智能小车控制系统--开题报告

本科毕业设计 (论文 ) 开题报告（含论文综述） 系 ( 院 )： 电子与计算机系 所属教研室： 自动化教研室 课 题 名 称 ： 智能小车 专业 (方向 )： 自动化 班 级： 学号： 学 生： 指 导 教 师 ： 职称： 职称： 开 题 日 期 ： 一、毕业设计（论文）选题的依据（包括课题来源、依托的项目名称、研究或应用意义、国内外研究或应用现状，附主要参考文献） 随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。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。可见 其研究意义很大。电子技术的飞速发展，给人类生活带来了根本性的变革，特别是随着大规模集成电路的产生而出现的微型计算机，更是将人类社会带入了一个新的时代。利用微机的强大功能，人们可以完成各种各样的控制。然而，微机造价较高，对于大多数的工业控制来说，也并不需要微机那样强大的功能，于是单片机就应运而生了。单片机其实是简化的微机，将微机的 CPU、存储器、 I/O 接口、定时器 /计数器等集成在一片芯片上就是单片机了，它主要用来完成各种控制功能。相对微机来说，单片机价格很低，非常适合于应用在简单的控制场合以降低成本。另外，单 片机是按照工业控制要求设计的，其可靠性很高，可以在工业现场复杂的环境下运行。单片机依靠其高可靠性和极高的性价比，在工业控制、数据采集、智能化仪表、家用电器等方面得到极为广泛的应用。本设计就是在这样的背景下提出的。 21 世纪是高速发展的社会 ,是智能现代化的社会。红外反射式传感器、无线控制技术以及单片机技术成为当今社会智能化不可缺少的一部分。红外反射式传感器实现小车自动寻迹导航以及避障系统的检测部分。该技术可以应用于现代物流、无人驾驶汽车、无人工厂、服务机器人等领域。无线控制技术更广泛的应用到不同的领域，避免了 直接去操作机器设备，同时也更大大的节约了不少的时间。单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益的更新。单片机在实时检测和自动控制的应用系统中，往往是作为一个核心部件来使用。但要进行不同领域的单片机的应用开发和实践，仅有单片机方面的知识是很不够的，还需要其它相应学科的知识。 当然， 随着社会的进步和科学技术的发展，数字系统和数字设备已广泛应用于各个领域 ， 更新换代速度可谓日新月异。 对于学习单片机应该注重实际应用能力的培养，在 MedWin集成开发调试环境，在没有硬件仿真器的条件下可以用软件仿真调试， 特别适合我们电子爱好者学习。通过设计与制作智能小车，可以对其相关的知识进行更深一步的了解并锻炼了自己的分析电路、传感器应用、控制算法设计、软件编程和调试、机械装配等综合能力。 附录： 1 许雷 .单片机原理与应用 M.北京 ： 冶金工业出版社， 2004 2 戴胜华 .单片机原理与应用 M.北京：清华大学出版社， 2005 3 苏文平 .电子技术实践与著作教程 M.北京：国防工业出版社， 2007.1 4 南寿松 .电子实验与电子实践 M.北京：中国标准 出版社 ， 2004 5 何希才 .新型电子电路应 用实例 M.北京：科学出版社， 2005 6 赵负图 .传感器集成电路手册 M.化学工业出版社 , 2004 7 傅定忠 .传感器与测试技术 M.中央广播电视大学出版社 8 谢子梅 .电子线路设计 实验 测试 M .武汉：环中理工大学出版社， 2000 二、设计或研究内容、预期目标及拟解决的关键问题（此部分为重点阐述内容） 为实现小车的智能化，初步确定如下方案：在现有玩具电动车的基础上将其进行改装，外装红外反射式传感器，通过传感器或无线电接收装置接将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车的智能控制。 这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。本设计 采用 89C52单片机为控制核心，利用红外反射式传感器（ RPR220）检测道路上的黑线，控制智能小车的运动轨迹。小车的电动机驱动芯片是 L298N，通过 I/O口传送到 L298N的接收端口，达到对两台电动机的正反转以及停止的控制。小车还可以人工控制，通过无线控制技术里面的无线电控制，当小车在行驶过程中，只要人为的按下控制按钮，小车可满足所需要的基本行驶要求；当按钮松开后小车将回 到检测路线状态。 