南京工程学院大学生科技创新基金项目立项申报书1

1、项目编号南京工程学院大学生科技创新基金项目立 项 申 报 书项目名称： 基于单片机的智能探测小车 负责人（学号）： 蒋嘉柔（） 指导教师： 宋宇飞 院 系： 通信工程学院 联系电话： 填表日期： 2010年11月24日 共青团南京工程学院委员会印制负责人姓 名蒋嘉柔 学号 班 级电子信息091 专 业电子信息工程联 系 电 话 指导教师姓 名 宋宇飞专业/研究方向电子信息工程职称/职务讲师联 系 电 话负责人近年来承接、组织、参与的学术科技活动情况（含科技项目、学术论文名称、完成时间、鉴定、发展以及获奖情况等）项目组其他成员情况序号姓名学号班 级专业项目分工签名1 蒋嘉柔 电子信息091电子信

2、息工程原理设计整体统筹蒋嘉柔2步超伦无线通信091无线通信单片机编程步超伦3夏静D自集成102自动化系统集成机身设计电路设计夏静 项目组其他成员近年来承接、组织、参与的学术科技活动情况（含科技项目、学术论文名称、完成时间、鉴定、发展以及获奖情况等）研 究 项 目名 称基于单片机的智能探测小车研究方向单片机技术的智能实现 申请经费3000元 一、项目的研究意义、国内外研究现状、水平和发展趋势，研究预期达到的科学技术水平、社会和经济效益。基于单片机的设计和制作室国内外大学生及研究学者的热点，对于其放在崎岖的道路上的出色的平衡行走的表现，它已经被应用到探险、航天探索等许多方面，尽管目前有许多成熟的产

3、品，但是造价昂贵，以日本索尼公司的机器狗为例，一款功能较为完善的机器狗造价高达2万元人民币。而其作用也越来越受到重视，可供单片机编程实现的探险工具造价昂贵，于此形成鲜明对比的是国内的探险市场庞大但价廉实用的产品较少。同时国内外与相关探险相关的比赛也层出不穷，充分展示了它的市场价值。我们设计的探险小车是用于探险人类不能活动的地方，比如山洞，外太空等等，用机器小车来代替人类，并且能够把所拍摄的图像送到我们的设备，同时，小车也能够做相应的转弯等动作。因而制作出一款价廉实用的探险小车有很大的价值，因此我们的项目在教育以及在竞赛方面有着很大的市场前景和研究开发价值。2、 项目的研究内容、预计突破或解决哪

4、些技术难题项目研究内容：1，视频信号的传输。即能把拍摄到的信号远程传送到操作者的电脑桌面上。用于实时监控。2，小车具有识别障碍和转弯的功能。能够自我越过所遇到的障碍。3，熟练使用CAD设计软件进行机械部分的设计。（小车的底座，车身等的机械设计）。4，能编写实现视频传输的单片机程序。5，LED照明。同时LED具有会根据环境自动发光。6,，行走过程中的小车本体的平衡的实现以及在崎岖平面上的适应能力。预计突破：1，熟练运用C语言进行单片机的程序开发。2，实现一个单片机对远程图像信号的传输。（编程设计是一个难点）解决的技术难题：1，对机小车行走时的平衡的实现，各部件之间的协调，以及在不平整的路面上移动

5、的稳定，以适应不同的外部环境。2，利用单片机实现使远程图像信号能够传递到我们的电脑上的编程问题。三、项目的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析项目的研究方法：1，通过查阅资料以及相关的工程实践改进相关技术。2，咨询相关老师获得相关方面的经验方法。3，通过具体的工程实践对探险小车的性能做出不断的改进与完善。技术路线：1， 对小车的行走进行观察并进行测试，2， EAD技术辅助电路部分设计。实验方案：第一步，规划基本的电路，搭建试验电路。第二步，规划小车的行走方案，设计并且对单片机进行编程，用单片机开发板进行相关的测试和调试。第三步，搭建电路板，接入电源，进行实物测试。第五步，组装小车本体，进行

6、实战平衡调试，接入拓展功能进行测试。可行性分析：该项目的机械设计部分已基本成熟，并且软件设计部分也有了一定的头绪，方案可行，思路合理。因而有理由认为该项目的可行性很强。具备开题立项的条件。四、研究工作条件和基础（包括前期研究工作基础，已有研究成果，现有的主要仪器设备、研究技术及协作条件等）一 系统原理图 简易智能电动车采用80C51单片机进行智能控制。开始由手动启动小车，并复位，红外光电传感器检测，通过单片机控制小车开始记数显示并避障；系统的自动避障功能通过红外光电传感器左右侧检测，由单片机控制实现；在电动车进驶过程中，采用双极式H型PWM脉宽调制技术，以提高系统的静动态性能；采用动态共阴显示

