智能车设计方案

工程项目实训 目录第一章：智能车绪论31.1智能车的意义和应用背景31.2 飞思卡尔杯全国大学生智能车竞赛介绍3第二章：市场调研分析32.1市场现状32.2研究前景4第三章：智能车系统实现功能分析43.1智能车应实现的功能43.2总系统框架及框架简介43.3功能模块的必要性和可行性53.3.1 传感器模块的可行性与必要性分析53.3.2 电源模块的可行性与必要性分析53.3.3电机驱动模块的可行性与必要性分析53.3.4主控芯片模块的可行性与必要性分析53.3.5舵机模块的可行性与必要性分析53.3.6速度检测模块的可行性与必要性分析63.3.7辅助调试模块的可行性与必要性分析63.3.8 51单片机学习模块的可行性与必要性分析6第四章：实现功能模块的方案选择分析64.1 传感器模块的方案分析64.1.1红外光电式传感器64.1.2激光传感器64.1.3摄像头74.1.4方案总结74.2 电源模块的方案分析74.3 电机驱动模块的方案分析74.4 主控芯片模块的方案分析74.5舵机模块的方案分析84.6速度检测模块的方案分析84.7辅助调试模块的方案分析84.8 51单片机学习模块的方案分析84.9研发过程可能用到的软件8第五章：预期开发计划和安排85.1 需求分析85.2 查找资料与老师交流95.3 智能车安装调试9第六章：成果展现形式9第一章：智能车绪论1.1智能车的意义和应用背景 智能车（Intelligent Car）是电子计算机等最新科技成果与现代汽车工业相结合的产物，因而“善解人意”。通常具有自动驾驶，自动变速，甚至具有自动识别道路的功能。另外，车内的各种辅助设施也一应电脑化，常常给人以新奇感。 随着科技的发展，将来很有可能实现物流的网络化，实现交通业的无人化和智能化，车联网的提出正是这一趋势的集中体现。而要支持车联网的发展，智能车的研究势在必行。只有研发出性能良好的智能车，才能实现车联网的发展。 伴随着智能车的发展，将来我们有可能直接收到买到的快递。这是不是很神奇呢？但千里之行始于足下，只有先设计出简单的智能车才能实现未来美好的前景。智能车研究的前沿是全国有名的飞思卡尔竞赛。因此，以智能车竞赛为起点，进而推动真正的智能车的发展，最终实现预定目标很有意义。1.2 飞思卡尔杯全国大学生智能车竞赛介绍全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛起源于韩国，是韩国汉阳大学汽车控制实验室在飞思卡尔半导体公司资助下举办的以HCS12单片机为核心的大学生课外科技竞赛。组委会提供一个标准的汽车模型、直流电机和可充电式电池，参赛队伍要制作一个能够自主识别路径的智能车，在专门设计的跑道上自动识别道路行驶，最快跑完全程而没有冲出跑道并且技术报告评分较高为获胜者。其设计内容涵盖了控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械、能源等多个学科的知识，对学生的知识融合和实践动手能力的培养，具有良好的推动作用。第二章：市场调研分析2.1市场现状市场上的智能车分为两级，一种是以参加飞思卡尔智能车大赛而制作的，这种车子没有现成的，只能买到相应的配件自己制作，比较专业，另一类则是为那些感兴趣的人设计的一种玩具加学习的小车，这种智能车比较简陋，性能一般，大部分都是以89c51单片机为核心制作的，他可以实现智能车基本的循迹避障遥控功能。这类智能车把枯燥的课本知识学习转化为快乐，前景很好，但价格依然较贵。2.2研究前景 以51单片机为核心制作智能车可以将枯燥的单片机学习变为在娱乐中掌握，而且加强了学生的动手能力。而且智能车以51单片机为核心，可以吧课本中的案例融入到产品中，更好的帮助学生对单片机的学习。也许不久的将来可能会出现类似飞思卡尔大赛的一种参与面更广的赛事，不在针对精英团体，更加普及，类似游戏的赛事。