电子智能小车设计与制作开题报告

电子智能小车的设计与实现随着素质教育的越来越被重视，很多学校都把制作智能小车作为首选课题，智能小车有趣生动并且还牵扯到机械结构、电子基础、传感器原理、自动控制、单片机、编程等诸多学科知识，学生通过动手实践能大大提高解决实际问题的能力，而且智能小车还是一个很好的硬件平台，只要增加一些控制电路就能完成循迹小车，、机器人等课题。

一、目的和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：一、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。

二、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。

三、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。

四、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、本课题所涉及的问题在国内（外）研究现状及分析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。

一、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Barrett Electronic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。

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，一大批世界着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，取得了显着的成就。

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。

二、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、智能小车功能的实现开机启动后，通过一个直流电源给各个模块供电，小车开始沿着固定的路线行走，当左边的传感器检测到黑线时，把信号传给单片机系统，系统通过调整电机的转动，使小车沿着黑线右转；当右边的传感器检测到黑线时，同理通过单片机系统的工作，使小车沿着黑线左转；当左右传感器没有检测到黑线时，小车处在黑线的上方，小车快速行驶，当左右传感器都检测到黑线时，小车停止行驶。

当小车遇到障碍物时，脉冲调制的红外线传感器将检测到的信号发送给单片机，单片机根据程序发出相应的控制信号控制小车自动避开障碍物。

四、系统原理及理论分析1.单片机最小系统组成单片机系统是整个智能系统的核心部分，它对各路传感信号的采集、处理、分析及对各部分整体调整。

主要是组成是：单片机AT89S52、模数转换芯片ADC0809、小车驱动系统芯片L293D、数码管显示的译码芯片74LS47、74LS138及各路的传感器件。

2.避障原理采用红外线避障方法，利用一管发射另一管接收，接收管对外界红外线的接收强弱来判断障碍物的远近，由于红外线受外界可见光的影响较大，因此用250Hz 的信号对38KHz的载波进行调制，这样减少外界的一些干扰。

接收管输出TTL 电平，有利于单片机对信号的处理。

3.计程原理通过计算车轮的转数间接测量距离，在车轮均匀打上透光小孔，当车轮转动时，红外光透射过去，不断地输出脉冲，通过单片机对脉冲计数，再经过一个数据的处理过程，这样就可把小车走过的距离计算出来。

4.黑带检测原理利用光的反射原理，当光线照射在白纸上，反射量比较大，反之，照在黑色物体上，由于黑色对光的吸收，反射回去的量比较少，这样就可以判断黑带轨道的走向。

由于各路传感器会对单片机产生一定的干扰，使信号发生错误。

因此，采用一级射极输出方式对信号进行隔离，这样系统对信号的判断就比较准确。

五、方案论证与比较1．总体方案论证与比较方案一：采用各类数字电路来组成小车的控制系统，对外围避障信号，黑带检测信号，铁片检测信号，各路趋光信号进行处理。

本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于小车智能化的扩展，对各路信号处理比较困难。

方案二：采用89c51单片机来作为整机的控制单元。

红外线探头采用市面上通用的发射管与及接收头，经过单片机调制后发射。

铁片检测采用电感式接近开关LJ18A3-8-Z/BX检测，黑带采用光敏二极管对光源信号采集，再经过ADC0809转化为数字信号送到单片机系统处理。

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，能很好地满足题目的要求。

比较以上两种方案的优缺点，方案二简洁、灵活、可扩展性好，能达到题目的设计要求，因此采用方案二来实现。

2．轨迹探测模块设计与比较方案一、使用简易光电传感器结合外围电路探测。

由于所采用光电传感器实际效果并不理想，对行驶过程中的稳定性要求很高，且误测几率较大、易受光线环境和路面介质影响。

在使用过程极易出现问题，而且容易因为该部件造成整个系统的不稳定。

故最终未采用该方案。

方案二、利用两只光电开关。

分别置于轨道的两侧，根据其接受到白线的先后来控制小车转向来调整车向，但测试表明，如果两只光电开关之间的距离很小，则约束了速度,如果着重于小车速度的提升，则随着车速的提升，则势必要求两只光电开关之间的距离加大，从而使得小车的行驶路线脱离轨道幅度较大，小车将无法快速完成准确的导向从而有可能导致寻迹失败。

方案三、用三只光电开关。

一只置于轨道中间，两只置于轨道外侧，当小车脱离轨道时，即当置于中间的一只光电开关脱离轨道时，等待外面任一只检测到黑线后，做出相应的转向调整，直到中间的光电开关重新检测到黑线（即回到轨道）再恢复正向行驶。

现场实测表明，虽然小车在寻迹过程中有一定的左右摇摆（因为所购小车的内部结构决定了光电开光之间的距离到达不了精确计算值1厘米），但只要控制好行驶速度就可保证车身基本上接近于沿靠轨道行驶。

综合考虑到寻迹准确性和行驶速度的要求，采用方案三。

3．数据存储比较方案一、采用外接ROM进行存储。

采用外接ROM进行存储是保存实验数据的惯用方法，其特点是在单片机断电之后仍然能保存住数据，但无疑将增大软硬开销和时间开销。

方案二、直接用单片机内部的RAM进行存储。

虽然不能在断电后保存数据，但可以在实验结束后根据按键显示相应值。

而且本实验的数据存储不大，采用RAM可以减少IO接口的使用，便利IO接口分配，故此方案具有成本低、易实现的优点，更符合实际需求。