基于无线传输的智能巡航小车的设计-(2)

中北大学毕业设计开题报告学生姓名：李璐学号：0805054117学院、系：信息与通信工程学院电气工程系专业：自动化设计题目：基于无线传输的智能巡航小车的设计指导教师:贾建芳2012年3月15日毕业设计开题报告1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文献综述一、研究背景及意义智能小车，又称轮式机器人。机器人的应用越来越广泛，几乎渗透到所有领域。机器人的发展体现了一个国家技术水平的高低，现代机器人从其诞生到现在，己经发展到了第三代。第一代机器人是示教再现型机器人。它们装有记忆存储器，由人将作业的各种操作要求示范给机器人，使之记住操作的程序和要领。当它接到再现命令时，则自主地再现示教的动作。第二代机器人是装有小型计算机和简单传感器的离线编程的工业机器人。它能感知外界信息和进行“思维”，比第一代机器人更灵活、更能适应环境变化的需要。第三代是智能机器人。智能机器人是“具有感知、思维和动作的机器”。它装有多种传感器，能识别作业环境，能自主决策，具有人类大脑的部分功能，且动作灵活，是人工智能技术发展到高级阶段的产物[1]。近些年中国航天事业飞速发展，是不折不扣的航天年，随着实现载人上天以及太空行走，中国在世界的航空领域也有了一席之地。而对于地外星球的研究，智能小车也发挥着它极大的作用，可以完成星球表面岩石采集等任务，从而代替人类完成一些比较危险的工作。智能车是一个集环境感知、规划决策等功能于一体的综合系统。它在各个领域都具有广泛的应用前景[2]。与智能小车密切相关的就是无线传输技术，随着集成电路技术和计算机技术的成熟，无线通信技术向高速率、大容量、小型化的无线多媒体通信方向发展，使得各种短距离无线通信(Short-rangeWirelessCommunications)应用不断涌现，并得到了广泛的研究和使用。蓝牙V3.0、ZigBee、微波RFID(RadioFreqencyIdentification)以及60GHz毫米波个域通信(Millimeter-waveWPAN)技术等新一代短距离无线通信应用的出现，显示出短距离无线通信技术强大的生命力和广阔的应用前景[3]。二、国内外研究现状国外：移动机器人的研究始于60年代末期，斯坦福研究院的NilsNilssen和CharlesRosen等人，在1966年至1972年间研制出了名为Shakey的自主移动机器人[4]。进入20世纪80年代以后，人们的研究方向逐渐转移到了面向实际应用的室内移动机器人的研究，并逐步形成了自主式移动机器人AMR（IndoorAutonomousMobileRobot）概念[5]。美国国防高级研究计划局（DARPA）专门立项，制定了地面天人作战平台的战略计划。从此，在全世界掀开了全面研究室外移动机器人的序幕，如DARPA的“战略计算机”计划中的自主地面车辆（ALV）计划（1983～1990），能源部制订的为期10年的机器人和智能系统计划（RIPS）（1986～1995)，以及后来的空间机器人计划；日本通产省组织的极限环境下作业的机器人计划；欧洲尤里卡中的机器人计划等。初期的研究，主要从学术角度研究室外机器人的体系结构和信息处理，并建立实验系统进行验证。虽然由于80年代对机器人的智能行为期望过高，导致室外机器人的研究未达到预期的效果，但却带动了相关技术的发展，为探讨人类研制智能机器人的途径积累了经验，同时，也推动了其它国家对移动机器人的研究与开发[6]。进入90年代，随着技术的进步，移动机器人开始在更现实的基础上，开拓各个应用领域，向实用化进军。美国NASA研制的火星探测机器人索杰那于1997年登上火星，这一事件向全世界进行了报道。为了在火星上进行长距离探险，又开始了新一代样机的研制，命名为Rocky7，并在Lavic湖的岩溶流上和干枯的湖床上进行了成功的实验。