基于單片機的智能小車設(shè)計開題報告

1、畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告題目： 基于單片機控制的智能小車設(shè)計 課 題 類 別： 設(shè)計 論文學(xué) 生 姓 名： 張金行學(xué) 號： 201057050229班 級： 電子1002班專業(yè)（全稱）： 電子信息工程指 導(dǎo) 教 師： 楊安平2014年4月一、 本課題設(shè)計（研究）的目的：隨著計算機、微電子、信息技術(shù)的快速發(fā)展，智能化技術(shù)的發(fā)展速度也越來越快，智能化與人們生產(chǎn)生活的聯(lián)系越來越緊密，智能化將是未來社會發(fā)展的必然趨勢。隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于智能汽車的研究也越來越受人關(guān)注，全國電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究。智能小車由于成本低廉，甚至還能夠

2、勝任一些人類不能完成的工作，它已逐步深入到工農(nóng)業(yè)以及社會的各個方面。本課題設(shè)計的智能小車中用到的紅外遙控技術(shù)、語音識別技術(shù)、單片機控制系統(tǒng)、傳感技術(shù)、自動避障技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、宇宙探測等諸多領(lǐng)域，特別是其在軍事偵察、反恐、防暴、防核化及污染等危險和惡劣環(huán)境中有著廣闊的應(yīng)用前景，由此可見其有著及其重要的研究意義。本設(shè)計的智能小車要求能夠?qū)崟r顯示時間、速度、里程，具有自動循跡、避障功能，可控制行駛車速并能準(zhǔn)確定位停車。要求能夠通過實際動手設(shè)計，學(xué)會電子產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)過程，掌握單片機的基本原理、遙控原理、顯示原理，而且能夠熟練進行系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計、軟件設(shè)計調(diào)試和掌握相

3、關(guān)電子開發(fā)軟件的使用。 2、 設(shè)計（研究）現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢（文獻綜述）：1研究現(xiàn)狀智能小車、機器人的發(fā)展研究從上世紀(jì)60年代至今已有幾十年的歷史，自從上世紀(jì)60年代末期，第一臺能夠自主移動機器人問世以后，經(jīng)過幾十年的發(fā)展智能機器人已經(jīng)從最初的示教模仿機器人發(fā)展到現(xiàn)在的具有感知功能的智能機器人，在技術(shù)上取得了很大的進步許多國家都對智能機器人進行了大量的研究。由于各國的科研實力不同，其水平也有高低，其中美國和日本在該項技術(shù)的研究處于領(lǐng)先地位。法國提出的“機器人與人工體”國家計劃主要是對智能機器人的認(rèn)知功能進行深入的研究，使其能夠在復(fù)雜的環(huán)境中通過自主感知判斷來自動執(zhí)行各種動作。美國發(fā)明的智能機器人，

4、可以幫助人們送信件、食品等生活用品，還可以牽引吸塵器來打掃衛(wèi)生。日本目前已經(jīng)研制成功的人形機器人，其可以模仿人們的各種面部表情而且非常逼真。近年來發(fā)明的的手術(shù)機器人已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在實際醫(yī)療手術(shù)中而且穩(wěn)定性好，安全性高。我國的智能小車、機器人從“八五”期間的軍用智能機器人的研制，“九五”期間軍用“智能機器人平臺2號”的研制，到“十五”期間對復(fù)雜智能機器人，危險作業(yè)機器人、仿人機器人、復(fù)合結(jié)構(gòu)移動機器人的研究都取得了較大的成果。國內(nèi)的許多高校也都在不停的進行著這方面的研究而且也有了層出不窮的成果，例如中科院研制的能夠和人對話的機器人、上海交大研制的具有較強越障能力的仿人關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的機器人等。與此同時

5、，我國也開展了智能移動機器人基礎(chǔ)理論研究，在某些方面取得了世界領(lǐng)先的成果，正在逐漸縮小與發(fā)達國家的差距。2發(fā)展趨勢隨著各方面技術(shù)的不斷進步與完善，各個國家對于智能小車、機器人的科研能力都再逐步的加強，未來的智能機器人可能會朝著以下幾個方面發(fā)展：使用高強度的輕質(zhì)材料讓機器人的結(jié)構(gòu)越來越靈巧動作執(zhí)行也更加靈活；應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)來遠距離操作控制機器人群體為人們工作；通過復(fù)雜生物機電系統(tǒng)和人機耦合系統(tǒng)來研究出具有仿生感知、生物神經(jīng)的仿人機器人。相信未來會有具有更高智能化的、更加生動有趣的智能機器人出現(xiàn)在我們的周圍，而且會極大的改變和方便人們的生產(chǎn)生活。三、設(shè)計（研究）的重點難點，擬采用的途徑（研究手段）

