单片机无线遥控智能小车设计毕业论文

单片机无线遥控智能小车设计毕业论文目录1 绪论 (1)1.1 研究的背景和意义 (1)1.2 国外研究现状 (1)1.3 研究的容和方法 (4)2 系统方案设计 (5)2.1 方案比较与选择 (5)2.1.1 核心控制单元方案比较与选择 (5)2.1.2 电机驱动单元方案比较与选择 (5)2.1.3 循迹单元方案比较与选择 (6)2.1.4 避障单元方案比较与选择 (6)2.1.5 遥控单元方案比较与选择 (7)2.1.6 电源方案 (7)2.2 总体设计框图 (8)3 系统硬件电路设计 (9)3.1 最小系统电路 (9)3.2 电机驱动电路 (10)3.2.1 PWM调速原理 (10)3.2.2 L298工作原理 (11)3.3 循迹探测电路 (11)3.4 避障模块检测电路 (13)3.5 无线遥控控制电路 (14)3.5.1 超再生接收电路和无线电发射器工作原理 (14)3.5.2 超再生简易无线电遥控器原理 (15)4 系统软件设计 (18)4.1 电机控制子程序设计 (18)4.2 红外循迹模块子程序设计 (19)4.3 红外避障模块子程序设计 (20)4.4 无线遥控模块子程序设计 (22)4.4.1 无线遥控模块模式判断子程序 (22)4.4.2 无线遥控模块方向控制模式子程序 (22)4.5主控制模块主程序设计 (23)5 系统测试 (25)5.1电机驱动测试 (25)5.2红外循迹测试 (25)5.3无线遥控测试 (26)6 总结与展望 (27)6.1总结 (27)6.2展望 (27)参考文献 (28)致谢 (29)附录1 (30)附录2 (32)1 绪论本课题设计主要是制作一款能进行智能判断并能做出正确反应的小车。

小车具有以下几个功能：循迹功能，能按照路面的黑色轨迹行驶；自动避障功能，小车在行驶过程中能识别障碍物，做到准确无误的躲避障碍物；无线遥控功能，通过超再生简易接收发器来控制小车的运行模式，以及独立控制小车的移动方向。

1.1 研究的背景和意义随着计算机，微电子技术的快速发展，智能化技术的开发越来越快，智能程度也越来越高，应用的围也得到了极大的扩展。

智能小车系统以迅猛发展的汽车电子技术为背景，涵盖了电子，计算机，机械，传感技术等多个学科。

同时，当今机器人技术的发展日新月异，其应用于考古，探测，国防等众多领域。

无人飞船，外星探测，智能化生产等等无不得益于机器人技术的发展。

一些发达国家已经把机器人设计制作竞赛作为创新教育的战略手段。

从某种意义上来说，机器人技术反映的是一个国家综合技术实力的高低，而智能小车是机器人的雏形，它的控制系统的研究与制作将有助于推动智能机器人控制系统的发展[1]。

随着智能化技术的发展，对于智能化技术的研究也越来越受关注。

全国电子竞赛与各省电子竞赛几乎每次都有智能小车方面的题目，全国各大高校也都重视该项目的研究，可见智能小车具有较大的研究意义。

1.2 国外研究现状智能车辆作为智能交通系统的关键技术，是许多高新技术综合集成的载体。

智能车辆驾驶是一种通用性术语，指全部或部分完成一项或多项驾驶任务的综合车辆技术。

智能车辆的一个基本特征是在一定道路条件下实现全部或者部分的自动驾驶功能，下面简单介绍国外智能小车研究的发展情况。

（1）国外智能车辆研究现状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）。

该系统只是一个运行在固定线路上的拖车式运货平台，但它却具有了智能车辆最基本得特征即无人驾驶[2]。

早期研制AGVS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的物品运输。

随着计算机的应用和传感技术的发展，智能车辆的研究不断得到新的发展。

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（NAHSC），其目标之一就是研究发展智能车辆的可能性，并促进智能车辆技术进入实用化。

在亚洲，日本于1996年成立了高速公路先进巡航/辅助驾驶研究会，主要目的是研究自动车辆导航的方法，促进日本智能车辆技术的整体进步。

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、大规模研究阶段。

最为突出的是，美国卡基.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[2]。

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。

在世界科学界和工业设计界中，众多的研究机构研发的智能车辆具有代表性的有：德意志联邦大学的研究：1985年，第一辆VaMoRs智能原型车辆在户外高速公路上以100km/h的速度进行了测试，它使用了机器视觉来保证横向和纵向的车辆控制。