而与此相关，更为广阔的前景是吸引更多的人从事智能车研究，使将来交通物流的智能化铺平道路，加速有价值的智能车实体的出现。第三章：智能车系统实现功能分析3.1智能车应实现的功能智能车实现什么样的功能是由它的应用背景实现的，智能车是要为车联网服务的，而且其现在主要是以实现智能车竞赛为目的，而要取得竞赛的胜利，就要求在最短的时间内跑完全程。故其要实现的功能便是在比赛规则要求下以最短的时间跑完全程。3.2总系统框架及框架简介自主研发调试软件硬件部分主控芯片模块电源模块舵机模块传感器模块电机驱动模块辅助调试工具智能小车总系统51单片机学习模块软件部分速度检测3.3功能模块的必要性和可行性3.3.1 传感器模块的可行性与必要性分析 要实现智能车的功能，首先要做的便是检测道路状况及车子本身的状况。这就好比是让智能车有了人的五官。只有检测到这些信息，才有智能化可言，没有传感器模块。那就如同人没有了五官，根本不知道应该必备的信息，更谈不上控制了。因此智能车的首要工作便是检测道路信息，道路检测状况的好坏直接关系着智能车的速度，是智能车设计的关键环节。是智能车跑快的前提和保证。而各种各样的传感器使智能车的循迹检测成为可能。3.3.2 电源模块的可行性与必要性分析电源模块是所有电子产品的必备模块，这是因为电子装置是要消耗能量的。正如人生下来就要吃饭一样，电子元件只有在电源的驱动下才能发挥作用。这是电源模块必不可少的重要原因。各种电池电源的存在及电力转换器件的存在使用电池给智能车提供动力成为可能。3.3.3电机驱动模块的可行性与必要性分析 电机驱动模块在智能车中的地位就如同人的两条腿，只因为有了两条腿的存在，人才能随心所欲的到达自己想去的地方。智能车也是如此，电机驱动模块就是智能车的两条腿。有了电机驱动模块，智能车才能在赛道上真正动起来。而且电机驱动模块的好坏也直接关系着智能车的速度性能，各式各样的电机在市场上均能买到。3.3.4主控芯片模块的可行性与必要性分析 主控芯片模块在智能车中的地位相当于人的大脑，主控芯片的好坏与智能车的速度紧密相关。它是智能车的大脑司机，在什么时候加速减速都由主控芯片控制，控制算法也在这里实现。控制算法的好坏也和智能车的速度紧密相关。这是智能车之所以智能的关键。各种各样高性能的主控芯片的存在让智能车智能成为可能。3.3.5舵机模块的可行性与必要性分析 正因为现实道路和比赛道路中弯道的存在让舵机成为智能车必不可少的关键部件。没有舵机的车子就没有了方向盘，只能在直道上一路跑到黑。在智能车竞赛中弯道部分是智能车最容易冲出跑道的地方，为了能够顺利通过弯道，舵机模块必不可少，它是智能车平安通过弯道的得力功臣。3.3.6速度检测模块的可行性与必要性分析 知己知彼，方能百战不殆，智能车也是这样。智能车该不该减速或加速，在什么地方减速或加速不仅取决于道路状况信息还取决于自身状况信息，速度是这些信息中最关键的.。他不仅告诉智能车该不该减速或加速而且还可以通过负反馈的作用使控制更加精确。因此速度检测的正确性与精确度关系着智能车整体速度及保证智能车不会冲出跑道。3.3.7辅助调试模块的可行性与必要性分析 在智能车制作出来之后，进一步的完善工作的存在使调试模块必不可少，而且制作智能车并不是一次便能成功，调试过程必不可少。调试模块的存在能使智能车因地制宜，更好的保证制作的成功和适应各种状况。3.3.8 51单片机学习模块的可行性与必要性分析这部分模块是为了方便用户对单片机学习的要求而增添的，因为单片机已经成为自动化相关方面的重要课程，而课程上学到的往往枯燥并且缺乏对动手能力的训练。因此将51单片机学习模块增加进来，可以增加产品的卖点，增加产品的竞争力。第四章：实现功能模块的方案选择分析4.1 传感器模块的方案分析 在智能车中最常用的传感器方案主要有如下三个：4.1.1红外光电式传感器 红外线是一种不可见光，其波长比红光要长，在光谱中红外线为于红光之外，波长自0.76un至400um。