬低。綜合考慮以上條件，我選擇方案二。2、主控芯片的選擇：方案一：STC89C52STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 系統(tǒng)可編程 FLASH 存儲(chǔ)器。使用高密度非易失性存儲(chǔ)器制造，與 80C5

8、1 產(chǎn)品指令與引腳完全兼容。但是在智能尋跡方面尚有欠缺，方案一放棄。方案二：AVR 單片機(jī)AVR 單片機(jī)是高效的、低功耗的 8 位微控制器。它采用先進(jìn)的精簡(jiǎn)指令集架構(gòu)，擁有130 條匯編指令、32 個(gè) 8 位通用存放器、8K 字節(jié)的閃存存儲(chǔ)器、512 個(gè)字節(jié)的 EEPROM 和1K 字節(jié)的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，處理工作速度到達(dá) 16MIPS、并具有芯片加密功能。利用 AVR 單片機(jī)強(qiáng)大的功能部件，在不擴(kuò)展其他外圍芯片的情況下，實(shí)現(xiàn)智能小車的尋跡、壁障等功能。我選擇方案二。3、無線模塊的選擇方案一：CC1000CC1000 是一種理想的超高頻單片收發(fā) IC 它專用于低功率和低電壓類無線電產(chǎn)品，此IC

9、電路系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)用于 ISM 工業(yè)科學(xué)及醫(yī)療方面以及 SRD 短距離通訊工作頻帶，在315868 及 915MHZ 但 CC1000 很容易通過編程，使其工作在 3001000MHZ 范圍內(nèi) CC1000 的主要工作參數(shù)能通過串行總線接口編程改變，這樣使 CC1000 使用起來更靈活通常典型的系統(tǒng)是由 CC1000 與一個(gè)微控器以及一些外圍無源元件一起構(gòu)成。但由于本錢比擬高所以不采用。方案二：NRF24.L01NRF24.L01 是一款新型單片射頻收發(fā)器件,工作于 2.4 GHZ2.5 GHZ ISM 頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊,并融合了增強(qiáng)型 SHOCKB

10、URST技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。NRF24L01 功耗低,在以-6 DBM 的功率發(fā)射時(shí)，工作電流也只有 9 MA;接收時(shí)，工作電流只有 12.3 MA，多種低功率工作模式(掉電模式和空閑模式)使節(jié)能設(shè)計(jì)更方便，而且價(jià)錢比擬廉價(jià)就能到達(dá)同樣的效果，我選擇方案二。本系統(tǒng)采用 AVR 單片機(jī)作為智能小車的控制核心，小車的硬件電路組成局部包括24L01 無線模塊、L298 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊及 AVR 單片機(jī)。實(shí)現(xiàn)可行性方案：1基于 Proteus 建立智能小車系統(tǒng)電路模型2無線智能小車硬件制作。 預(yù)期目標(biāo)：（1）建立無線智能小車系統(tǒng)電路使小車能穩(wěn)定運(yùn)行。 2L298是減速電機(jī)，所

11、以能實(shí)現(xiàn)小車速度快。 3系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。3.本課題需要重點(diǎn)研究的問題及解決的思路 重點(diǎn)研究的問題：1、智能小車控制系統(tǒng)電路模型的建立及仿真。2、小車硬件各模塊之間的分布及制作。解決的思路：1、通過 PROTUES 軟件將建立的電路模型仿真并且保證能穩(wěn)定的運(yùn)行。2、制作小車過程中盡量把各局部合理布局好。4.完本錢課題所必須的工作條件如實(shí)驗(yàn)設(shè)備或?qū)嶒?yàn)環(huán)境條件、調(diào)研、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)條件等單片機(jī)開發(fā)板、電腦、Proteus、PROTEL 等開發(fā)軟件以及硬件制作焊接工具5.參考文獻(xiàn)：不少于 15 個(gè)參考文獻(xiàn)，其中應(yīng)有 1 個(gè)外文參考文獻(xiàn)1 閻石. 數(shù)字電子技術(shù)根底，北京：高等教育出版社2 肖景和，趙健.

12、 無線電遙控組建及其應(yīng)用電路，北京：人民郵電出版社 4 姚鵬，陳明. PROTEL 99SE原理圖與PCB設(shè)計(jì)教程，北京：機(jī)械出版社5 劉和平.單片機(jī)原理及應(yīng)用，重慶：重慶大學(xué)出版社6 周潤景,張麗娜.基于PROTEUS的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006.7 代啟化.PROTEUS在單片機(jī)電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用J.自動(dòng)化與儀器表,2006,(6):84 87.8 鄭賢標(biāo)，姜偉，周見行，等基于PROTEUS 的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)仿真，機(jī)電工程，2021 1： 3133， 379 朱清慧，張鳳蕊，翟天嵩，等PROTEUS 教程電子線路設(shè)計(jì)、制版與仿真M 北京： 清

13、華大學(xué)出版社， 202110 陳石龍基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)J 寧德師專學(xué)報(bào)，2021，211：161911 譚勇宏,張輝.智能尋跡小車的研究與設(shè)計(jì)J.微計(jì)算機(jī)信息,2021,3-2:310-312。12 曹建樹,曾林春等.基于單片機(jī)控制的智能尋跡小車J.微計(jì)算機(jī)信息,2021,12-2: 103- 104。13 孫肖子,張企民編著.模擬電子技術(shù)根底M.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2006,112- 457。14 沈紅衛(wèi)編著.基于單片機(jī)的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)M.北京:電子工業(yè)出版社, 2005,32- 126。15 郁有文,常建,程繼紅編著,傳感器原理及工程應(yīng)用M. 西安:西安電子科技大學(xué)

14、出版社, 2003,50-78。16 CAI ZHIXING AND TANG S X.CONTROLLABILITY AND ROBUSTNESS OF T-FUZZY SYSTEM UNDER DIRECTIONAL DISTURBANCE.FUZZY SETS 17 LEE C.FUZZY LOGIC IN CONTROL SYSTEM:FUZZY LOGIC CONTROLLER,PART I AND II.IEEE TRANS.ON SMC,1990.404-435.6. 完本錢課題的工作進(jìn)度安排1明確任務(wù)，資料檢索，學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識(shí)。 1 周2總體構(gòu)思，確定設(shè)計(jì)方案和總體結(jié)構(gòu)安排。 1.5 周3按內(nèi)容要求設(shè)計(jì)系統(tǒng)并進(jìn)行硬件制作。 每周檢查進(jìn)度 6.5 周4對(duì)