大学生创新训练项目申报书——甘艳红

1、大学生创新训练项目申报书项目名称 基于三角测距的低成本激光雷达 项目所属一级学科名称及代码 项目编号 项目来源 （）自主立题 （）教师指导选题项目负责人 甘艳红 填写日期 2016 年3月24日 二一五年元月制申请者的承诺与成果使用授权 本人自愿牵头申报广东省高等学校大学生创新实验项目建设项目。认可所填写的2015年度广东省高等学校大学生创新实验项目申报表（以下简称为申报书）为有约束力的协议，并承诺对所填写的申报书所涉及各项内容的真实性负责，保证没有知识产权争议。项目申请如获准立项,在专业建设过程中，接受广东省教育厅或其授权（委托）单位、以及本人所在单位的管理，并对以下约定信守承诺： 1.遵守

2、相关法律法规。遵守我国著作权法和专利法等相关法律法规；遵守我国政府签署加入的相关国际知识产权规定。2.遵循学术研究的基本规范，恪守学术道德，维护学术尊严。研究过程真实，不以任何方式抄袭、剽窃或侵吞他人学术成果，杜绝伪注、伪造、篡改文献和数据等学术不端行为；成果真实，不重复发表研究成果；维护社会公共利益，维护广东省高等学校大学生创新创业训练计划项目的声誉和公信力，不以项目名义牟取不当利益。3.遵守广东省高等学校大学生创新创业训练计划项目有关管理规定以及广东省财务规章制度。4.凡因项目内容、成果或研究过程引起的法律、学术、产权或经费使用问题引起的纠纷，责任由相应的项目承担人员承担。5.项目立项未获

3、得资助或获得批准的资助经费低于申请的资助经费时，同意承担项目并按申报预期完成研究建设任务。6.同意广东省教育厅或其授权（委托）单位有权基于公益需要公布、使用、宣传申报书内容及相关成果。项目主持人（签章）：_ 年 月 日填 写 须 知一、大学生创新性实验计划申报书请按顺序逐项填写，填写内容必须实事求是，表达明确严谨。空缺项要填“无”。二、格式要求：表格中的字体小四号仿宋体，1.5倍行距；需签字部分由相关人员以黑色钢笔或水笔签名，均用A4纸双面打印，于左侧装订成册。 三、申请参加大学生创新训练项目团队的人数含负责人在内不得超过5人。四、计划项目先由所在学校进行组织初审后，推荐上报的计划项目由学校分

4、管领导在申报书上签署意见、签字并加盖公章后，一式一份，报送省教育厅高等教育处。五、申报过程有不明事宜，请与教育厅高教处联系和咨询。项目名称基于三角测距的低成本激光雷达理工科( )文科( )项目创新特色概述 （限200字数以内） 本项目基于三角测距原理，通过发射点状激光至待测物体，利用搭载高速线性图像传感器的光学系统进行接收，通过三角测距原理反演出物体距离，并通过一个闭环控制的电机进行匀速扫描，从而实现激光雷达功能。该项目利用低成本的光电器件实现了激光测距功能，并通过简单闭环控制电机实现雷达的旋转扫描功能，旨在为家庭机器人提供一套低成本的激光雷达。项目负责人姓名学号学院/专业电话甘艳红20141

5、60197电子科学与技术学院/光电信息科学与工程项目组成员乔 丹2014160173电子科学与技术学院/光电信息科学与工程郭柏余2014160258电子科学与技术学院/光电信息科学与工程何中华2014160182电子科学与技术学院/光电信息科学与工程苏昭伟2014130387信息工程学院/集成电路设计与集成系统指导教师情况姓名徐世祥电话/手机专业/职称/职务 教授主要研究方向与成果（1） 基于三角原理的激光测距模块：利用激光三角测距原理，以点激光为信息获取工具与载体，结合搭载高速线性图像传感器的光学系统获取反馈信息以及利用信息处理系统处理数据来获取深度信息的激光雷达的制作，以实现适用于家庭小机

