基于单片机的智能小车设计开题报告

毕业设计(论文)开题报告题目：基于单片机控制的智能小车设计课题类别：设计□√论文□学生姓名：张金行学号：201057050229班级：电子1002班专业（全称）：电子信息工程指导教师：杨安平2014年4月一、本课题设计（研究）的目的：随着计算机、微电子、信息技术的快速发展，智能化技术的发展速度也越来越快，智能化与人们生产生活的联系越来越紧密，智能化将是未来社会发展的必然趋势。随着汽车工业的迅速发展，关于智能汽车的研究也越来越受人关注，全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。智能小车由于成本低廉，甚至还能够胜任一些人类不能完成的工作，它已逐步深入到工农业以及社会的各个方面。本课题设计的智能小车中用到的红外遥控技术、语音识别技术、单片机控制系统、传感技术、自动避障技术已广泛应用于工农业生产、国防军事、医疗卫生、宇宙探测等诸多领域，特别是其在军事侦察、反恐、防暴、防核化及污染等危险和恶劣环境中有着广阔的应用前景，由此可见其有着及其重要的研究意义。本设计的智能小车要求能够实时显示时间、速度、里程，具有自动循迹、避障功能，可控制行驶车速并能准确定位停车。要求能够通过实际动手设计，学会电子产品的设计开发过程，掌握单片机的基本原理、遥控原理、显示原理，而且能够熟练进行系统的硬件电路设计、软件设计调试和掌握相关电子开发软件的使用。二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）：1研究现状智能小车、机器人的发展研究从上世纪60年代至今已有几十年的历史，自从上世纪60年代末期，第一台能够自主移动机器人问世以后，经过几十年的发展智能机器人已经从最初的示教模仿机器人发展到现在的具有感知功能的智能机器人，在技术上取得了很大的进步许多国家都对智能机器人进行了大量的研究。由于各国的科研实力不同，其水平也有高低，其中美国和日本在该项技术的研究处于领先地位。法国提出的“机器人与人工体”国家计划主要是对智能机器人的认知功能进行深入的研究，使其能够在复杂的环境中通过自主感知判断来自动执行各种动作。美国发明的智能机器人，可以帮助人们送信件、食品等生活用品，还可以牵引吸尘器来打扫卫生。日本目前已经研制成功的人形机器人，其可以模仿人们的各种面部表情而且非常逼真。近年来发明的的手术机器人已经广泛的应用在实际医疗手术中而且稳定性好，安全性高。我国的智能小车、机器人从“八五”期间的军用智能机器人的研制，“九五”期间军用“智能机器人平台2号”的研制，到“十五”期间对复杂智能机器人，危险作业机器人、仿人机器人、复合结构移动机器人的研究都取得了较大的成果。国内的许多高校也都在不停的进行着这方面的研究而且也有了层出不穷的成果，例如中科院研制的能够和人对话的机器人、上海交大研制的具有较强越障能力的仿人关节结构的机器人等。与此同时，我国也开展了智能移动机器人基础理论研究，在某些方面取得了世界领先的成果，正在逐渐缩小与发达国家的差距。2发展趋势随着各方面技术的不断进步与完善，各个国家对于智能小车、机器人的科研能力都再逐步的加强，未来的智能机器人可能会朝着以下几个方面发展：使用高强度的轻质材料让机器人的结构越来越灵巧动作执行也更加灵活；应用网络化技术来远距离操作控制机器人群体为人们工作；通过复杂生物机电系统和人机耦合系统来研究出具有仿生感知、生物神经的仿人机器人。相信未来会有具有更高智能化的、更加生动有趣的智能机器人出现在我们的周围，而且会极大的改变和方便人们的生产生活。三、设计（研究）的重点难点，拟采用的途径（研究手段）：1重点与难点由于本设计的无线遥控小车要求能够实时显示运行的时间、速度、里程，而且具有自动寻迹、寻光、避障功能，还可程控行驶速度、准确定位停车。所以本设计的重点和难点在于：如何控制步进电机的转速和转向来提高小车转向的精确性和灵活性；采用何种方法来检测小车前方的障碍并能把检测到的信号转化为高低电平输入到单片机内部然后控制小车做出相应的避障动作，考虑到在测障过程中小车车速及反应时间的限制，小车应在距障碍物40CM的范围内做出反应，这样才能顺利绕过障碍物，否则，如果范围太大则可能产生障碍物的判断失误，范围过小又很容易造成车身撞上障碍物，所以这点须认真考虑确定；由于无线通信容易受空间和距离的限制而且容易受到干扰，所以采用什么方法实现小车和控制器之间的无线通信需仔细研究确定；又因为AT89C52单片机以及外围元件的电压是TTL电平,最大的电压为5V,设计方案又是用电池供电故需设计稳压电路将供电电压转化为5V。2采用的途径本设计方案采用微处理器（AT89C52单片机）作为控制系统核心，主要由两个部分构成，红外遥控发射部分和智能小车部分。其中智能小车部分主要由以下子模块构成：CPU控制模块、电源模块、电机驱动模块、循迹避障模块、转速检测模块、红外接收器和数据显示模块组成；红外遥控发射部分主要由遥控按键、编码芯片、红外发射三个部分构成。