自动避障寻迹玩具小车申请书

1、2009年贵州大学大学生创新性实验计划项目申请书项目名称： 自动避障寻迹玩具小车 课题负责人： 杨正琦 申报单位： 贵州大学人民武装学院 专业名称： 电子信息科学处技术 指导教师： 王代强 职称： 博士 申报日期： 2010.04.28 贵州大学教务处一、基本情况申请者姓名学号PB092027130班级电子信息科学专业电子信息科学电-maildream-sn项目名称自动避障寻迹玩具小车项目来源A、 自立项目 B、教师科研课题的子项目 C、其它项目类型A、实验研究 B、软件制作 C、以实验为手段的其他类型经费来源A、学校资助 B、学院资助 C、导师课题资助 D、企业资助

2、经费额度指导教师姓名王代强指导教师职称博士合作者姓名、学院、班级嬴玉敏 贵州大学人民武装学院电子信息科学与技术周俊 贵州大学人民武装学院电子信息科学与技术申请时间2010年04 月28 日 完成时间2011年 07 月01 日项目研究内容简介1.1项目简介本系统采用STC89C52为中心控制器，实现电动玩具小车（以下简称小车）的智能控制功能。整个小车的智能控制系统包括：主控制系统、各种类型的传感器组成的检测系统两大部分。检测系统的作用主要是实时监测路面及周围障碍情况，并传送到主控制系统。主控制系统则根据检测系统传输回来的信号作出相应的控制命令。通过相应的控制电路实现对MOTOR1（方向轮驱动电

3、机）和MOTOR2（后轮驱动电机）的调整来控制小车转弯的角度和行驶速度。以此达到控制小车正确行驶的目的，即实现自动避障寻迹的功能。1-2.系统框图执行单元算法数控电路信号处理系统数据采集系统 辅助电路2、 立论依据2-1项目的研究意义（社会调查情况、文献查阅情况、现状分析及独特认识）1. 社会调查情况 通过实地调查各大商场，各种玩具小车琳琅满目。其中无线遥控小车占到了80%以上。但具有自动避障寻迹功能的小车却不到5%，且价格都在几百元到上千元不等。 通过互联网了解到，即使在国外，自动避障寻迹小车市场占有率也只有10%，且价格同样很高。因此，设计一种高性价比的自动避障寻迹小车很有意义。2.文献查

4、阅情况通过查阅大量的相关资料，我们知道，信息就是智能小车的灵魂。小车只有通过实时的、全面的、有效的信息采集及传输，才能控制驱动电路使其协同工作。因此，研究智能小车系统的信息采集、信息处理方法与技术以及高效的信息传输技术就显得尤其重要。3. 现状分析及个人认识（1） 国外智能小车研究情况日本、韩国美国国防部与民间的大学、企业和发明家联合开展了全球领先的智能小车竞赛。2007年11月，美国第三届智能小车大赛日前在加利福尼亚州维克托维尔举行，这是美国国防部第三次主办这样的大赛。参赛的小车的车顶上有旋转的激光器，两边有转动的照相机，内部安有微控制器装置。这些小车完全由微控制器控制，可判断出小车的位置和

5、去向，随后将指令传输到主控制系统，丝毫不受人的干涉，用传感器策划和选择它们的路线。（2） 我国智能小车研究情况-我国大学生“飞思卡尔”杯智能小车竞赛，是在统一汽车模型平台上，使用飞思卡尔半导体公司的8位、16位微控制器作为核心控制模块，自主构思控制方案进行系统设计，包括传感器信号集处理、动力电机驱动、转向舵机控制以及控制算法软件开发等，完成智能车工程制作、调试、技术报告和制作工程质量评分为辅来决定。（3）个人认识 通过查阅相关资料和市场调查,得知市场上大量的玩具小车，绝大多数以无线遥控为主。它的优势在于，控制简单能够远距离通信，操作方便，但其价格较高，功能也很单一。为了解决其他智能小车价格高而

6、市场占有率低这一矛盾，本方案通过用低成本的STC89C52为主控系统，多种类型传感器构成的检测系统，使得一款高性价比自动避障寻迹功能的小车得以实现。三、研究方案3-1项目研究的目标、内容和拟解决的关键问题1. 项目研究的目标 本方案以研究小车自动避障寻迹为主要目的，以其他的传感器辅助装置以达到自动寻迹和避障的目的，在这些过程中可能会遇到各种各样的情况，为了能达到我们预期的结果，传感器则成了必要的装置，这样才能保证小车顺利的到达。2. 内容和拟解决的关键问题根据以上的方案，该小车共分为单片机控制模块、电机驱动模块、传感器检测模块、显示模块的辅助电路组成。各模块如下：单片机控制模块：作为小车的核心