1988年，在都灵的PROMRTHEUS项目第一次委员会会议上，智能车辆维塔（VITA,7t）进行了展示，该车可以自动停车、行进，并可以向后车传送相关驾驶信息。

这两种车辆都配备了UBM视觉系统[3]。

这是一个双目视觉系统，具有极高的稳定性。

荷兰鹿特丹港口的研究：智能车辆的研究主要体现在工厂货物的运输。

荷兰的Combi road系统，采用无人驾驶的车辆来往返运输货物，它行驶的路面上采用了磁性导航参照物，并利用一个光阵列传感器去探测障碍。

荷兰南部目前正在讨论工业上利用这种系统的问题，政府正考虑已有的高速公路新建一条专用的车道，采用这种系统将货物从鹿特丹运往各地。

日本大阪大学的研究：大阪大学的Shirai实验室所研制的智能小车，采用了航位推测系统（Dead Reckoning System），分别利用旋转编码器和电位计来获取智能小车的转向角，从而完成了智能小车的定位。

另外，斯特拉斯堡实验中心、英国国防部门的研究、美国卡基梅隆大学、奔驰公司、美国麻省理工学院、韩国理工大学对智能车辆也有较多的研究。

（2）国智能车辆研究现状相比于国外，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：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。

该自主驾驶轿车在正常交通情况下的高速公路上，行驶的最高稳定速度为13km/h，最高峰值速度达170km/h，并且具有超车功能，其总体技术性能和指标已经达到世界先进水平。

理工大学、北京理工大学、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。

计算机系统采用两台Sun10完成信息融合、路径规划，两台PC486完成路边抽取识别和激光信息处理，8098单片机完成定位计算和车辆自动驾驶。

其体系结构以水平式结构为主，采用传统的“感知—建模—规划—执行”算法，其直线跟踪速度达到20km/h，避障速度达到5-10km/h。

智能车辆研究也是智能交通系统ITS的关键技术。

目前，国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，我国已形成一支ITS技术研究开发的技术专业队伍。

并且各交通、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提高。

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。

我们要结合我国国情，在某一方面或某些方面，对智能车进行深入细致的研究，为它今后的发展及实际应用打下坚实的基础。

1.3 研究的容和方法本课题研究的容主要有以下几个方面：根据系统功能的要求，进行系统的硬件与软件的整体设计。

选择性价比最佳的器件来进行硬件设计，采用模块化的软件设计方法，使程序结构清晰，可读性强。

系统硬件方面设计包括：外围电路的合理设计。

主要容有：核心控制模块，电机驱动模块，循迹模块，避障模块和遥控模块的方案选择与设计。

系统软件方面设计包括系统主程序，过程控制程序，外部中断程序等。

根据课题功能要求，本文采取以下研究步骤来实现：系统整体功能分析与可行性研究、划分功能模块、各功能模块的电路原理设计、各功能模块的软件设计与调试、系统整体电路与软件调试。

在满足各项性能指标的前提下，不仅要考虑系统的易用性，还要降低成本，使其经济实用，确保在开发出的同类产品中具有竞争优势。

2 系统方案设计2.1 方案比较与选择根据系统设计的要求来选择符合要求的器件类型以及控制模式，本章主要讨论核心控制单元，电机驱动单元，循迹单元，避障单元，测距单元和遥控单元方案的比较与选择。

2.1.1 核心控制单元方案比较与选择方案一：采用FPGA编程控制器实现。

FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，它将所有器件集成于一块芯片上，大大减小体积，提高了稳定性。

FPGA采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统的控制核心。

由检测模块输出的信号并行输入FPGA，FPGA通过程序设计控制小车作出相应的动作，但由于本设计对数据处理的速度要求不高，FPGA的高速处理的优势得不到充分体现，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同时由于芯片的引脚较多，实物硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。

方案二：采用单片机编程控制器实现。

用ATMEL公司生产的AT89S52单片机作为系统控制器，在控制领域应用非常广泛，具有低电压、低功耗、低价格、高性能、多功能、大存储容量、较强的I/O功能以及较好的结构兼容性等优点，是小型控制系统的首选。

而且单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制。

本系统属于小型控制系统，用单片机作为控制芯片非常合适，因此采用方案二。

2.1.2 电机驱动单元方案比较与选择方案一：采用H型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，这种调试方式的优点是：调速特性优良，调整平滑，调速围广，能承受频繁的负载冲击。