7、行驶时间和里程。本设计采用MCS-51系列中的80C51单片机。系统原理图如图2.6所示。图2.6 系统原理图其中看门狗电路和时间里程显示、调速电路，检测是拓展目标。一小车的整体控制系统理论：控制工程处理自动控制系统各种工程实现问题的综合工程技术。包括对自动控制系统提出要求（即规定指标）、进行设计、构造、运行、分析、检验等过程。它是在电气工程和机械工程的基础上发展起来的。闭环控制：闭环控制有反馈环节，通过反馈系统是系统的精确度提高,响应时间缩短,适合于对系统的响应时间,稳定要求高的系统。开环控制：开环控制没有反馈环节，系统的稳定不高,响应时间相对来说很长,精确度不高,使用于对系统稳定精确度要求

8、不高的简单的系统。一般稍微复杂一点的机器人小车都是闭环控制，也就是说它有一个反馈机制，会根据自己配备的各种传感器来读取环境信息，并且根据这些环境信息来决定自己下一步的行动，决定好后将行动指令发给执行系统，使机器人做出合适的动作。我们打算做的探险小车是闭环控制。小车的前进时通过在小车后面左右轮上分别装上两个独立的驱动电机（差速转向式），通过控制左右轮的速度来实现车体的转向。1.设计一个光强采集系统，能够实时采集环境光线强度；2.设计一个闭环控制LED（12只高亮3mm白光LED）照明系统。1.LED驱动采用电流驱动，电流步进可调；2.电流1mA50mA，步进1mA，能够实现光线强度感应并自动控制

9、LED亮度。在LED打开后，自动实现LED根据外界光线强度自动调光。即：外界光线强度强，减小LED发光强度，反之，增强LED发光强度。二，机器小车可以分为三部分传感器部分、控制器部分、执行器部分。小车传感器部分和控制器部分：接收传感器部分传递过来的信号，并根据事前写入的决策系统（软件程序），来决定机器人对外部信号的反应，将控制信号发给执行器部分。好比人的大脑。执行器部分：驱动机器小车做出各种行为，包括发出各种信号（点亮发光二极管、发出声音）的部分，并且可以根据控制器部分的信号调整自己的状态。对机器人小车来说，最基本的就是轮子。这里我们采用的是直流无刷电机。现在我们来分析一下机器人小车的避障行为

10、控制：机器车在行走过程中（人在路上走），忽然接收到装在它前部的传感器发来的一个“左前方有障碍物”的信号（人眼发现左前方有一根电线杆），我们事先写在机器人控制芯片中的程序算法要求机器人发现左前方有障碍物就往右边转，控制芯片对机器车的驱动器或是轮子，此时机器车的执行器部分应该立即响应控制器的指令，改变自己的状态，使机器车的前进方向改变，避开障碍物。那么这三部分是用电联系起来的。其实机器人小车就是一个电子作品，传感器将外部的光信号、声音信号、温度信号等全部转换为控制部分可以接受的电信号，控制系统发出的指令也是各种电信号，通过执行部分转变为电机输出的扭矩、声音、光信号等等。二传感器部分 传感器是机器人

11、的眼睛，想要小车完成不同的任务就要配备各种不同的传感器。红外测距传感器：红外测距传感器利用红外信号遇到障碍物距离的不同反射的强度也不同的原理，进行障碍物远近的检测。红外测距传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，发射管发射特定频率的红外信号，接收管接收这种频率的红外信号。三控制器部分适合机器人的控制芯片我们打算用单片机。单片机。单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。我们编辑相应的程序教会单片机处理各种各样的问题，给单片机配备上各种各样的扩展

12、工具，使单片机可以将复杂的问题简单化，数字化。我们打算买单片机开发板。单片机开发涉及两方面：硬件、软件。做机器小车需要的扩展电路：    程序下载电路：单片机最终需要程序来控制，一般都是在PC上编写好程序，通过下载线前行与倒车控制电路来下载到单片机中执行。下载需要一个电路来支持，以前的通常做法是连接到PC的串口，也可以通过USB下载程序的电路。系统设计驱动电路要想让机器小车有稳定行走能力，需要选择稳定的电动机驱动系统。本设计利用三极管放大作用对单片机I/O口电流进行放大，驱动继电器控制电动机转动。且不会对输入电流有任何影响，完全可以给电动机提供大电流，保证电路工作稳定。电动

