基于单片机的多功能智能小车的设计【文献综述】

毕业设计开题报告

电子信息工程

基于单片机的多功能智能小车的设计

1前言部分（阐明课题的研究背景和意义）

1.1课题研究背景

当前，在企业生产技术不断提升、对自动化技术要求不断加深的背景下，智能车以及在智能车基础上开发出来的产品已成为自动化物流运输、柔性生产组织等系统的关键设备。世界上很多国家都在积极进行智能车的研究和开发设计。移动机器人是机器人学中的一个重要分支，出现于20世纪60年代。当时斯坦福研究院SRI的Nils Nilssen和Charles Rosen[1]等人，在1966年至1972年中研制出了取名Shakey的自主式移动机器人，目的是将人工智能技术应用在复杂环境下，完成机器人系统的自主推理、规划和控制。从此，移动机器人从无到有，数量不断增加，智能车作为移动机器人的一个重要分支也越来越多的受到关注。1.2课题研究意义

智能车致力于提高汽车的安全性、舒适性、适应性和提高优良的人车交互界面，是世界车辆工程领域研究的热点和汽车工业增长的新动力。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，智能车已在许多工业部门获得了广泛的应用。在发达国家，有些智能车已实现商品化。由于成本低廉，环保，交通安全性高，慢慢地它已逐步渗入到工业和社会的各个层面：

（一）智能车在智能运输系统ITS上的应用[2]

这是智能车最典型的应用，智能车自动行驶功能的研究对增强车辆的智能性意义重大。智能车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，例如：

（1）汽车的智能化可以减轻驾驶员的工作量；

（2）切实提高道路网络的利用率，为改进道路提供新的解决途径；

（3）有利于缓解交通状况，减轻交通拥挤与交通阻塞；

（4）降低车辆的燃油消耗量，提供舒适、安全的人车环境。

（二）智能车在物流运输方面的应用

智能车在自动仓库、码头、搬运、涂装等物流作业部门也发挥了关键作用，它最适合在那些人类无法工作的环境中工作。采用建立在智能车技术基础上的仓库智能车物流运输平台来完成物流的自动运输，既可以提高运输效率，又可以避免有害物质对人体的伤害，有效地完成有毒环境下的作业[3]。

（三）智能车在军事领域方面的应用

在未来战争中，智能车可以代替人员在核、生物、化学污染区进行侦察、巡逻、对污染进行采样，可以更加准确的搜集、掌握相关信息，可以有效地避免人员伤亡，提高执行任务的效率和安全性[4]。另外，无人驾驶的进攻性武器系统是现代军事技术的发展方向之一，智能车的发展为无人攻击车辆提供技术平台。军用智能车辆主要有五种功能[5]：

（1）侦察、监视和目标搜索；

（2）城市地形的军事行动；

（3）爆炸物处理；

（4）安全巡逻；

（5）反雷战。

由此可见，智能车在军事领域有着重要的应用价值。

（四）智能车在社会生活中的应用

在西方发达国家，智能车已广泛应用于医疗福利服务、商场超市服务、家庭服务等领域。其中的某些应用有望在今后两三年内实现商业化，并进入普通家庭[6]。可以看出，无论是从学科发展、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，对智能车的研究都是必要的。而智能车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、高效的智能车控制系统具有重要的实际意义及科学理论价值。

作为电信专业的学生，非常有必要通过对实际产品的设计和制作，了解现代IT产品的开发全流程。全面提高知识的综合应用能力，掌握从系统、电路，到芯片各个层次的设计和实现手段。基于上述原因，我选择此设计课题，在此设计过程中，将会用到多门学科的理论知识，复习和巩固了以前所学的知识，更重要的是培养了发现问题、分析问题、解决问题的能力，还锻炼了动手能力，是一次

很好的实践，对以后的学习和工作也会有所帮助。

2主题部分（阐明课题的国内外发展现状和发展方向，以及对这些问题的评述）智能小车是一个集环境感知、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[7]。下面简单介绍智能车的研究现状。

2.1国外发展现状和发展方向

国外智能车的研究历史较长，始于上世纪50年代[8]。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最基本的特征即无人驾驶。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内的物品运输。随着计算机的应用和传感技术的发展，智能车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的可行性，并促进智能车技术进入实用化。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，促进日本智能车技术的整体进步。进入80年代中期，设计和制造智能车的浪潮席卷全世界，一大批世界著名的公司开始研制智能车平台。

第三阶段从90年代开始，智能车进入了深入、系统、大规模研究阶段。最为突出的是，美国卡内基海隆大学机器人研究所一共完成了Navlab系列的10台自主车的研究，取得了显著的成就。

目前，智能车的发展正处于第三阶段[9]。这一阶段的研究成果代表了当前国外智能车的主要发展方向。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lOOkm／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PROMETHEUS项目第一次委员会会议上，智能车维塔(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。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，政府正考虑沿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[10]。

2.2国内发展现状和发展方向

相比于国外，我国开展智能车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在针对某个单项技术研究的阶段[11]。例如：（1）20世纪80年代，沈阳自动化研究所采用地下埋线式导航技术，开始了我国的自动引导车辆（AGVS）的研究。

（2）清华大学在20世纪90年代中期也曾研究过一种采用图像识别来实现自动导航的智能车。

（3）国防科技大学进行过基于图像视觉导航的车辆研究。

（4）北京理工大学近年来也在进行用GPS与数字地图导航的智能车方面的研究。

（5）吉林大学智能车课题组1994年研制出第一辆模型车JUTIV_I型智能车，实现了自主驾驶功能。1998年课题组又研制出JUTIV_II型智能车，实现了车道线作为导航路线的自动导航，车辆时速达30km/h。

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于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13 km／h，最高峰值速度可达170 km／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[12]。

(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[13]。

智能车辆研究也是智能交通系统ITS的关键技术[14]。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，我国已形成一支ITS技术研究开发的专业技术队伍。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的研究提供一个更加广阔的前景[15]。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。

3、总结部分（将全文主题进行扼要总结，提出自己的见解并对进一步的发展方向做出预测）

本文对智能车进行了全方位的概述，从它的产生到发展到成熟，再对智能车的应用做了全面的叙述，又比较了国内外智能车的发展现状和发展方向，通过对智能车多方面的了解，我对此课题的研究充满了信心。

本论文基于STC89C52单片机而开发的智能小车系统，从总体的理论构思到具体的软硬件的设计，元件的采购，PCB板的制作，整机的焊接，系统的调试，最终实现了小车的基本功能，即在传感器的感应下，实现了小车的自动寻迹、倒车、蔽障、运料，实现了无人驾驶的智能化。智能小车还能实现一些更高要求的功能，比如语音功能、测速、计时、计费等。

4、参考文献

[1]徐国华，谭民．移动机器人的发展现状及其趋势[J]．机器人技术与应用，2001(3)：7～14．

[2]王建农，吴捷.自主移动机器人的导航研究[R].机器人,1997.19（6）：468～473