其总体设计框图包括两个部分，如图1所示：图1系统总体设计框图用微处理器（AT89C52单片机）作为控制系统核心[1]，在本系统设计中发射端和接收端都采用3节锂电池供电作为系统的总电源,采用LM7805将12.6V电压转换5V,为了减少杂波干扰,每个芯片的电源端都要加上2个0.2uF的电容进行滤波处理。采用直流电机作为后轮驱动，用脉宽调制技术（PWM)对直流电机进行精确控制以达到控制小车行驶速度的目的，用H桥电路控制直流电机的旋转方向进而控制小车的前进和后退；用步进电机控制前轮来控制小车灵活的向左或向右转向[5]。用红外遥控系统来实现小车的无线遥控，遥控器用来产生遥控编码脉冲，驱动红外发射管输出红外遥控信号，遥控接收头完成对遥控信号的放大、检波、整形、解调出遥控编码脉冲，遥控编码脉冲是一组串行二进制码，此串行码输入到单片机中，由其内部CPU完成对遥控指令解码，并执行相应的遥控功能[8]。用红外传感器即反射式光电开关检测障碍物来实现小车的自动避障功能，反射式光电开关的发射孔和接收孔位于同一侧,光线发出后经过障碍物反射,由光敏三极管接收,然后转化为高低电平信号在单片机的输入端输入，进而控制小车做出相应的转向避障动作[8]。采用直射式光电检测器测量小车车轮转速。具体做法是:在小车的驱动轮的主轴上安装一个开有十个透光槽的圆形叶片,保持叶片和驱动轮能够同步转动，然后在驱动轮旁安装好直射式光电检测器，叶片随着车轮的转动不断切割红外发射管与红外接受管之间的光通路，当叶片转动至透光槽与光通路重合时,光通路导通，红外接受管通过电流,当叶片转动至使透光槽遮住时，光通路断开。随着车轮不断的转动,便会输出连续的脉冲序列，测出脉冲的个数便可知叶片转过的孔数,从而可计算出车轮转动的转角和转速，然后再根据车轮半径由软件编程便可算出小车运行的速度[11]。用LCD液晶显示屏直接与单片机相连组成数据显示电路。LCD液晶显示屏是一种专门用来显示字符和数字的点阵型液晶模块，它是由若干个5X7或5X11点阵字符位组成的，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔将字符隔开，行与行之间也有间隔[9]。采用3节4.2V锂电池串联共12.6V直接给步进电机供电，然后经过由LM7805稳压芯片构成的稳压电路将电压降至5V后给单片机及其外围逻辑电路供电。系统的程序流程图如图6所示：NY图6系统的程序流程图开始系统初始化接收红外遥控信号循迹前进是否有障碍物数据采集速度、距离时间测算程序自动避障子程序接收遥控停止信号停车LCD显示四、设计（研究）进度计划：第4周：查阅和收集相关文献，拟定初步设计方案第5-6周：完成资料翻译、文献综述和开题报告第7-8周：完成方案论证第9周：开始总体设计分析第10-11周：硬件电路设计第12-13周：系统软件设计第14周：撰写论文正文第15周：整理说明书（初审）第16周：准备答辩第17周：毕业答辩五、参考文献：[1]张靖武,周灵彬,方曙光.单片机原理及应用[M].第2版.电子工业出版社,2011:17-32.[2]李群芳,肖看.单片机原理接口与应用[M].北京清华大学出版社,2005:12-30.[3]周立功.ARM嵌入式系统基础教程[M].第2版.北京航空航天大学出版社.2008:2-14.[4]邹彦.DSP原理及应用[M].电子工业出版社，2012:10-15.[5]张明.步进电机的基本原理[J].机械与电子,2007(9):83-84.[6]朱淑侦,侯轩,李利民.基于89C2051的无线遥控小汽车的设计[J].电脑开发与应用，2012(12):73-78.[7]姚陪，张李坚.基于单片机控制的智能寻迹避障小车[J].机电信息，2010(12):192-193.[8]王艳.基于51单片机的红外遥控小车设计和制作[J].电子制作，2010（6）:11-13.[9]赵海兰.基于单片机的红外遥控智能小车的设计[J].电子世界，2013（2）:31-32.[10]宋新兵.自动控制电动小汽车的设计[J]，2001年全国大学生电子设计竞赛一等奖.电子世界，2002（4）：55-56.[11]尚林勇.自动往返电动小汽车的设计[J],咸宁师专学报,2002(6):39-43.[12]WangShaokun,XiaoXiao,ZhaoHongwei.TheWirelessRemoteControlCarSystemBasedOnARM9[J].2011IEEE：887-890.[13]GangWang.WirelessRemoteControlTechnologyinIntelligentBuildingsSystem[J].2010ConferenceonDependableComputing:231-233.[14]高峻,高向海,张力行,王玉花.基于FPGA的智能小车设计[J].现代电子技术，2011(3):141-143.[15]倪福银.基于DSP的智能遥控小车设计[J].计算机技术与发展，2012（3）第22卷:207-209.指导教师意见签名：月日教研室（学术小组）意见教研室主任（学术小组长）（签章）：月日