嵌入式智能小车开题报告

湖南信息职业技术学嵌入式智能小车开题报告

设计题目：基于单片机的只能小车学院名称：电子工程学院

专业：嵌入式系统工程

班级：嵌入式1401

名字：资彤

指导老师：刘锰

基于单片机的智能小车

1.课题研究背景和意义

智能化作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要达到的或是更高的目标。同遥控小车不同，遥控小车需要人为控制转向、启停和进退，比较先进的遥控车还能控制其速度，而智能小车，则可以通过计算机编程来实现其对行驶方向、启停以及速度的控制，无需人工干预，是一个集环境感知、规划决策，自动行驶等功能于一体的综合系统，它集中地运用了计算机、传感、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。

国外智能车辆的研究历史较长，始于上世纪50年代。它的发展历程大体可以分成三个阶段：

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Barrett Electronics 公司研究开发了世界上第一台自主引导车系统AGVS （Automated Guided Vehicle System）。

第二阶段从80年代中后期开始，世界主要发达国家对智能车辆开展了卓有成效的研究。在欧洲，普罗米修斯项目开始在这个领域的探索。在美洲，美国成立了国家自动高速公路系统联盟（NAHSC）。在亚洲，日本成立了高速公路先进巡航/辅助驾驶研究会。

第三阶段从90年代开始，智能车辆进入了深入、系统、大规模研究阶段。最为突出的是，美国卡内基.梅隆大学（Carnegie Mellon University）机器人研究所一共完成了Navlab系列的10台自主车（Navlab1—Navlab10）的研究，取得了显著的成就。[1]

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。而且大多数研究处在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，并且存在一定得技术差距，但是

我们也取得了一系列的成果，主要有：

（1）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与2003

年研制成功我国第一辆自主驾驶轿车。

（2）南京理工大学、北京理工大学、浙江大学、国防科技大学、清华大学等多所院校联合研制了7B.8军用室外自主车，该车装有彩色摄像机、激光雷达、陀螺惯导定位等传感器。

可以预计，我国飞速发展的经济实力将为智能车辆的研究提供一个更加广阔

的前景。因此，对智能小车进行深入细致的研究，不但能加深课堂上学到的理

论知识，更能将理论转化为实际运用，为将来打下坚实的基础。[2]

二、研究的基本内容与拟解决的主要问题

本课题主要开发一个能自动循迹，自动避障，自动避悬崖，超声波测距和

红外遥控的智能小车控制系统。设计主要以简易智能机器人为开发平台，选择

通用、价廉的STC89C51单片机为控制平台，选择常见的电机模型车为机械平台，通过细化设计要求，结合传感器技术和电机控制技术相关知识实现小车的各种

功能。设计完成以由红外线对管的自动寻迹、红外线自动避障避悬崖、超声波

测距、红外线遥控组成的硬件模块结合软件设计组成多功能智能小车，共同实

现小车的前进倒退、转向行驶，自动根据地面黑线寻迹导航，检测障碍物或悬

崖后停止，红外人工遥控等功能，实现智能控制，达到设计目标。

本设计以两直流电动机为主驱动，通过各类传感器件来采集各类信息，送

入主控单元STC89C51单片机处理数据后完成相应动作，以达到自身控制。电机驱动电路采用H桥驱动模块--双L298步进/直流电机驱动板，能同时驱动4个直流电机和2个步进电机[3]；避障和避悬崖采用红外光电开关来完成，自动寻

迹采用红外发射管和接收管光电对管寻迹传感器完成，超声波测距采用超声波

发射器和接收器经锁相环电路检波完成，最后由控制单元处理数据后通过编程

有序合理的将各模块信号整合在一起并完成相应动作，实现了智能控制，相当

于简易机器人。

根据设计的作品要达到的效果，本系统以STC89C51为核心控制器，主要由电源模块、电机驱动模块、寻迹模块、避障模块、避悬崖模块、超声波测距模块、红外线遥控模块、磁钢探测模块和探测金属模块构成。

系统工程框图如下：

三、研究的方法与技术路线

1．准备工作

认真详细的阅读任务书，深刻了解主要的内容和要求。

查阅与智能小车相关的书籍，了解智能小车的工作原理。

了解历年全国大学生电子竞赛有关智能小车的资料。

根据控制要求初步确定所使用的元器件。

复习单片机的相关知识，查阅与所需硬件相关的电路设计。

2. 实施步骤

明确控制要求，绘制电路连接图。

参考文献，检查电路图的正确性。

根据电路连接图焊接电路板，制作智能小车模型。

分析操作流程，绘制程序流程图。

编写程序代码。

运用电脑软件初步对程序进行调试。

配合智能小车硬件部分，并完善功能，达到设计要求。

3．设计方案

（1）电机单元方案

采用直流减速电机。直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便，小车电机内部装有减速齿轮组，所以并不需要考虑调速功

能，很方便的就可以实现通过单片机对直流减速电机前进、后退、停止等操作[4]。

（2）电源单元方案

方案二：采用双电源供电，通过两个独立的电源分别对单片机和直流减速

电机进行供电，此方案的优点是，减少波动，稳定性比较好，可以让小车更好

的运作起来，唯一的缺点就是会增加小车的重量[5][6]。

（3）避障和避悬崖单元方案

用漫反射式光电开关进行避障。光电开关的工作原理是根据光线发射头发

出的光束，被物体反射，其接收电路据此做出判断反应，物体对红外光由同步

回路选通而检测物体的有无。当有光线反射回来时，输出低电平。当没有光线

反射回来时，输出高电平[7][8]。

（4）寻迹单元方案

利用寻迹来引导小车到达用户所指定的地点。采用红外发射管和接收管光

电对管寻迹传感器。红外发射管发出红外线，当发出的红外线照射到白色的平

面后反射，若红外接收管能接收到反射回的光线则检测出白线继而输出低电平，若接收不到发射管发出的光线则检测出黑线继而输出高电平[9][10]。

四、研究的总体安排与进度：