智能电动小车软件设计开题报告.doc

重庆交通大学二O一O届毕业设计（论文）文献综述开题报告一、选题目的理论价值和现实意义智能车辆致力于提高汽车的安全性、舒适性、适应性和提供优良的人车交互界面，是目前各国因重点发展的智能交通系统ITS中的一个重要组成部分，也是世界车辆工程领域研究的热点和汽车工业增长的新动。随着企业生产技术的不断提高以及对自动化技术要求的不断加深，智能车辆已在许多工业部门获得了广泛的应用。在发达工业国家，有些智能车辆已实现商品化。由于成本低廉，又可以比人类工作的更好，它已逐步深入到工业和社会的各个层面：1、智能车辆在智能运输系统ITS上的应用这是智能车辆最典型的应用，智能小车自动行驶功能的研究对增加车辆的智能性意义重大，智能车辆驾驶任务的自动完成将给人类社会的进步带来巨大的影响。2、智能车辆在物流运输方面的应用智能车辆在自动仓库、码头、搬运、涂装等物流作业部门也发挥了关键作用，它最适合在哪些人类无法工作的环境中工作。采用简历在智能车辆技术基础之上的仓库智能车辆物流运输平台来完成物流的自动运输，即可以提高运输效率，又可以避免有害物质对人体的伤害，有效的完成有毒环境下的作业。3、智能车辆在军事领域的应用在未来战争中，智能车辆可以代替人员在核、生物、化学污染区进行侦查、巡逻、对污染进行采样，可以更加准确的搜集、掌握相关信息，可以有效的避免人员伤亡，提高执行任务的效率和安全性。另外，无人驾驶的进攻性武器系统在现代军事技术的发展方向之一，智能车辆的发展为无人攻击车辆提供技术支持平台。4、智能车辆在社会生活中的应用在西方发达国家，智能车辆已广泛应用于医疗福利服务、商务超市服务、家庭服务等领域，其中的某些应用有望在今后的两三年内实现商业化，并进入普通家庭。智能车以及在智能车辆基础上开发出来的产品已成为航天、医疗、工业控制、物流等各个领域的关键设备。可以看出，无论是从科学发展、理论研究的角度，还是从汽车工业发展以及市场竞争的角度看，对智能车辆的研究都是必要的。而智能小车的研究及相关产品开发也将有利于我国在此领域技术发展与进步。因此，研制一种智能，高效的智能小车控制系统具有重要的实际意义和科学理论价值。二、本课题在国内外的研究状况及发展趋势智能小车是一个集环境感知、规划决策、自动驾驶等功能于一体的综合系统。它集中的运用了计算机、传感器、信息。通信、导航、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。1、国外智能车辆的现状研究国外智能车辆的研究历史较长，始于上世纪50年代，它的发展历程大致可以分为三个阶段：第一阶段：20世纪50年代是智能车辆研究的初始阶段。1954年美国BarrettElectronic公司研究开发出了世界上第一台自主引导车系统，该系统只是一个运行在固定路线上的拖车式运货平台，但它却具有了智能车辆最基本的特征即无人驾驶。早起研制该系统的目的是为了提高仓库运输的自动化水平，应用领域仅局限于仓库内的物品运输，随着计算机的应用和传感器技术的发展，智能车辆的研究不断得到新的发展。重庆交通大学二O一O届毕业设计（论文）文献综述第二阶段：从80年代中后期，世界主要发达国家对智能车辆开展可卓有成就的研究，在欧洲，普罗米修斯项目于1986年开始了在这个领域的探索，在美洲，美国于1995年成立了国家自动高速公路系统联盟，其目标之一就是研究发展智能车辆的可行性，并促进智能车辆技术进入实用化，在亚洲，日本与1996年成立了高速公路先进巡航/辅助驾驶演剧协会，主要目的是研制自动车辆导航的方法，促进日本智能车辆的整体进步。进入80年代中期，设计和制造智能车辆的浪潮席卷了全世界，一大批世界著名的公司开始研制智能车辆平台。第三阶段：从90年代开始，智能车辆进入了深入、系统、大规模的研究阶段。最为突出的是，美国卡内基-梅陇大学机器人研究所一共完成了Navlab系列的自主车的研究，取得了显著的成就。目前，智能车辆的发展正处于第三阶段，这一阶段的研究成果代表了当前国外智能车辆的主要发展方向。2、国内智能车辆的现状研究相比于国外，我国开展智能车辆技术方面的研究起步较晚，开始于20世纪80年代，而且大多数研究尚处于针对某个单项技术研究的阶段。虽然我国在智能车辆技术方面的研究总体上落后于发达国家，并且存在一定的技术差距，但是我国也取得了一系列的成果，主要有：中国第一汽车集团公司和国防科技大学机电工程与自动化学院于2003年研制成功了我国第一辆自主驾驶轿车。该自主驾驶轿车的正常交通情况下的高速公路上，形式的最高稳定速度为为12km/h，最高峰值速度可达170km/h，并且具有超车功能，其总体技术性能和指标已经达到了世界先进水平。上海交通大学应用现代控制理论设计出了一种自动驾驶汽车模型，该模型在汽车系统的动力学建模的基础之上，设计了自动驾驶的专项系统，它能根据玩到的弯曲变化程度实时的计算出车辆的转向盘角度，控制车辆按照预设道路行驶。吉林大学设计并制造了一辆用CCD识别地面铺设的条状路标导航的智能车辆，车辆由图像识别、行驶、转向、制动、避障和其他辅助系统组成。目前，该车可以稳定的跟踪直线、弧线、S型线等轨迹自动行驶，车速可达20km/h。在国家科工委和国家862计划的资助下，清华大学计算机系智能技术与系统国家重点实验室自1988年开始研制的THMR系列移动机器人取得了很大的成功。它兼有面向高速公路和一般道路的功能，目前已经能够在校园的非结构化道路环境下，进行道路跟踪和避障自主行驶。