智能模型车的设计乔世强

项目编号：福州大学本科生科研训练计划（SRTP）申请表项目名称智能模型车的设计申请者：乔世强张晓仙陈盛张坦坦黄荣清所在院系：电气工程与自动化学院指导教师：王武联系电话：[phone]电子信箱：[e-mail]申请日期：2006.10.25福州大学教务处制填表说明1、本开题报告一律用计算打印，如实填写。2、SRTP立项时间一般为1年时间，起止时间为指每年12月起至第二年12月止。3、经审批立项后，本开题报告一式三份分存教务处，学院和课题组备案、归档。4、如填表有不明事宜，请与教务处实践科或学院本科教学办联系和咨询。联系电话：7894866简况项目名称智能模型车的设计来源√A自选B导师类型A理科√B工科C管理D人文E法学F管理G其他（）起止年限2006年12月—2007年12月申请金额0.2万元项目负责人姓名乔世强性别√A.男B.女出生年月1985.12所在院系电气工程与自动化学院专业电气工程与自动化学院年级04级指导教师姓名王武性别√A.男B.女出生年月1973.09所在院系电气工程与自动化学院职称讲师学位博士项目组主要成员姓名性别出生年月所在学院专业项目中的分工签字张晓仙女1988.2电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院电源管理模块张坦坦男1984.7电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院控制软件的编程陈盛男1986.8电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院各模块的组装乔世强男1985.12电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院识别路径方案黄荣清男1984.10电气工程与自动化学院电气工程与自动化学院CCD传感器摘要（一七0字）研究主要内容及意义智能车并不是一个新鲜的话题了，从80年代开始，美国国防部制定了地面无人作战的战略计划，目的是研究一种可以在崎岖的地形上沿规划路线自主导航及躲避障碍，并在必要时重新规划线路的智能车辆。从此，在全世界掀开了全面研究智能车的序幕。智能车系统一般由电源模块、图像识别模块、直流电机驱动模块、路径识别模块、通讯及调试模块、单片机模块等组成。有助于大学生自主创新能力的提高，对于我校相关学科领域学术水平的提升也有一定帮助，最终将有助于汽车企业的自主创新，得到企业的认可。一、立项的依据和意义（包括项目的研究意义、国内外研究现状分析，特色与创新之处并附主要参考文献及出处）全国大学生智能汽车竞赛暨第一届‘飞思卡尔’杯全国大学生智能汽车邀请赛于2005年11月正式启动。该项竞赛是教育部为了加强大学生实践、创新能力和培养团队精神而设立的。全国大学生智能汽车竞赛以迅猛发展的汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科交叉的科技创意性比赛。制作智能车，需要学习和应用嵌入式软件开发工具软件codewarrior和在线开发手段，自行设计和制作可以自动识别路径的方案、电机的驱动电路、模型车的车速传感电路、模型车转向伺服电机的驱动以及微控制器MC9S12DG128控制软件的编程，等等。其专业知识涉及控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等多个学科，对学生的知识融合和实践动手能力的培养，对高等学校控制及汽车电子学科学术水平的提高，具有良好的长期的推动作用。当今，开发智能车实现无人驾驶，以减少交通事故是我们的一个梦想，也是未来研究的一个热门课题，不断完善和提高智能车模的技术，为将来把这种技术应用到实际工程中去，如自动驾驶技术可以实现汽车的自动导航，为司机当“替身”，辅助司机们把车开得又快又稳、安全可靠，在危险、有毒、有害，如消防灭火等工作环境里进行自动驾驶，有着广泛的应用发展前景。参考文献：1《韩国智能模型车技术方案分析》黄开胜金华民蒋狄南（清华大学汽车安全与节能国家重点实验室《》2《韩国FREESCALE杯大学生智能车比赛介绍》清华大学汽车工程系黄开胜3.《摩托罗拉68HC12系列微控制器原理，应用与开发技术》杨国田白焰二、研究目标、研究内容和拟解决的关键问题研究目标：制作一个能够自主识别路线的智能车，在专门设计的跑道上自动识别道路行驶。研究内容：对电源管理、路径识别、电机驱动、转向控制、车速传感等硬件结构及软件控制特点进行深入学习。智能车系统以MC9S12DG128为核心，为了使智能车能够快速行驶，单片机必须把路径的迅速判断、相应的转向伺服电机控制以及直流驱动电机的控制精密地结合在一起。如果传感器部分的数据没有正确地采集和识别，转向伺服电机控制的失当，都会造成模型车严重抖动甚至偏离赛道；如果直流电机的驱动控制效果不好，也会造成直线路段速度上不去，弯曲路段入弯速度过快等问题。