6、器人避障的应用。（2） 基于闭环控制的旋转台模块：通过闭环控制实现测距传感器的扫描，以获得一个平面内所有扫描物体的距离信息。该模块需提供均匀的旋转速度并且能输出当前旋转角度。一、前期基础（1000字以内）（研究成员的知识条件，研究兴趣，相关经历及开展本项目的基础）项目组全体成员均是大二的学生，其中甘艳红、乔丹、郭柏余，何中华这四位同学主修光电信息科学与工程专业（光通信与光传感方向），苏昭伟同学则是信工学院集成系的学生。一方面，我们四位光信专业的学生都受过光电技能实训课程培训，具有一定的光学基础实验动手能力。全体成员都有利用C语言和MATLAB软件进行编程的能力，对数电模电知识有一定程度的掌握。

7、此外，苏昭伟同学熟悉Verilog, Proteus软件的使用。何中华同学则对电脑方面的知识比较熟悉，对编程感兴趣，接受过图书馆社科信息课程的培训，懂得如何准确查找所需文献。另一方面，在申报这个项目之前，甘艳红同学和苏昭伟同学均有参加过实验室开放基金项目的经历。除了平时自学单片机之外，我们俩还参加了丁金妃老师开设的聚徒学习班，进一步学习单片机，对其基本模块及应用有一定的认识与了解。实现此项目的基础就在于：第一，项目组成员对激光测距有着浓厚的兴趣；第二，项目所需要的相关知识大部分都与专业相关，我们专业课程的学习将为完成本项目提高理论支撑；第三，有强有力的技术指导。我们小组团队的指导老师为徐世祥教

8、授他具有丰富的光学专业知识和厚实的科学研究基础。相信在他的指导下，我们能够顺利完成项目；最后，项目所需成本相对较低，在有限的资金支持下，能够支持整个项目运行的花销。二、项目实施思路（3000字以内）1研究意义与目的，同类研究工作国内外研究现状与存在的问题等 在智能家居产品中，激光雷达是以发射激光束探测外界事物的位置、速度等特征量的测距系统，是移动机器人研究的关键技术之一。机器人周围的环境信息可以用来导航、避障和执行特定的任务，获取这些信息的传感器既需要足够大的视场来覆盖整个工作区，又需要较高的采集速率以保证在运动的环境中能够提供实时的信息。近年来，激光雷达在移动机器人导航中的应用日益增多。这主

9、要是由于激光的距离测量技术具有很多优点，特别是其具有较高的精度。激光雷达与其它距离传感器相比，能够同时考虑精度要求和速度要求，这一点特别适用于移动机器人领域。根据国际机器人联合会（IFR）的统计报告，工业机器人2013年全球销售量约17.9万台，需求达到了历史最高点，同比增长12%；其中，在中国销售量约3.7万台，销售量全球排名第一，同比增长60%。中国成为最大的机器人消费国。据Allied市场研究公司最新报告，全球工业机器人市场从2013年到2020年期间将以5.4%的复合年增长率发展，到2020年其销售额将达到411.7亿美元。而目前依旧存在的问题是，市面上大部分的激光雷达的成本较高，导致

10、其普及程度还不高。2 研究内容及工作方案 研究内容： 研究利用点激光扫描获取待测事物的信息，研究利用线结构传感器接收信息，以及用MATLAB等软件进行数据处理。 工作方案： 工作方案分两组进行：（1）基于三角原理的激光测距模块; （2）基于闭环控制的旋转台模块；最后进行综合调试。工作方案（基于三角原理的激光测距模块）利用激光三角测距原理，以点激光为信息获取工具与载体，结合搭载高速线性图像传感器的光学系统获取反馈信息以及利用信息处理系统处理数据来获取深度信息的激光雷达的制作，以实现适用于家庭小机器人避障的应用。系统主要包括：激光头、高速线性图像传感器、滤光片，光学镜头、激光头驱动电路和控制器。高

11、速线性图像传感器激光头驱动电路光电信息转换驱动信息处理系统光学镜头滤光激光头发射扫描物体滤光片工作方案（基于闭环控制的旋转台模块）基于闭环控制的旋转台模块：通过闭环控制实现测距传感器的扫描，以获得一个平面内所有扫描物体的距离信息。该模块需提供均匀的旋转速度并且能输出当前旋转角度。通过编码盘进行速度测量，把速度值通过光电传感器检测并通过比较器与给定速度值进行比较，得到偏差值反馈到控制器。控制器微调电机供电电压控制旋转机构的转速，如此循环，使偏差值趋近于零，从而使旋转机构获取均匀的旋转速度，实现闭环控制。系统主要包括：比较器、旋转机构、直流电机、编码盘、光电传感器和控制器。获取距离信息测距传感器给