6、： 1重點與難點由于本設(shè)計的無線遙控小車要求能夠?qū)崟r顯示運行的時間、速度、里程，而且具有自動尋跡、尋光、避障功能，還可程控行駛速度、準(zhǔn)確定位停車。所以本設(shè)計的重點和難點在于：如何控制步進電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向來提高小車轉(zhuǎn)向的精確性和靈活性；采用何種方法來檢測小車前方的障礙并能把檢測到的信號轉(zhuǎn)化為高低電平輸入到單片機內(nèi)部然后控制小車做出相應(yīng)的避障動作，考慮到在測障過程中小車車速及反應(yīng)時間的限制，小車應(yīng)在距障礙物40CM的范圍內(nèi)做出反應(yīng)，這樣才能順利繞過障礙物，否則，如果范圍太大則可能產(chǎn)生障礙物的判斷失誤，范圍過小又很容易造成車身撞上障礙物，所以這點須認(rèn)真考慮確定；由于無線通信容易受空間和距離的限制而且

7、容易受到干擾，所以采用什么方法實現(xiàn)小車和控制器之間的無線通信需仔細研究確定；又因為AT89C52單片機以及外圍元件的電壓是TTL電平,最大的電壓為5V,設(shè)計方案又是用電池供電故需設(shè)計穩(wěn)壓電路將供電電壓轉(zhuǎn)化為5V。 2采用的途徑 本設(shè)計方案采用微處理器（AT89C52單片機）作為控制系統(tǒng)核心，主要由兩個部分構(gòu)成，紅外遙控發(fā)射部分和智能小車部分。其中智能小車部分主要由以下子模塊構(gòu)成：CPU控制模塊、電源模塊、電機驅(qū)動模塊、循跡避障模塊、轉(zhuǎn)速檢測模塊、紅外接收器和數(shù)據(jù)顯示模塊組成；紅外遙控發(fā)射部分主要由遙控按鍵、編碼芯片、紅外發(fā)射三個部分構(gòu)成。其總體設(shè)計框圖包括兩個部分，如圖1所示： 圖1 系統(tǒng)總體

8、設(shè)計框圖 用微處理器（AT89C52單片機）作為控制系統(tǒng)核心1，在本系統(tǒng)設(shè)計中發(fā)射端和接收端都采用3節(jié)鋰電池供電作為系統(tǒng)的總電源,采用LM7805將12.6V電壓轉(zhuǎn)換5V ,為了減少雜波干擾,每個芯片的電源端都要加上2個0.2uF的電容進行濾波處理。 采用直流電機作為后輪驅(qū)動，用脈寬調(diào)制技術(shù)（PWM)對直流電機進行精確控制以達到控制小車行駛速度的目的，用H橋電路控制直流電機的旋轉(zhuǎn)方向進而控制小車的前進和后退；用步進電機控制前輪來控制小車靈活的向左或向右轉(zhuǎn)向5。 用紅外遙控系統(tǒng)來實現(xiàn)小車的無線遙控，遙控器用來產(chǎn)生遙控編碼脈沖，驅(qū)動紅外發(fā)射管輸出紅外遙控信號，遙控接收頭完成對遙控信號的放大、檢波、