德国研制了一种轮椅机器人，并在乌尔姆市中心车站的客流高峰期的环境和1998年汉诺威工业商品博览会的展览大厅环境中进行了实地现场表演。该轮椅机器人在公共场所拥挤的、有大量乘客的环境中，进行了超过36个小时的考验，所表现出的性能是其它现存的轮椅机器人或移动机器人所不可比的。这种轮椅机器人是在一个商业轮椅的基础上实现的[7]。2004年，美国的火星车“勇气”号和“机遇”号登上火星，并且圆满完成了预期的探索任务：每辆火星车都需要至少工作90个火星日（约相当于地球上的92天)，在火星上行驶总里程至少达到600米，至少造访8个不同地点，必须拍下周围环境的立体和彩色全景照片。“勇气”号和“机遇”号火星车，代表着当前世界上移动机器人的最高水平[8]。国内：国内对于移动机器人的起步比较晚。从“七五”开始，我国的移动机器人研究开始起步，经过多年来的发展，己经取得了一定的成绩。清华大学智能移动机器人于1994年通过鉴定[9]。涉及到五个方面的关键技术：基于地图的全局路径规划技术研究（准结构道路网环境下的全局路径规划、具有障碍物越野环境下的全局路径规划、自然地形环境下的全局路径规划）；基于传感器信息的局部路径规划技术研究（基于多种传感器信息的“感知一动作”行为、基于环境势场法的“感知一动作”行为、基于模糊控制的局部路径规划与导航控制）；路径规划的仿真技术研究（基于地图的全局路径规划系统的仿真模拟、室外移动机器人规划系统的仿真模拟、室内移动机器人局部路径规划系统的仿真模拟）；传感技术、信息融合技术研究[10]（差分全球卫星定位系统、磁罗盘和光码盘定位系统、超声测距系统、视觉处理技术、信息融合技术）；智能移动机器人的设计和实现（智能移动机器人THMR－III的体系结构、高效快速的数据传输技术、自动驾驶系统）[11]。香港城市大学智能设计、自动化及制造研究中心的自动导航车和服务机器人[12]。中国科学院沈阳自动化研究所的AGV和防爆机器人。中国科学院自动化所自行设计、制造的全方位移动式机器人视觉导航系统[13]。哈尔滨工业大学于1996年研制成功的导游机器人等[14]。对于无线传输技术来说，主流的无线技术不外乎FM、红外、蓝牙和2.4G，最近由2.4G技术衍生出的Kleer技术。FM无线技术，这可能是目前发展最为成熟、应用范围最广、成本最低的无线技术之一了，手边的收音机就是最简单的FM无线接收设备,缺点也很明显,音质不好,容易受干扰[15]。红外无线技术最多应用的就是遥控器，早期的一些无线鼠标也是无线传输技术；随着红外无线技术的成熟，它越来越多的被采用高高端音频产品解决方案上。最大的优点就是带宽大,缺点是指向性不好，蓝牙技术最广的应用就是蓝牙耳机。由于大部分的手机都集成蓝牙功能，而部分MP3音频产品也集成了蓝牙模块，所以蓝牙耳机“群众基础”广泛,成本稍高,带宽不大,但性能好,加密性好。2.4G技术的保密性高、省电、传输距离远等优点，被认为这是今后无线耳机的发展趋势[16]。三、本课题相关理论综述无线射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。近距离无线通信产品通常都是低成本、低功耗的，在各个领域得到广泛应用。利用无线传输对智能巡航小车的基本数据（速度、行驶距离、位置信息等），在远端进行监视（液晶或者LED上显示）或者简单的控制。本设计以无线射频识别技术为基础，进行基于单片机的智能巡航小车的硬件和软件设计[17]。短距离无线通信技术一般指作用距离在毫米级到千米级的，局部范围内的无线通信应用。短距离无线通信涵盖了无线个域网(WirelessPersonalAreaNetworks，WPAN)和无线局域网(WirelessLocalAreaNetworks，WLAN)的通信范围。其中WPAN的通信距离可达约10m左右，而WLAN的通信距离可达100m左右[18]。