基于“飞思卡尔”单片机的智能车

1、哈 尔 滨 工 业 大 学 华 德 应 用 技 术 学 院 毕 业 设 计 (论 文 开 题 报 告题 目:基于“飞思卡尔”单片机的智能车(硬件部分设计系 (部 应用电子与通信技术系专 业 电子信息工程学 生学 号班 号指导教师开题报告日期 2011-10-17哈工大华德学院说 明一、开题报告应包括下列主要内容:1. 通过学生对文献论述和方案论证, 判断是否已充分理解毕业设计 (论文 的内容 和要求2.进度计划是否切实可行;3.是否具备毕业设计所要求的基础条件。4.预计研究过程中可能遇到的困难和问题,以及解决的措施;5.主要参考文献。二、如学生首次开题报告未通过,需在一周内再进行一次。三、开题

2、报告由指导教师填写意见、签字后,统一交所在系(部保存,以备检查。 指导教师评语:指导教师签字:检查日期:一、 课 题 背 景车 与 我 们 的 社 会 生 活 息 息 相 关 , 然 而 当 今 车 的 智 能 化 发 展 还 不 是 很 发 达 , 特 别 是 在 安 全 性 , 智 能 化 , 车 与 路 之 间 交 互 信 息 等 方 面 。 当 今 的 车 辆 技 术 与 未 来 的 智 能 车 辆 技 术 还 存 在 着 巨 大 的 差 距 。 今 天 的 汽 车 工 程 师 面 临 着 巨 大 的 挑 战 , 需 要 在 新 旧 技 术 之 间 建 立 一 座 桥 梁 , 通 过

3、应 用 先 进 的 电 子 技 术 , 信 息 技 术 , 电 子 通 信 技 术 推 动 车 辆 技 术 的 革 新 与 进 步 。本 课 题 小 组 在 履 带 车 模 的 基 础 上 , 使 用 飞 思 卡 尔 公 司 的 MC9S12XS128 单 片 机 作 为 控 制 核 心 , 自 行 设 计 并 制 作 了 相 关 电 路 以 和 检 测 到 道 路 周 围 的 黑 线 信 号 处 理 以 及 对 舵 机 、 电 机 的 控 制 。 最 终 实 现 车 模 在 赛 道 上 通 过 自 身 控 制 以 最 短 时 间 独 立 完 成 行 驶 和 自 动 超 车 的 功 能 。二、

4、 目 的 意 义智 能 小 车 的 应 用 越 来 越 广 泛 , 几 乎 渗 透 到 所 有 领 域 。 智 能 小 车 的 发 展 体 现 了 一 个 国 家 技 术 水 平 的 高 低 , 现 代 智 能 小 车 从 其 诞 生 到 现 在 , 已 经 发 展 到 了 第 三 代 。 第 一 代 智 能 小 车 是 示 教 再 现 型 智 能 小 车 。 它 们 装 有 记 忆 存 储 器 , 由 人 将 作 业 的 各 种 操 作 要 求 示 范 给 智 能 小 车 , 使 之 记 住 操 作 的 程 序 和 要 领 。 当 它 接 到 再 现 命 令 时 , 则 自 主 地 再 现

5、示 教 的 动 作 。 第 二 代 智 能 小 车 是 装 有 简 单 计 算 机 和 简 单 传 感 器 的 离 线 编 程 的 工 业 智 能 小 车 。 它 能 感 知 外 界 信 息 和 进 行 “ 思 维 ”, 比 绍 一 代 智 能 小 车 更 灵 活 、 更 能 适 应 环 境 变 化 的 需 要 。 第 三 代 是 智 能 小 车 。 智 能 小 车 是 “ 其 有 感 知 、 思 维 和 动 作 的 机 器 ”。 它 装 有 多 种 传 感 器 , 能 识 别 作 业 环 境 , 能 自 主 决 策 , 具 有 人 类 大 脑 的 部 分 功 能 , 且 动 作 灵 活 ,

6、是 人 工 智 能 技 术 发 展 到 高 级 阶 段 的 产 物 。 三 、 技 术 要 求1、 甲 车 和 乙 车 分 别 从 起 点 标 志 线 开 始 , 在 行 车 道 各 正 常 行 驶 一 圈 。2、 甲 、 乙 两 车 按 图 所 示 位 置 同 时 起 动 , 乙 车 通 过 超 车 标 志 线 后 在 超 车 区 内 实 现 超 车 功 能 , 并 先 于 甲 车 到 达 终 点 标 志 线 , 即 第 一 圈 实 现 乙 车 超 过甲 车 。3、 甲 、 乙 两 车 在 完 成 (2时 的 行 驶 时 间 要 尽 可 能 的 短 。4、 在 完 成 基 本 要 求 (2后