9、整形、解調(diào)出遙控編碼脈沖，遙控編碼脈沖是一組串行二進制碼，此串行碼輸入到單片機中，由其內(nèi)部CPU完成對遙控指令解碼，并執(zhí)行相應(yīng)的遙控功能8。 用紅外傳感器即反射式光電開關(guān)檢測障礙物來實現(xiàn)小車的自動避障功能，反射式光電開關(guān)的發(fā)射孔和接收孔位于同一側(cè), 光線發(fā)出后經(jīng)過障礙物反射, 由光敏三極管接收,然后轉(zhuǎn)化為高低電平信號在單片機的輸入端輸入，進而控制小車做出相應(yīng)的轉(zhuǎn)向避障動作8。采用直射式光電檢測器測量小車車輪轉(zhuǎn)速。具體做法是: 在小車的驅(qū)動輪的主軸上安裝一個開有十個透光槽的圓形葉片,保持葉片和驅(qū)動輪能夠同步轉(zhuǎn)動，然后在驅(qū)動輪旁安裝好直射式光電檢測器，葉片隨著車輪的轉(zhuǎn)動不斷切割紅外發(fā)射管與紅外接受

10、管之間的光通路，當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動至透光槽與光通路重合時,光通路導(dǎo)通，紅外接受管通過電流,當(dāng)葉片轉(zhuǎn)動至使透光槽遮住時，光通路斷開。隨著車輪不斷的轉(zhuǎn)動,便會輸出連續(xù)的脈沖序列，測出脈沖的個數(shù)便可知葉片轉(zhuǎn)過的孔數(shù),從而可計算出車輪轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速，然后再根據(jù)車輪半徑由軟件編程便可算出小車運行的速度11。 用LCD液晶顯示屏直接與單片機相連組成數(shù)據(jù)顯示電路。LCD液晶顯示屏是一種專門用來顯示字符和數(shù)字的點陣型液晶模塊，它是由若干個5X7或5X11點陣字符位組成的，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。每位之間有一個點距的間隔將字符隔開，行與行之間也有間隔9。 采用3節(jié)4.2V鋰電池串聯(lián)共12.6V直接給步進電機

11、供電，然后經(jīng)過由LM7805穩(wěn)壓芯片構(gòu)成的穩(wěn)壓電路將電壓降至5V后給單片機及其外圍邏輯電路供電。系統(tǒng)的程序流程圖如圖6所示： 開始 系統(tǒng)初始化接收紅外遙控信號 循跡前進 數(shù)據(jù)采集 速度、距離 時間測算程序 是否有障礙物NY LCD顯示自動避障子程序接收遙控停止信號 停車 圖 6 系統(tǒng)的程序流程圖四、設(shè)計（研究）進度計劃：第4周： 查閱和收集相關(guān)文獻，擬定初步設(shè)計方案第5-6周： 完成資料翻譯、文獻綜述和開題報告第7-8周： 完成方案論證第9周： 開始總體設(shè)計分析 第10-11周： 硬件電路設(shè)計第12-13周： 系統(tǒng)軟件設(shè)計第14周： 撰寫論文正文第15周： 整理說明書（初審）第16周： 準(zhǔn)備答

12、辯第17周： 畢業(yè)答辯五、參考文獻：1張靖武,周靈彬,方曙光.單片機原理及應(yīng)用M.第2版.電子工業(yè)出版社,2011:17-32.2李群芳,肖看.單片機原理接口與應(yīng)用M.北京清華大學(xué)出版社,2005:12-30.3周立功.ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程M.第2版.北京航空航天大學(xué)出版社.2008:2-14.4鄒 彥.DSP原理及應(yīng)用M.電子工業(yè)出版社，2012:10-15.5張 明.步進電機的基本原理J.機械與電子, 2007(9):83-84.6朱淑偵,侯 軒,李利民.基于89C2051的無線遙控小汽車的設(shè)計J.電腦開發(fā)與應(yīng)用，2012(12):73-78.7姚陪，張李堅.基于單片機控制的智能尋跡避

13、障小車J.機電信息，2010(12):192-193.8王艷.基于51單片機的紅外遙控小車設(shè)計和制作J.電子制作，2010（6）:11-13.9趙海蘭.基于單片機的紅外遙控智能小車的設(shè)計J.電子世界，2013（2）:31-32.10宋新兵.自動控制電動小汽車的設(shè)計J，2001年全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽一等獎.電子世界，2002（4）：55-56.11尚林勇.自動往返電動小汽車的設(shè)計J,咸寧師專學(xué)報,2002(6):39-43.12Wang Shaokun,Xiao Xiao,Zhao Hongwei.The Wireless Remote Control Car System Based On ARM9J.2011 IEEE：887-890.13Gang Wang.Wireless Remote Control Technology in Intelligent Buildings S