12、定速度搭载比较器供电控制器直流电机信息处理系统旋转机构搭载光电传感器编码盘获取速度信息3 拟解决主要问题1、解决在最大测量距离与最好精确值上选择最优化；2、建立精确仿真本激光雷达工作的理论模型；3、系统激光信号的识别，排除实际中出现的光的干扰（如滤光片的选择，调整摄像头曝光时间措施等）。4研究支持条件（使用仪器或设备） 主要是依托于学校实验室已有的器材，比如南区电子楼的电子创新实验室的各类型电子器材、科技楼10楼的光学实验室激光器、电脑等设备。此外需要网购一些装备，比如摄像头、滤光片、光学传感器、电机、编码盘等器件。5 预期研究成果（研究论文、设计、专利、产品、鉴定、推广应用等） 完成激光雷达

13、成品的制作，尝试推广应用在家用智能小机器人上。争取申请实用新型专利一项。6项目创新之处（原始创新：重大科学发现、技术发明；集成创新：融合多种相关技术，形成新产品、新产业；引进消化吸收再创新：在引进国内外先进技术的基础上，学习、分析、借鉴，形成具有自主知识产权的新技术） 在适用于家庭小机器人的避障领域上，与普通微波雷达相比,激光雷达由于使用的是激光束,工作频率较微波高了许多，因此其有以下特别：（1）分辨率高。激光雷达可以获得极高的角度、距离和速度分辨率，同时测量精度最大达到6 m远；（2）隐蔽性好、抗有源干扰能力强.与微波雷达易受自然界广泛存在的电磁波影响的情况不同，自然界中能对激光雷达起干扰作

14、用的信号源不多，因此激光雷达抗有源干扰的能力很强；（3）体积小、质量轻。通常普通微波雷达的体积庞大，而激光雷达的结构相对简单，维修方便，操纵容易，价格也较低。本项目创新之处在于以低成本实现激光雷达的测量。三、项目管理（800 字以内）1、 项目人员分工总负责人：甘艳红。负责监督项目的执行状况，与组内成员协同，分工合作。资金管理：何中华。负责对项目下发的资金进行保管以及采购并登记项目所需的材料。资料收集：乔丹、郭柏余。负责对相关资料进行采集并整理汇总。成果整理：苏昭伟。对研究的成果进行整理并记录。2、 项目研究时间安排（查阅资料 、选题、项目研究方案、开题报告、实验研究、数据统计、处理与分析、研

15、制开发、结题、撰写研究论文和总结报告、参加结题答辩和成果推广等）查阅资料：贯穿整一个项目（2016年3月到2017年3月）成品制作与测试：2016年7月到2017年1月撰写研究论文和总结报告：2017年2月参加结题答辩：2017年3月四、计划项目条件保障（800字以内）1、经费预算及使用计划（材料费、资料费、版面费、鉴定费、专利费等） 经费主要用于材料的选购以及资料费上面。硬件名称数量价格（元）光学镜头55*70=350光学传感器55*200=1000滤光片55*50=250电机55*50=250编码盘55*10=50PCB制板费若干2000其他电子元器件若干600资料各类资料若干1050其他容错性预留费用等/2000总额/75502、资源保障（实验教学示范中心、科研实验室、研究所、科教实践基地、仪器设备、文献资料等）实验室：科技楼10楼光学实验室、南区电子楼实验室。文献资料：深圳大学南图书馆，深圳大学内部网上图书馆数据库，校外图书馆。仪器设备：科技楼10楼的光学器材、南区电子楼实验室的电子设备以及网购制作材料。五、指导教师意见（600字以内）1、项目研究的选题意义 该项目具有一定的挑战性，可以培养学生的自学能力以及动手实践能力，真正做到把专业知识应用与科学实践与生活应用当中。2、 项目研究方案的科学