7、 , 甲 、 乙 两 车 继 续 行 驶 第 二 圈 , 要 求 甲 车 通 过 超 车 标 志 线 后 要 实 现 超 车 功 能 , 并 先 于 乙 车 到 达 终 点 标 志 线 , 即 第 二 圈 完 成 甲 车 超 过 乙 车 , 实 现 了 交 替 领 跑 。 甲 、 乙 两 车 在 第 二 圈 行 驶 的 时 间 要 尽 可 能 的 短 。5、 甲 、 乙 两 车 继 续 行 驶 第 三 圈 和 第 四 圈 , 并 交 替 领 跑 ; 两 车 行 驶 的 时 间 要 尽 可 能 的 短 。6、 在 完 成 上 述 功 能 后 , 重 新 设 定 甲 车 起 始 位 置 (在 离

8、起 点 标 志 线 前 进 方 向 40cm 范 围 内 任 意 设 定 , 实 现 甲 、 乙 两 车 四 圈 交 替 领 跑 功 能 , 行 驶 时 间 要 尽 可 能 的 短 。四 、 方 案 选 择 与 方 案 论 证1、 无 线 寻 迹 部 分利 用 RPR220红 外 对 管 识 别 黑 线 的 原 理 :对 管 由 两 部 分 组 成 , 一 部 分 发 出 不 同 于 外 界 光 的 特 殊 光 源 , 另 一 部 分 接 受 上 一 部 分 通 过 对 界 面 的 反 射 过 来 的 反 射 光 , 由 于 光 对 不 同 界 面 材 质 的 反 射 光 线 的 不 同 来

9、判 断 哪 是 轨 道 、 哪 是 边 缘 。 可 根 据 接 收 过 来 的 光 线 的 不 同 来 决 定 小 车 是 直 接 行 驶 还 是 拐 弯 校 正 , 保 证 小 车 按 规 定 的 要 求 行 驶 。方 案 一 :由 发 光 二 极 管 与 光 敏 二 极 管 组 成 的 发 射 -接 收 一 体 电 路 。 该 方 案 控 制 方 便 , 可 以 直 接 与 单 片 机 相 连 , 而 且 成 本 较 低 , 易 于 制 作 , 但 其 缺 点 在 于 所 识 别 的 范 围 小 , 实 时 性 比 较 差 周 围 环 境 光 源 会 对 光 敏 二 极 管 的 接 收 产

10、 生 很 大 干 扰 , 一 旦 外 界 光 亮 条 件 改 变 , 很 可 能 造 成 误 判 和 漏 判 ; 如 果 降 低 收 发 管 与 地 面 的 距 离 大 大 降 低 其 干 扰 。方 案 二 :自 制 红 外 探 头 电 路 。 此 种 方 法 简 单 , 价 格 便 宜 , 灵 敏 度 可 调 , 但 很 易 受 到 周 围 环 境 影 响 , 对 周 围 的 环 境 要 求 较 高 , 一 旦 受 到 较 强 光 照 便 会 对 信 号 的 检 测 产 生 影 响 , 会 造 成 系 统 不 稳 定 , 属 应 用 于 特 定 环 境 的 电 路 。 再 加 上 时 间 有

11、 限 , 制 作 分 立 电 路 较 繁 琐 。方 案 三 :集 成 式 红 外 探 头 。 可 以 采 用 集 成 断 续 式 光 电 开 关 探 测 器 , 它 具 有 集 成 度 高 、 工 作 性 能 可 靠 的 优 点 , 只 须 调 节 探 头 上 的 一 个 旋 钮 即 可 以 控 制 探 头 的 灵 敏 度 。 此 种 探 头 还 能 有 效 地 防 止 普 通 光 源 (如 日 光 灯 等 的 干 扰 。 但 容 易 受 外 界 的 光 线 干 扰 , 容 易 造 成 系 统 的 不 稳 定 。基 于 方 案 二 与 方 案 三 的 比 较 , 采 用 方 案 一 适 应 性

12、 比 较 强 , 调 整 方 便 , 而 且 降 低 成 , 电 路 焊 接 简 单 , 时 间 少 。 所 以 我 们 采 用 方 案 一 。2、 电 动 机 选 择根 据 题 目 中 小 车 行 驶 全 程 的 时 间 要 求 , 应 该 尽 可 量 增 大 小 车 的 行 驶 速 度 很 快 , 所 以 采 用 直 流 电 机 , 但 是 由 于 电 池 的 电 压 较 低 这 就 使 小 车 速 度 上 有 所 降 低 , 还 有 本 身 的 体 积 比 较 重 , 也 降 低 了 小 车 的 速 度 。 采 用 直 流 减 速 电 机 可 以 加 强 小 车 的 动 力 要 求 ,