13、机驱动电路采用两个NPN管对单片机AT89C51的I/O口输出电流信号放大，利用电阻R19、R20作为三极管基极进行保护。当单片机I/O口有信号输出时，该电流经电阻后送入第一级三极管基极，使第一级三极管导通，导通电流经电阻送入第二个三极管基极，进一步放大电流，以达到继电器驱动电流。根据计算，送入继电器的电流是经过两极放大电路放大了约2倍，9014在此做开关作用。经过两级放大后驱动继电器。如图2所示。图2 电机驱动电路原理图每个继电器相当于一个单刀双掷开关，由此，两个单刀双掷开关，组成电动机正反转控制电路，实现机器人前进、后退动作。以上两个电路就是机器人开发所需要的最基本的单片机电路，其他也许还

14、需要一些电机驱动、A/D转换、开关选择等电路。视觉电路在此设计中，我们仅要求机器人发现并跟踪目标，不需要识别目标。因此采用最常用的红外线反射传感器来作为机器人的视觉功能，检测机器人前方是否有目标。该功能的实现采用的是两个型号为TX05D的红外线反射传感器。TX05D常用的红外反射式接近开关，它内部有一红外线发射管和一红外线接收管。发射管发出红外线，如果其正前方没有物体，那么接收管接收不到红外线反馈信号。当前方出现物体时，红外线信号经过物体被反射了回来，这时接收管接收到信号，向单片机发出高电平信号，以告知单片机其前方出现障碍物。两个红外线传感器安装在机器人前方的两侧，在机器人工作时，两个传感器始

15、终向外发射红外线探测信号，当其中一个传感器接收到反馈信号时，便向单片机发出高电平信号，告知单片机该方向发现目标，单片机经过判断后，控制电动机向该方向转向，以实现跟踪功能。当两个传感器都感应到目标时，机器人便向着目标直着前进，直到撞上目标。四执行器部分 对于机器人小车来说，最基本的执行器部分就是轮子。要有轮子，小车才能被称为小车。一般适合机器人小车上用的轮子，机械结构，车体等部分却很难寻觅。我们打算自己做几个适合我们小车型号的轮子。于小车的运动驱动来说，我们可以选用步进电机。单片机有专门的模块来负责驱动电机，单片机只需要为这样的模块提供一定频率的脉冲和控制信号就可以了。在硬件结构中，光电传感器模

16、拟小车的眼睛，驱动电路模拟操纵杆，单片机模拟模拟小车的大脑。拓展功能：步伐调整电路当机器人在前进过程中，如果电机转速不一致或者在转向过程中打乱了步伐，这时便会启动步伐调整功能，该功能是利用两个光耦来完成的。在机器人腿部，装有两片通过光耦的挡片，当机器人正常行走时，挡片会交替的打开和关闭光耦。如果两个光耦的状态始终不相同。那么就说明该机器人步伐正常。当光耦状态出现相同时，说明机器人步伐错乱，需要校正步伐。这时便会随机停下一条“腿”，等另一条“腿”走在合适位置，即光耦状态相反时，再作出同步前进。电路如图3所示。在现有玩具电动车的基础上，加装光电、红外线、超声波传感器及金属探测器，实现对电动车的速度

17、、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求.1，小车的外形已有基本的设想。2，其次，相关的电路（简略）我们也展示了几部分的电路图纸。3，我们对智能探险方面已有一定的了解，基本明确小车制作的步骤。4，软件设计方面，团队有两个人已学完C语言，所以，对基于C语言的单片机编程可以实现。5，现在我在工程实践中心实验室里，这里有制作相关的设备和测试仪器。同时，这里的学长也可以对我们的制作智能小车提供指导意见。6，我们组成的团队成员有着一定的

18、单片机基础（自学）和相关硬件方面的制作经验，我们是一支团结协作共同进取的团队。五、预期研究成果1,制作出可以实现行走，转弯识别障碍等基本动作的智能小车。一部分由单片机进行软件编程实现，另一部分由硬件实现。2，在崎岖的路面上的平衡得以实现。具体形成的实物将会在终审现场进行展示表演。3，具有视频远距离传输，最终在电脑上显示所拍摄到的图像（把信息传回来）。六、考核目标基本目标：1，机器车成品的相关展示。2， 现场进行一般性的动作的表演，如行走，转弯，识别障碍等。3，视频传输的实现。拓展目标：1，小车循迹的功能。2，调速电路（步伐调整）3，看门狗电路,4，时间里程显示5，调速电路6，检测七、主要参考文献或资料1，【日】船舱一郎 土屋 尧 掘桂太郎 机