智能小车硬件设计开题报告

1、1本课题所涉及的问题在国内(外)的研究现状综述： 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。1、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，它的开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根本的特征即无人驾驶。早起研制该系统的目的是

2、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开展，智能车辆的研究不断得到新的开展。第二阶段：从 80 年代中后期，世界主要兴旺国家对智能车辆开展可卓有成就的研究，在欧洲，普罗米修斯工程于 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开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

3、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，取得了显著的成就。目前，智能车辆的开展正处于第三阶段，这一阶段的研究成果代表了当前国外智能车辆的主要开展方向。2、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兴旺国家，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

4、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，最顶峰值速度可达 170km/h，并且具有超车功能，其总体技术性能和指标已经到达了世界先进水平。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根底之上，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

5、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。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。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。2.本人对课题任务书提出的任务要求及实现预期目标的可行性分析根据设计任务的要求确定如下方案：在现有玩具车的齿轮带动的根底上，

6、对齿轮进行改装，同时用马力比拟大的电动机取代马力小的电动机通过这些改装用来使小车的驱动能力变大。在车模型的前面加装反射式红外线光电传感器，实现对线路进行实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，由单片机根据检测的数据实现对小车的智能控制。小车还要无线接受装置，将接收到的所有数据传到单片机上，对小车进行实时控制。从而满足人机控制智能化。这种方案能实现对小车的运动状态的实时控制，控制灵活，可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。1、电机驱动系统： 方案一：用 NPN 三极管连接成双极式 H 型控制电动机。 用双极式 H 型控制可以控制电动机的正反转及电动机的转速控制。由于小车需要驱动力比拟大，所以

7、需要加载的电压相比照拟高；三极管的基极由于外界干扰，导致误通；功率大的从而使得产生的温度就比拟高，使得三极管烧坏或灵敏度降低。考虑其驱动能力、灵敏度及散热问题，方案一放弃。 方案二：用 L298N 驱动两台电动机。L298N 是内含两个 H 桥高电压大电流双桥式驱动器可驱动 46V，2A 以下电机。考虑到其驱动能力高，抗干扰强，并且还要专门的散热片，同时价格方面也比拟低。综合考虑以上条件，我选择方案二。2、主控芯片的选择：方案一：STC89C52STC89C52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 系统可编程 FLASH 存储器。使用高密度非易失性存储器制造，与 80C5

8、1 产品指令与引脚完全兼容。但是在智能寻迹方面尚有欠缺，方案一放弃。方案二：AVR 单片机AVR 单片机是高效的、低功耗的 8 位微控制器。它采用先进的精简指令集架构，拥有130 条汇编指令、32 个 8 位通用存放器、8K 字节的闪存存储器、512 个字节的 EEPROM 和1K 字节的静态随机存储器，处理工作速度到达 16MIPS、并具有芯片加密功能。利用 AVR 单片机强大的功能部件，在不扩展其他外围芯片的情况下，实现智能小车的寻迹、壁障等功能。我选择方案二。3、无线模块的选择方案一：CC1000CC1000 是一种理想的超高频单片收发 IC 它专用于低功率和低电压类无线电产品，此IC

9、电路系统主要设计用于 ISM 工业科学及医疗方面以及 SRD 短距离通讯工作频带，在315868 及 915MHZ 但 CC1000 很容易通过编程，使其工作在 3001000MHZ 范围内 CC1000 的主要工作参数能通过串行总线接口编程改变，这样使 CC1000 使用起来更灵活通常典型的系统是由 CC1000 与一个微控器以及一些外围无源元件一起构成。但由于本钱比拟高所以不采用。方案二：NRF24.L01NRF24.L01 是一款新型单片射频收发器件,工作于 2.4 GHZ2.5 GHZ ISM 频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型 SHOCKB

10、URST技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。NRF24L01 功耗低,在以-6 DBM 的功率发射时，工作电流也只有 9 MA;接收时，工作电流只有 12.3 MA，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便，而且价钱比拟廉价就能到达同样的效果，我选择方案二。本系统采用 AVR 单片机作为智能小车的控制核心，小车的硬件电路组成局部包括24L01 无线模块、L298 电机驱动模块及 AVR 单片机。实现可行性方案：1基于 Proteus 建立智能小车系统电路模型2无线智能小车硬件制作。 预期目标：（1）建立无线智能小车系统电路使小车能稳定运行。 2L298是减速电机，所

11、以能实现小车速度快。 3系统经济、实用。3.本课题需要重点研究的问题及解决的思路 重点研究的问题：1、智能小车控制系统电路模型的建立及仿真。2、小车硬件各模块之间的分布及制作。解决的思路：1、通过 PROTUES 软件将建立的电路模型仿真并且保证能稳定的运行。2、制作小车过程中尽量把各局部合理布局好。4.完本钱课题所必须的工作条件如实验设备或实验环境条件、调研、计算机辅助设计条件等单片机开发板、电脑、Proteus、PROTEL 等开发软件以及硬件制作焊接工具5.参考文献：不少于 15 个参考文献，其中应有 1 个外文参考文献1 阎石. 数字电子技术根底，北京：高等教育出版社2 肖景和，赵健.

12、 无线电遥控组建及其应用电路，北京：人民邮电出版社 4 姚鹏，陈明. PROTEL 99SE原理图与PCB设计教程，北京：机械出版社5 刘和平.单片机原理及应用，重庆：重庆大学出版社6 周润景,张丽娜.基于PROTEUS的电路及单片机系统设计与仿真M.北京:北京航空航天大学出版社,2006.7 代启化.PROTEUS在单片机电路系统设计中的应用J.自动化与仪器表,2006,(6):84 87.8 郑贤标，姜伟，周见行，等基于PROTEUS 的单片机数据采集系统仿真，机电工程，2021 1： 3133， 379 朱清慧，张凤蕊，翟天嵩，等PROTEUS 教程电子线路设计、制版与仿真M 北京： 清

13、华大学出版社， 202110 陈石龙基于单片机的步进电机控制系统J 宁德师专学报，2021，211：161911 谭勇宏,张辉.智能寻迹小车的研究与设计J.微计算机信息,2021,3-2:310-312。12 曹建树,曾林春等.基于单片机控制的智能寻迹小车J.微计算机信息,2021,12-2: 103- 104。13 孙肖子,张企民编著.模拟电子技术根底M.西安:西安电子科技大学出版社,2006,112- 457。14 沈红卫编著.基于单片机的智能系统设计与实现M.北京:电子工业出版社, 2005,32- 126。15 郁有文,常建,程继红编著,传感器原理及工程应用M. 西安:西安电子科技大学

14、出版社, 2003,50-78。16 CAI ZHIXING AND TANG S X.CONTROLLABILITY AND ROBUSTNESS OF T-FUZZY SYSTEM UNDER DIRECTIONAL DISTURBANCE.FUZZY SETS 17 LEE C.FUZZY LOGIC IN CONTROL SYSTEM:FUZZY LOGIC CONTROLLER,PART I AND II.IEEE TRANS.ON SMC,1990.404-435.6. 完本钱课题的工作进度安排1明确任务，资料检索，学习相关理论知识。 1 周2总体构思，确定设计方案和总体结构安排。 1.5 周3按内容要求设计系统并进行硬件制作。 每周检查进度 6.5 周4对