13、并 且 其 具 有 很 大 的 转 动 力 矩 , 不 会 在 倾 斜 面 出 现 堵 转 情 况 , 但 是 速 度 过 于 缓 慢 。 所 以 最 后 还 是 采 用 直 流 电 机 。 3、 电 机 驱 动 部 分在 选 用 驱 动 模 块 方 面 由 以 下 两 种 方 案 :采 用 专 用 驱 动 芯 片 。 该 芯 片 集 成 度 高 , 占 用 空 间 小 , 运 用 方 便 灵 活 , 而 且 减 少 手 工 焊 接 的 不 稳 定 , 以 及 参 数 不 匹 配 或 是 调 节 难 度 大 的 问 题 。 采 用 分 立 三 极 管 驱 动 电 路 。 该 驱 动 电 路 功

14、 能 比 较 简 单 , 成 本 低 ; 缺 点 是 电 路 复 杂 。 采 用 N 沟 道 增 强 型 场 效 应 管 构 建 H 桥 。 该 驱 动 电 路 能 够 满 足 各 种 类 型 直 流 电 机 需 求 , 并 具 有 快 速 、 精 确 、 高 效 、 低 功 耗 等 特 点 , 可 直 接 与 微 处 理 器 接 口 , 可 应 用 PWM 技 术 实 现 直 流 电 机 调 速 控 制 ; 缺 点 是 电 路 复 杂 , 焊 接 电 路 过 于 消 耗 时 间 。 最 后 用 电 动 机 专 用 驱 动 芯 片 可 以 达 到 预 期 的 目 标 。 故 最 后 决 定 用

15、 第 一 个 方 案 。4、 控 制 系 统 的 选 择方 案 一 :单 片 机 STC89C52。 C52是 一 款 很 常 见 的 单 片 机 , 他 系 统 简 单 容 易 控 制 , 很 多 初 学 者 都 选 用 这 款 单 片 机 进 行 学 习 。 但 是 它 I/O口 少 内 部 系 统 集 成 度 不 高 , 编 写 程 序 过 于 繁 多 而 且 运 行 速 度 慢 , 使 其 应 用 受 到 了 一 定 的 限 制 。方 案 二 :飞 思 卡 尔 公 司 的 单 片 机 MC9S12DG128。 这 款 单 片 机 是 一 款 十 六 位 的 单 片 机 , 而 且 内

16、部 集 成 度 很 高 。 有 内 部 PWM 控 制 、 8路 A/D、 串 行 数 据 通 信 和 多 个 I/O口 等 等 。 他 也 是 一 款 飞 思 卡 尔 公 司 举 办 的 飞 思 卡 尔 智 能 车 竞 赛 的 专 用 芯 片 。 但 其 缺 点 是 静 电 防 护 不 是 很 好 , 在 比 较 干 燥 的 场 合 容 易 产 生 静 电 。基 于 任 务 完 成 需 要 小 车 行 驶 四 圈 , 而 且 还 要 尽 可 能 短 的 时 间 。 相 对 而 言 , C52处 理 速 度 , 和 内 部 集 成 度 都 不 是 很 好 。 这 样 就 会 使 编 程 过 于

17、 复 杂 , 减 少 了 跳 车 的 时 间 , 所 以 综 合 这 些 特 点 , 故 采 用 方 案 二 。五 、 控 制 部 分 流 程 图 根据题目的要求，设计任务主要完成两辆小车快速的完成规定的行 车路线，并可以在指定的区域完成小车智能的超车。为完成设计任务，系 统可以分为以下几个部分：电机驱动部分、电源部分、无线引导部分、无 线 壁 障 部 分 、 A/D 转 换 部 分 。 见 图 1-1 黑 线 寻 迹 无 线 收 发 壁 障 传 感 单片机 电 机 驱 动 稳 压 升 压 图 1-1 智 能 车 整 机 框 图 六 、 进 度 安 排 表 1- 1 毕业设计日程安排表 日期

18、9.27 9.28-10.17 10.17 10.18-11.04 11.05-11.13 11.14 11.15-11.21 11.22-11.27 11.28-12.4 12.5 12.6-12.19 12.20 12.27 毕业设计日程安排 选题 查找资料、写开题报告 开题 设计电路图，元器件选购 电路基本功能完成 中期检查 电路仿真与布线 完成单元电路的焊接与整体组装 最终电路调试与组装 结题验收 整理毕业设计论文及日志 上交论文 毕业设计答辩 七 、 参 考 文 献 【1】 郭 天 祥 攻略 电子工业出版社 【2】 例详解 北京航空航天大学出版社 【3】 计 电子工业出版社 零点工作室 张睿