通信工程專業(yè)自動避障尋跡小車軟件設(shè)計開題報告

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1、 西安工業(yè)大學北方信息工程學院 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 題目：自動避障尋跡小車軟件設(shè)計 系 （部）： 電子信息系 專 業(yè)： 通信工程 班 級： B090310 學 生： 何 欣 學 號： B09031036 指導教師： 王青岳 2012年12月18日 1.畢業(yè)設(shè)計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關(guān)研究情況） 1.1題目背景： 智能

2、小車的巡線和避障功能在生產(chǎn)生活中都有著廣泛的用途。例如：可以用在大的生產(chǎn)車間的物流系統(tǒng)中，按照預先設(shè)定的路線來傳輸貨物自動躲避障礙功能從而使工作更加安全和效率更高。 1.2研究意義： 自第一臺工業(yè)機器人誕生以來，機器人的發(fā)展已經(jīng)遍及機械、電子、冶金、交通、宇航、國防等領(lǐng)域。近年來機器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變著人們的生活方式。人們在不斷探討、改造、認識自然的過程中，制造能替代人勞動的機器一直是人類的夢想，智能小車可以作為機器人的典型代表。 電子技術(shù)的飛速發(fā)展，對自動化要求越來越高，智能汽車檢測并完成特殊的任務(wù)將成為以后的一個新的發(fā)展方向。在危險或不利于人工作業(yè)的環(huán)境下，利用智能

3、小車替代人工作業(yè)完成特殊任務(wù)，避免人員傷亡，更可減少經(jīng)濟損失。 1.3國內(nèi)外相關(guān)研究情況： 在世界科學界和工業(yè)設(shè)計界中，眾多的研究機構(gòu)都在研發(fā)智能車輛，其中具有代表性的智能車輛包括： 美國NavLab系列智能車輛系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由美國卡內(nèi)基梅隆大學機器人研究所研制的。NavLab．V系統(tǒng)的車體采用Pontiac運動跑車。其傳感器系統(tǒng)包括視覺傳感器系統(tǒng)、差分GPS系統(tǒng)、光纖阻尼陀螺和光碼盤。 德國VaMoRs—P智能車輛系統(tǒng)。該系統(tǒng)由德國聯(lián)邦國防大學和奔馳汽車公司研制的。車體采用奔馳500型轎車。傳感器系統(tǒng)包括由4個小型彩色CCD攝像機構(gòu)成的兩組主動式雙目視覺系統(tǒng)、3個慣性線性加速度計和角

4、度變化傳感器、測速表及發(fā)動機狀態(tài)測量儀等。執(zhí)行機構(gòu)包括方向力矩電機、電子油門和液壓制動器等。 國內(nèi)智能車輛研究由于起步晚，以及經(jīng)濟條件的制約，在智能車輛研究領(lǐng)域與發(fā)達國家有一定的差距，目前開展這方面研究工作的單位主要包括一些大學和科研機構(gòu)，具有代表性的系統(tǒng)有： 7B．8智能車輛系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由南京理工大學、北京理工大學、浙江大學、國防科技大學、清華大學等多所院校聯(lián)合研制，屬于軍用室外智能車輛，于1995年底通過驗收。 飛思卡爾杯全國大學生智能汽車競賽就是在這樣的背景下應(yīng)運而生的。比賽由國家教育部高等學校自動化專業(yè)教學指導分委員會主辦，飛思卡爾半導體公司協(xié)辦。由組委會提供統(tǒng)一的車模和單片機

5、，要求各參賽隊在不改變車模的底盤結(jié)構(gòu)的前提下，通過選擇適當?shù)臋z測方案和控制算法，使車模能夠在專門設(shè)計的跑道上自主地識別路線行駛，單圈行駛時間最短的賽車獲勝。這樣，通過提供一個相同的比賽平臺，各參賽隊伍必須仔細研究車模的數(shù)學模型和控制方案，從檢測和控制的角度來解決這個問題。 2.本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施 2.1 主要內(nèi)容： 本題目要求一小車能夠自動沿引導線尋跡，能夠根據(jù)超聲波檢測自動躲避障礙，并恢復對路線的循跡。該小車采用單片機作為電動車的控制核心，通過尋跡模塊采集路線信息，經(jīng)判斷處理后準確地控制小車沿引導線前進。通過避障模塊在尋跡過程中利用超聲波對距離的檢測

