通信工程专业自动避障寻迹小车软件设计开题报告

西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）开题报告题目：自动避障寻迹小车软件设计 系 （部）： 电子信息系 专 业： 通信工程 班 级： B090310 学 生： 何 欣 学 号： B09031036 指导教师： 王青岳 2012年12月18日1.毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）1.1题目背景：智能小车的巡线和避障功能在生产生活中都有着广泛的用途。例如：可以用在大的生产车间的物流系统中，按照预先设定的路线来传输货物自动躲避障碍功能从而使工作更加安全和效率更高。1.2研究意义：自第一台工业机器人诞生以来，机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。近年来机器人的智能水平不断提高，并且迅速地改变着人们的生活方式。人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中，制造能替代人劳动的机器一直是人类的梦想，智能小车可以作为机器人的典型代表。电子技术的飞速发展，对自动化要求越来越高，智能汽车检测并完成特殊的任务将成为以后的一个新的发展方向。在危险或不利于人工作业的环境下，利用智能小车替代人工作业完成特殊任务，避免人员伤亡，更可减少经济损失。1.3国内外相关研究情况：在世界科学界和工业设计界中，众多的研究机构都在研发智能车辆，其中具有代表性的智能车辆包括：美国NavLab系列智能车辆系统。该系统是由美国卡内基梅隆大学机器人研究所研制的。NavLabV系统的车体采用Pontiac运动跑车。其传感器系统包括视觉传感器系统、差分GPS系统、光纤阻尼陀螺和光码盘。德国VaMoRsP智能车辆系统。该系统由德国联邦国防大学和奔驰汽车公司研制的。车体采用奔驰500型轿车。传感器系统包括由4个小型彩色CCD摄像机构成的两组主动式双目视觉系统、3个惯性线性加速度计和角度变化传感器、测速表及发动机状态测量仪等。执行机构包括方向力矩电机、电子油门和液压制动器等。国内智能车辆研究由于起步晚，以及经济条件的制约，在智能车辆研究领域与发达国家有一定的差距，目前开展这方面研究工作的单位主要包括一些大学和科研机构，具有代表性的系统有：7B8智能车辆系统。该系统是由南京理工大学、北京理工大学、浙江大学、国防科技大学、清华大学等多所院校联合研制，属于军用室外智能车辆，于1995年底通过验收。飞思卡尔杯全国大学生智能汽车竞赛就是在这样的背景下应运而生的。比赛由国家教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会主办，飞思卡尔半导体公司协办。由组委会提供统一的车模和单片机，要求各参赛队在不改变车模的底盘结构的前提下，通过选择适当的检测方案和控制算法，使车模能够在专门设计的跑道上自主地识别路线行驶，单圈行驶时间最短的赛车获胜。这样，通过提供一个相同的比赛平台，各参赛队伍必须仔细研究车模的数学模型和控制方案，从检测和控制的角度来解决这个问题。2.本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1 主要内容：本题目要求一小车能够自动沿引导线寻迹，能够根据超声波检测自动躲避障碍，并恢复对路线的循迹。该小车采用单片机作为电动车的控制核心，通过寻迹模块采集路线信息，经判断处理后准确地控制小车沿引导线前进。通过避障模块在寻迹过程中利用超声波对距离的检测将前方的障碍探测出来并且通过超声波传回的数据进行判断避障，通过霍尔传感器检测轮子转一圈脉冲变换信息，构成速度采集模块，同时小车能够在1602液晶上自动显示、记录时间、里程以及行驶速度。2.2研究方案a. 硬件方案系统框图如图1所示。AT89S52路径识别单元避障检测模块舵机控制单元驱动电机控制车速检测单元速度里程显示电池组9V电池组9V电源管理单元信号调理电路图1 系统框图硬件主要由控制器模块，电源模块，电机驱动模块，寻迹模块和避障模块构成。本次课题主要以软件为主。b. 软件方案系统软件编程采用成熟的软件开发技术模块化的编程思想，这样对将来系统软件的移植、维护、更新提供了很大的余地，大大提高系统的可维护性和可升级性。软件设计如图2所示。图2 系统软件框图本课题软件设计由以下几个模块组成：(1) 单片机的初始化模块包括：I/O模块、PWM模块、计时器模块、定时中断模块初始化。(2) 实时路径检测及避障模块：前排光电传感器检测黑线，将返回信号输入单片机的输入端口，程序不间断地读入输入端口的信号，通过判断语句，得出合适的PWM信号控制舵机转向。(3) 超声波测距模块:在智能车寻迹的过程中利用超声波对距离的检测将前方的障碍探测出来并且通过超声波传回的数据进行判断。(4) 电机驱动控制模块：该模块完成小车方向控制和PWM波输出。通过改变PWM波占空比可以实现电机平滑宽范围调速(5) 速度采集显示模块：通过霍尔传感器检测脉冲变换信息(6) 通过1602液晶显示接口电路进行软件设计，将小车行驶时间，速度里程显示出来。3.本课题研究的重点及难点，前期已开展工作该课题的重点为引导线路、障碍的检测、数据处理以及直流电机的驱动；其难点为选用AT89S52单片机为控制核心使整个系统的避障功能和循迹功能这两模块不能很好整合在一起。针对课题的研究，前期开展的工作有：(1) 认真详细的阅读任务书，深刻了解主要的内容和要求。(2) 查找搜集需要使用的各类传感器控制的有关资料，学习掌握单片机编程、接口技术的具体应用。(3) 查阅与智能小车相关的书籍，了解智能小车的工作原理。(4) 根据控制要求初步确定所使用的元器件。4.完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）1-3周：开题，搜集资料；4-5周：进行方案设计和论证工作；5-10周：完成方案论证，单元电路实验确定最终设计实施方案；11-16周：完成软硬件电路的安装，通过系统联调；17-18周：完成毕业设计论文并进行毕业答辩。5. 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见 指导教师： 年 月 日 6. 所在系审查意见： 系主管领导： 年 月 日参考文献1 谢自美.电子线路设计.试验.测试M .华中科技大学出版社,2004.23-42.2 宗光华.机器人的创意设计与实践M .北京航空航天大学出版社,2004.10-25.3 肖景和.红外线热释电与超声波遥控电路M .人民邮电出版社,2003/P964 靳桅.单片机原理及应用M.西南交通大学出版社,2004.5 王毅编著.单片机器件手册M .人民邮电出版社,1994.6 何立民.单片机应用系统设计M .北京航空航天大学出版社,1995.7 软件Keil uvision2、ISP 说明书,芯片89C51RA2xx说明书.8 丹尼斯.克拉克机.器人设计与控制M .科学出版社,2004.56-62.9 杨帮文.新编传感器实用宝典M .机械工业出版社,2005.208-245 .10 周坚编.单片机C语言轻松入门M .北京航空航天大学出版社,2006.11 李丽霞. 单片机在超声波测距中的应用M. 电子技术, 2002 .65-72.12 赵文龙,苑鸿骥,万卫强等.汽车倒车测距仪的设计J.南昌航空工业学院学报,2001.148-152.13 Oppenhein AV, Schafer RDiscrete-Time Signal Processing M .Englewood Cliffs，NJ: Prentice-Hall, 1987.45.14 Proakis J G, Manolakis D G.Introducton to Digital Signal Processing M . New York: Macmillan Publishing Company,1988.234.15 Dimla D E.Lister JR P M.Leighton N J Network solutions to the tool conditioin monitoring problemin metal cutting-A critical review of methodsM. 1997.9.245-298.