7、，主要完成根据传感器传回来的信号，根据算法进行控制，由驱动电机完成驱动动作。电机驱动模块：电动车电机的驱动系统的性能在很大程度上决定了小车的整体运行性能。在电动小车电动机的选择上，我们选用性价比高、控制简单的直流电机。直流电机的驱动方法很多，如双H型，这种电路简单用独立元件就可以做成，但稳定性不好，出于综合考虑我们用集成式的桥式驱动电路如L298、LMD18200等。这一方案可使电路焊接简洁、指令系统精简且可靠性高等。 传感器模块：传感器作为该小车的眼睛，起到了关键性的作用，通过感知路面信息，为控制小车的“五官”单片机作出决策提供依据。 显示模块：显示模块作为辅助工具，帮助我们从直观上了解小车

8、的工作状况和各种参数的正解与否，记录一些必要的数据。 辅助电路：通过传感器反馈来的信息通常是很微弱的信号，要转换我们所们所需的TTL电平信号，往往需要放大才能送往中央控制器（单片机）。所选的放大电路结构也成了成败的关键，故提出了下面的方案。第一，普通单级比例放大电路，这种电路结构简单，成本较低，但是抗干扰能力差，需焊接点多，因个人因素不定，在焊接时，很可能造成电路不能正常工作，共模拟制能力差。第二，采用差动放大电路，虽然可以达到一定的精度，但往往要对传感器的信号严格滤波，这就要求对共模干扰信号具有较强的抑制能力。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

9、能识别的TTL电平却又无法抑制共模干扰，故很难找到一个合适的点。第三，比较器，电压比较器的功能是比较两个电压的大小，进而输出高低电平。比较有各种不同的类型。对它的要求是:鉴别能力准确，反应要快，动作要迅速，抗干扰能力要强，还应有保护措施，以防止因电压或电流而造成器件损坏。简单的电压比较器结构简单，而且灵敏度高，但它的抗干扰能力差，也就是说如果传感器信号因受干扰在阈值附近变化，则比较器输出就反复的从一个电平跳到另一个电平。如果用样的输出电压控制直流电机，将可能出现频繁动作或起停现象。这种情况，通常是不允许的。而滞回比较器则可以解决这个问题，滞回比较器有两个数值不同的阈值，当输入信号因受干扰或其他

10、原因发生变化时，只要变化量不超过两个阈值之差，滞回比较器输出电压就不会变化。故可以的提高抗干扰能力。综合比较，用滞回比较器作为一部分辅助电路。3-2项目研究计划及预期进展（文献查阅、社会调查、实验方案设计、组织设备和材料、实施实验、分析处理数据、研制开发、撰写论文或研究报告、结题和答辩、项目鉴定、成果推广或论文发表、其他等，按所需执行环节填写）本方案是以文献查阅，实验方案的初步设计。随后将组织所需的各种材料，确定具体实施方案，综合分析处理现象和数据。根据分析的结果来对小车进行软件设计。最重要的环节就是动手制作实际电路了，然后调试电路。最后撰写研究报告、结题和答辩等步骤来完成对本课题的研究。为了

11、实现本实验的要求的功能，我们采取的方法是从部分到整体，先完成一项的功能再把它全部组合到一起。再次论证它的优化结构，做适当的调整，直到得出最优化的方案。最后到机械方面的组装和性能测试。时间阶段3-3预期研究成果（成果研究形式：论文、设计、产品研制、软件开发、专利、研究报告等，至少选其中一项填写）首先资料收集、方案论证、软件设计、硬件电路设计和模拟仿真，最后制作实物。经过调试成功的小车，只要人为接通电源，便可沿着规定的赛道自动按照一定速度行驶。如果遇到上坡时，便会自动加速；如果遇到障碍，便会减速自动躲避障碍，然后判断最佳路径加速继续行驶。如果遇到金属片便会在金属片的地方停止5秒，并且蜂鸣器报警，同

12、时LED灯闪烁。持续五秒后小车继续行驶，如果发现光源，小车则向光源的地方行驶，最后停在光源的地方。四、项目的特色和创新点本项目的特色在于它能够自动避障寻迹且对途中遇到的各种情况作出迅速反应和调整，通过显示单元让人深刻体验小车的智能化。创新点就是在上述基础上加入了金属检测、坡度加速等，更进一步地体现了此小车智能的特点。智能小车能检测并处理的情况和生活中的汽车所遇情况紧密结合，小车的智能避障和寻迹技术完全可以运用现实真正的汽车中。五、研究基础5-1已具备的条件、尚缺少的条件和拟解决的途径（包括现有的研究成果、利用教学实验室、科研实验室和实习基地等的计划与落实情况） 本方案研究作为实物和理论的综合研究，故一些实验设施成了必不可以的工具，但现有的只是一些简单的工具（如电烙铁、万用表）缺少一些系统的设备（主要是一些比较昂贵的模电、数电的实验设备和观察设备等）。基于这些原因，希望得到学校的大力支持，利用教学实验室和实验设备、科研实验室和基地等场所进行必要的实验。 六、经费预算支 出 科 目金 额（元）计 算 根 据 及 理 由资料费人力资源费交通费实地拍照摄影总计注：开支范围详见贵州大学国家大学生创新性实验计划项目管理办法的第二十条。七、审查意见指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日学院意见 负责人签名、公章： 年 月 日学校意见 负责