智能车辆研究也是智能交通系统ITS的关键技术。目前。国内的许多高校和科研院所都在进行ITS关键技术、设备的研究，随着ITS研究的兴起，我国已形成了一支ITS技术研究开发的专业技术队伍。并且各个交通、汽车企业越来越加大了对ITS及智能车辆技术研发的投入，整个社会的关注程度在不断提高。交通部已将ITS研究列入“十五”科技发展计划和2010年长期规划。相信经过相关领域的共同努力，我国ITS及智能车辆的技术水平一定会得到很大的提高。三、课题研究重点在国内外，智能化系统主要采用单片机作为控制核心。因此，单片机的发展将有助于智能化技术的开发。在本设计中,采用比较先进的AT89C51单片机为控制核心，它的功耗很低。（1）研究内容：本课题以AT89C51单片机为核心的控制电路，采用模块化的设计方案，运用光电传感器、超声波传感器组成不同的检测电路，实现小车在行驶中自动寻迹、躲避障碍物、等问题。并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动小车的重庆交通大学二O一O届毕业设计（论文）文献综述智能化控制。在整个设计开发过程中，我们主要完成以下几个方面的工作：1、对智能小车的研究意义、研究现状及发展进行概述。2、设计整体方案，并对方案进行论证，提出其可行性及计划安排，进一步提出单片机控制的实现方案。3、设计出单片机，编制控制程序。4、完成程序的调试，在设计过程中进行初步调试。（2）研究方案1采用AT89C51单片机作为整机的控制单元。：在本系统中，反射式红外光电传感器检测黑线，然后将信号传送到单片机系统进行处理，使小车沿轨道自主行走；采用H型脉冲宽度调制（PWM）全桥式驱动电路控制电机的转向，实现电动小车的正反向行驶、快慢速行驶及转弯；采用LED实时显示小车行驶的时间。此系统比较灵活，采用软件方法来解决复杂的硬件电路部分，使系统硬件简洁化，各类功能易于实现，具有高度的智能化、人性化，一定程度体现了智能，能满足系统的要求。2探测轨迹方案采用反射式红外线光电传感器。红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点。在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在电动小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，电动小车上的接收管接收不到红外光。单片机根据是否收到反射回来的红外光来确定黑线的位置，从而控制小车的行走路线。采用红外线发射，外面可见光对接收信号的影响较小，再用射极输出器对信号进行隔离。红外线光电传感器的特点是尺寸小、使用方便、工作状态受温度影响小。它的外围电路简单。因此本方案易于实现，也比较可靠。3避障方案采用超声波传感器探测障碍物。超声波传感器安装于小车前端，在规定的检测距离内，当探测到障碍物时，超声波传感器给出脉冲信号至单片机，单片机检测到该信号后，调整小车的方向，以控制小车准确地绕过障碍物，而且避免因小车自然转弯而导致的盲目方向控制。这样不但能准确完成测量，而且能避免电路的复杂性。同时，超声波传感器具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在光线不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射，形成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面6。智能电动小车应以准确、智能见优，因此采用超声波传感器探测障碍物。4显示模块方案采用LED数码管显示。在系统中要用到多只LED数码管进行动态显示即可达到要求。其优点是价格便宜，寿命长。缺点是只能显示09的数字和一些简单的字符，电路设计繁锁，且占用空间。LED数码显示价格便宜，在课程设计中用到的比较多，比较熟悉，设计要求中数码管只用来显示铁片个数，用一位LED数码显示足够，因此，本设计采用LED数码管显示。5电机驱动模块方案采用H型脉冲宽度调制（PWM）全桥式驱动电路。通过PWM脉宽调制的方法,实现对小车速度的控制。这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，能承受频繁的重庆交通大学二O一O届毕业设计（论文）文献综述负载冲击，还可以实现频繁的快速启动、制动和反转等优点，是一种广泛采用的调速技术。H型全桥式电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制。这种驱动电路可以很方便实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。为了电路设计简单，采用电机专用驱动芯片L298N，其驱动电流大，瞬时电流最高可达2A，为电机驱动专门设计，工作稳定可靠。完全满足设计要求。（3）进度计划：46月时间安排：4月1日-4月15日：实习4月16日-4月20日：查阅资料4月21日-4月29日：总体设计方案,同负责通讯、硬件的同学讨论其细节部分，如端口定义及数据包的格式及中断程序的编写。4月30日-5月2日：开题报告5月3日-5月13日：逐点比较法的直线插补程序的编写。5月14日-5月20日：最后修改并调试程序，顺利实现智能小车硬件系统设计的任务。5月21日-5月27日：说明书5月28日-6月4日：总结、答辩四、参考文献