三、研究方案（包括有关方法、技术路线、实验手段、关键技术等） 根据题目的要求，确定如下方案：在现有玩具电动车齿轮带动的基础上，对齿轮进行改装，同时用马力比较大的电动机取代马力小的电动机，通过这些改装用来使其驱动能力变大。在车的模型前面加装五个 反射式红外线光电传感器 ，实现对电动车的线路进行实时测量，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车的智能控制。小车还专门装有无线接收装置，将接收到的所有数据传送到单片机上，对小车进行实时控制。从而满足了人机控制智能化。 这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。 1、电机驱动系统： 方案一：用 NPN 三极管连接成 双极式 H 型 控制电动机。 用 双极式 H 型控制 可以控制电动机的正反转以及电动机的转速控制。由于小车需要驱动力比较大，所以需要加载的电压相对比 较高；三极管的基极由于外界干扰，导致误通；功率大的从而使得产生的温度就比较高，使得三极管烧坏或灵敏度降低。考虑到其驱动能力、灵敏度以及散热问题，方案一放弃。 方案二：用 L298N 驱动两台电动机。 L298N 是内含二个 H 桥的高电压大电流双全桥式驱动器可驱动 46v,2A 以下电机 。考虑到其驱动能力高，抗干扰强，并且还专门配有散热片，同时在价格方面也比较低。综合考虑以上条件，我选择了方案二。电路连接如图一所示： 2、检测系统： 检测系统主要实现光电检测，即利用各种传感器对电动车的位置状态进行测量。本系统采用 反射式红外线光电传感器用于检测路面的黑线。本电路装有五组反射式红外线光电传感器，用于线路检测，左边两组是检测线路左拐弯，中间的是检测小车拐弯已到位，右边两组是检测线路右拐弯。其实按照一般的设计用三组反射式红外线光电传感器就可以实现所需要求了，但考虑到小车有可能偏离轨道或传感器未检测到线路，所以左右两边各多加了一组反射式红外线光电传感器。这样提高小车检测线路的灵敏度。 检测放大器方案： 方案一：使用普通单级比例放大电路。其特点是结构简单、调试方便、价格低廉。但是也存在着许多不足。如抗干扰能力差、共模抑制比低等 。 方案二：采用差动放大电路。选择优质元件构成比例放大电路，虽然可以达到一定的精度，但有时仍不能满足某些特殊要求。例如，在测量本设计中的光电检测信号时需要把检测过来的电平信号放大并滤除干扰，而且要求对共模干扰信号具有相当强的抑制能力。这种情况下须采用差动放大电路，并应设法减小温漂。但在实际操作中，往往满足了高共模抑制比的要求，却使运算放大器输出饱和；为获得单片机能识别的TTL 电平却又无法抑制共模干扰。 方案三：电压比较器方案。电压比较器的功能是比较两个电压的大小，例如将一个信号电压 Ui 和一个参考电压 Ut 进行 比较，在 UiUt 和 UiUt 两种不同情况下，电压比较器输出两个不同的电平，即高电平和低电平。而 Ui 变化经过 Ut 时，比较器的输出将从一个电压跳变到另一个电平。 考虑到事实要求，故选择了方案三。选用元件为 LM324，通过上述反射式红外线光电传感器检测到的数据输入到 LM324，通过检测输入电压与基准电压进行比较，如果输入的电压低于基准电压，那么 LM324 的输出端就输出为低电平（ 0），如果高与基准电压，那么 LM324 的输出端就输出为高电平（ 1）。综上方案的选择画出的原理图如图二所示： 3、无线控制系统： 方案一：采用红外无线遥控。通过红外遥控可以对小车进行转弯、前进或退后等动作，但由于红外控制只能进行直线传播，不易控制电动小车转弯，所以方案一放弃。 方案二：采用无线电遥控。由于无线电遥控来控制小车转弯比较方便，而且有效距离可以达到 100 米左右，且灵敏度比较高。 由于以上原因故选择了方案二。 4、方案框图：（图三） 图三 5、硬件电路设计： 小车的基本硬件电路组成部分是由线路检测、无线接收、电机驱动、复位电路 以及单片机（ 89C52）等组成的。从 反射式红外线光电传感器接收到的数据传送到 LM324，经过电压比较输出到单片机（ 89C52）的 P1.0-P1.4 口，单片机执行所满足的程序，通过 P2.4-P2.7 输出到 L298N 来控制电动机的转动。无线电接收把接收到的数据传送到P3.0-P3.4，同样通过满足要求，达到控制电动机的转动。这两种不同的控制的优先级别为：无线电遥控高于 反射式红外线光电传感器控制。 四 、设计（论文）的预期成果与特色或创新之处 通过实物演示，将小车放在已经标有黑线的 白色木板上，启动小车电源，小车可以跟着黑 线进行行驶，在行驶过程中，只要无线遥控器的按键按下，小车将执