6、將前方的障礙探測出來并且通過超聲波傳回的數(shù)據(jù)進行判斷避障，通過霍爾傳感器檢測輪子轉(zhuǎn)一圈脈沖變換信息，構(gòu)成速度采集模塊，同時小車能夠在1602液晶上自動顯示、記錄時間、里程以及行駛速度。 2.2研究方案 a. 硬件方案 系統(tǒng)框圖如圖1所示。 AT89S52 路徑識別單元 避障檢測模塊 舵機控制單元 驅(qū)動電機控制 車速檢測單元 速度里程顯示 電池組9V 電池組9V 電源管理單元 信號調(diào)理電路 圖1 系統(tǒng)框圖 硬件主要由控制器模塊，電源模塊，電機驅(qū)動模塊，尋跡模塊和避障模塊構(gòu)成。本次課題主要以軟件為主。 b. 軟件方案 系統(tǒng)軟件編程采用成熟的軟件開發(fā)技

7、術(shù)——模塊化的編程思想，這樣對將來系統(tǒng)軟件的移植、維護、更新提供了很大的余地，大大提高系統(tǒng)的可維護性和可升級性。軟件設(shè)計如圖2所示。 圖2 系統(tǒng)軟件框圖 本課題軟件設(shè)計由以下幾個模塊組成： (1) 單片機的初始化模塊包括：I/O模塊、PWM模塊、計時器模塊、定時中斷模塊初始化。 (2) 實時路徑檢測及避障模塊：前排光電傳感器檢測黑線，將返回信號輸入單片機的輸入端口，程序不間斷地讀入輸入端口的信號，通過判斷語句，得出合適的PWM信號控制舵機轉(zhuǎn)向。 (3) 超聲波測距模塊:在智能車尋跡的過程中利用超聲波對距離的檢測將前方的障礙探測出來并且通過超

8、聲波傳回的數(shù)據(jù)進行判斷。 (4) 電機驅(qū)動控制模塊：該模塊完成小車方向控制和PWM波輸出。通過改變PWM波占空比可以實現(xiàn)電機平滑寬范圍調(diào)速 (5) 速度采集顯示模塊：通過霍爾傳感器檢測脈沖變換信息 (6) 通過1602液晶顯示接口電路進行軟件設(shè)計，將小車行駛時間，速度里程顯示出來。 3.本課題研究的重點及難點，前期已開展工作 該課題的重點為引導線路、障礙的檢測、數(shù)據(jù)處理以及直流電機的驅(qū)動；其難點為選用AT89S52單片機為控制核心使整個系統(tǒng)的避障功能和循跡功能這兩模塊不能很好整合在一起。 針對課題的研究，前期開展的工作有： (1) 認真詳細的閱讀任務(wù)書，深刻了解主要的內(nèi)容和要求。

9、 (2) 查找搜集需要使用的各類傳感器控制的有關(guān)資料，學習掌握單片機編程、接口技術(shù)的具體應(yīng)用。 (3) 查閱與智能小車相關(guān)的書籍，了解智能小車的工作原理。 (4) 根據(jù)控制要求初步確定所使用的元器件。 4.完成本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫） 1-3周：開題，搜集資料； 4-5周：進行方案設(shè)計和論證工作； 5-10周：完成方案論證，單元電路實驗確定最終設(shè)計實施方案； 11-16周：完成軟硬件電路的安裝，通過系統(tǒng)聯(lián)調(diào)； 17-18周：完成畢業(yè)設(shè)計論文并進行畢業(yè)答辯。 5. 指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見

10、 指導教師： 年 月 日 6. 所在系審查意見： 系主管領(lǐng)導： 年 月 日 參考文獻 [1] 謝自美.電子線路設(shè)計.試驗.測試[M] .華中科技大學出版社,2004.23-42. [2] 宗光華.機器人的創(chuàng)意設(shè)

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