拟解决的关键因素：1、外部因素外部因素主要有环境光线、赛道材质等因素。以采用光电寻迹方案的智能车为例，如果接收的信号中有很多噪声成分，或者黑白区分不清晰，就很难识别路线，从而对后续的控制过程造成很大影响。因此，合理的传感器离地间隙和反射角度、较好的滤波电路设计都是需要考虑的。2、重量因素整车质量的增加，对系统动力性有较大影响。因此，除了智能车工作必须的电路之外，应尽可能减少车重。3、发热因素当智能车行驶时追求快速时，直流电机的发热现象可能会很严重。因此，要采取适当的对策避免此现象的发生。4、车轮因素为了达到更快的速度，而且避免在拐角处的滑移现象出现，要采取各种方法改善这种状况。5、过度转向的避免由于是后轮驱动，在弯曲的路线上加速可能会出现过度转向现象，因此在车辆弯道行驶时需要小心控制车辆的转向速度。6、提高转向伺服电机的反应速度。7、探索更有效的行驶算法以及设计快速识别路线的系统。8、电源管理模块问题：对单片机系统、路径识别的光电传感器和接收器电路、车速传感器电路的电压分配问题。解决由驱动电机引起的电压瞬间下降的问题。9、路径识别模块问题：路径识别模块是智能车系统的关键模块之一，路径识别方案的好坏，直接关系到最终性能的优劣，为了可以更远更早地感知赛道的变化，打算采用CCD摄像头寻迹方案，但信号处理比较复杂，如何对摄像头记录的图像进行分割和识别，加快处理速度是摄像头方案的难点之10、整个电路的布局和设计问题三、预期的研究成果、成果的提供形式（论文、设计、产品、软件开发、专利、研究或调研报告等）、应用前景和效益分析能得到一个智能车模型，能自动识别跑道线路，并沿着跑道高速行驶。可以一实物上交，并有一篇相应的报告整理成文付上。四、拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析智能车系统划分为以下几个模块：单片机模、电源模块、传感器模块、传感器路径识别模块、直流电机驱动模块、舵机模块、测速模块等。单片机模块是智能车控制的核心部分，它接受其他模块的输入信号后经软件处理后输出控制信号到其它模块。电源模块是其它模块的基础，要选择合适的电源使其能给单片舵机及其他模块供电。智能车在行驶的过程中，CCD摄像头感知赛道的变化，对摄像头记录的图像进行分割和识别，将信号通过比较器放大后输出，将其送至单片机的I/O接口，单片机获取数据分析后判断车子是否偏离轨道及黑线（路中央）的偏离程度。在车子偏离跑道的情况下，根据偏离跑道的距离，调整舵机的转角，使车子回到正确的轨道上。车子在行驶过程中如果速度过快容易在直道和弯道的过度区冲出跑道，而速度较低是虽然可以稳定运行，但在时间上却受到很大的影响。因此我们打算采用速度传感器来控制速度。它可以测出车子当前的速度决定直流电机的加速或减速，达到控制速度的目的。可行性分析：智能车模虽结构复杂，运用模块很多，但各个模块现在已经有比较成熟的技术，另外，只能车模已经有人做过，我们可以充分借鉴其经验教训，在他们基础上进行进一步的提高。所以我们只能车模的可行性还是很高的。五、研究工作进度安排2006年12月~2007年1月底收集相关的资料，了解需要学习的软件与知识。2007年2月初~2007年3月底学习C++、单片机、传感技术2007年4月初~2007年5月初讨论智能车的整体模型和采用的技术。2007年5月初~2007年7月底制作智能车模型及编写相关的软件。2007年7月底~2007年8月初调试及写技术报告。2007年9月底到2007年12月改进六、实现本项目最终目标已具备的条件（包括过去的研究工作基础，研究人员及协作条件，实验条件）在我们上一届已经有同学做过智能车，并在第一届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车邀请赛中取得了一定的成绩，我们这次做这个智能车模型，能与之交流，吸收他们的一些经验教训。他们收集积累了很多的资料，我们可以在他们的基础上，将智能车模型发展到一个新的高度。我们参加过电子设计大赛及其培训，已经具备了一定的动手能力。参加过机器人大赛，对传感器以及智能控制有所了解。机电中心也很愿意为我们提供实验的场所以及相关的技术指导。我们小组成员关系密切，不存在沟通问题，而且学习成绩普遍良好，曾取得机器人大赛获全国二等奖，电子设计大赛获省二等奖。七、申请项目经费预算表预算支出科目金额(万元)计算根据及理由电子元件0.14电源模块，各类传感器（CCD传感器），测速模块及各种常用元件，以及考虑各种损耗。印制PCB板0.04两套PCB板方案书籍及打印费用0.02关于嵌入式系统及智能车的相关书籍。合计0.2八、指导教师意见签名：年月日九、学院SRTP领导小组意见：组长（签名）：学院盖章：年月日十、学校SRTP领导小组意见：批准资助金额：负责人（签名）：教务处盖章年月日