四、作者的总体设计思路1、在熟悉无线射频识别技术的基本理论的基础上，进一步深入分析基于无线传输的智能巡航小车的工作原理；2、分析基于无线传输的智能巡航小车的基本组成，进行系统总体方案设计；3、对核心器件包括射频芯片和单片机进行硬件选型，进行硬件电路设计；4、绘制基于无线传输的智能巡航小车的硬件电路原理图；5、进行基于无线传输的智能巡航小车的软件设计。参考文献：[1]付炜.短距离无线通讯中传播特性理论研究及相关关键技术.=2010232656.nh&dbname=CDFDLAST2011.2010-11-03[2]董涛,刘进英,蒋苏等.基于单片机的智能小车的设计与制.[3]蒋树春.无线射频识别拓展新世界.信息系统工程,2001.12[4]贾定宏，何智力，韦升俊.基于单片机的无线遥控小车研制.硅谷，2010，1：47[5]傅胤荣，许永策，董晓庆.一种会上下墙的智能爬墙小车.中国专利：201692636U，2011-01-05.[6]陈懂，刘瑢，金世俊.智能小车的多传感器数据融合.现代电子技术,2005，06：7[7]张杰，舒志兵，张海荣.基于计算机串口通信的机械臂运动控制.电气应用，2007，26(7)：88-90[8]陈华东，周健，蒋平.自主式移动机器人的无线控制实现.测控技术，2001，20(11)：45-47[9]刘鑫，葛宝明.基于单片机的双步进电机协调运动控制器设计.电气应用，2007，26(3)：65-68[10]孙增析，张再兴，邓志东.智能控制理论与技术.北京:清华大学出版社，2004[11]冯建农，柳明，吴捷．自主移动机器人智能导航研究进展．机器人．1997，19(6)：468～478[12]章小兵，宋爱国．地面移动机器人研究现状及发展趋势．机器人技术与应用．2005(2)：19～23[13]周进,侯方勇,刘云生.计算机射频通信的实例与关键技术计算机工程与科学,2005,(04)[14]黄贤武，郑筱霞．传感器实际应用电路设计．北京：电子科技大学出版社，2004：200～209[15]彭军．传感器与检测技术．西安：西安电子科技大学出版社，2003．403-408[16]高国富，谢少荣，罗均．机器人传感器及其应用．北京：化学工业出版社，2005[17]TongZhaoandQingZhao.LifetimeMaximizationBasedonCoverageandConnectivityinWirelessSensorNetworks.JournalofSignalProcessingSystemsVolume57,Number3,385-400[18]Chen,Y.,&Zhao,Q.(2005).Onthelifetimeofwire-lesssensornetworks.IEEECommunicationsLetters,9(11),976–978,Nov.毕业设计开题报告２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：一、本课题要研究或解决的问题1、熟悉短距离无线通讯的工作原理；2、熟悉单片机的相关理论；3、理解无线射频识别技术的基本原理和相关方法；4、进行基于无线传输的智能巡航小车的设计。二、拟采用的研究手段针对研究问题，先从图书馆以及网络中查询、搜集相关资料，尽可能的做到细致、全面，把一些可能发生的情况考虑到。然后，对大量文献进行分析，找到最优的方案来实行，了解当前本课题的最新研究成果以及尚未解决的难题，以免自己绕弯路。另外还需要多向指导老师和同学们咨询，有问题当天解决。毕业设计开题报告指导教师意见：李璐同学通过查阅书籍，收集资料，对智能车的系统设计有了初步认识，了解了无线传输的理论知识，提出用无线射频技术设计，构建了整体结构，此方法具有一定的可行性。同意开题指导教师：年月日所在系审查意见：同意开题系主任：年月日