是一种电磁波，具有很强的穿透能力。在这种方案中红外发光管与接收管配合使用。通过接收管的电平状态判断黑白颜色。红外传感器的优点是其价格便宜，控制电路简单，不需要复杂的算法，但其缺点也很明显，对道路检测不精确，前瞻性差。4.1.2激光传感器 激光传感器由激光二极管和激光接收管组成。它在智能车控制中的作用和红外传感器相同。只是工作原理和检测方式略有差别。激光二极管发射激光，激光接收管接收激光二极管发射的激光。激光传感器与红外传感器相比检测精度有了提高，但元件易损坏。4.1.3摄像头 摄像头检测道路的优点显而易见，它的探测距离远，获取信息量大，检测结果准确，但这样做也使得处理的信息量加大，对主控芯片的要求较高，并且价格昂贵。4.1.4方案总结 基于经济及技术复杂行的考虑，最终选择红外传感器的方案，因其价格便宜，电路简单，对主控芯片没有过高的要求。4.2 电源模块的方案分析电源部分需要给单片机，电机传感器，舵机等供电，但这些模块具有不同的电压等级，故需要选择芯片构造出这几种不同电压等级的电路。其结构如下图所示：电池7.2v电机驱动5v单片机6v舵机5V光电传感器这些模块有不同电压等级及精度要求，需要具体选择芯片及稳压电路来设计。4.3 电机驱动模块的方案分析 电机驱动模块主要采用H桥驱动，现在许多公司利用大规模集成电路技术开发了各种型号的芯片，用户只要根据电动机额定功率选择不同容量的器件，接上电源便可使用。常用的器件有MC33886，L298N,IR2104。4.4 主控芯片模块的方案分析 主控芯片初步选择STC89C51，这是因为现在手边有51单片机芯片，备用方案选择智能车竞赛用的MC9S12X128芯片。4.5舵机模块的方案分析因对舵机不太清楚，打算使用竞赛规定舵机，车模上应该附带。4.6速度检测模块的方案分析测速主要有两种方案，一种是利用测速发电机的模拟测速，另一种是利用光电设备、霍尔元件等实现数字测速。测速发电机比较笨重，而且需要复杂的模数转换电路，这种方案最先放弃，而现在的测速主流是光电元件元件测速，使用最多的是光电编码器，因此速度检测传感器打算采用最普遍的光电编码器，光电编码器是一种通过光电转换输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。具体型号未定。4.7辅助调试模块的方案分析 此模块即为上位机，用于对智能车的调试，因为智能车研制可能赶不上科技发展的潮流，因制作仓促而有很多漏洞，这部分装置是为了改进智能车设计而设置的，有了这部分的设计，如果以后抛弃了原来的程序设计，可以更好的实现对产品的维护升级。4.8 51单片机学习模块的方案分析这个模块有现成的产品，只需将其扩展到智能车上，这样可以缩短研发周期，减少成本，实现智能车主要功能的设计研发4.9研发过程可能用到的软件Kell软件，单片机烧录软件，proteus仿真软件，protel仿真软件。第五章：预期开发计划和安排5.1 需求分析此阶段完善想法，与老师与同学交流，订立初步可行计划时间：2013年10月下旬前5.2 查找资料与老师交流此阶段查找资料及相关书籍，实现各个功能，确立相关元件。具体按所划分的七个模块平均安排时间，个别较难的模块分配稍长时间。另外为了更好的实现智能车的设计，打算买一个类似的成品，将其拆解分析，借鉴别人产品的经验，站在前人的肩膀上，将产品升级整合，学到相关知识。时间：本学期及下学期前半学期5.3 智能车硬件购买安装与调试此阶段实现预期构想，进行仿真测试，购买相关器件，进行智能车的组装。时间：下学期第六章：成果展现形式 论文及实物（智能车模型）。若现实条件所限未做出实物则以仿真及此过程中已实现的东西展示：仿真课件等。第七章：参考文献学做智能车挑战“飞思卡尔”杯 卓晴 黄开胜 邵贝贝 著北京航空航天大学出版社全国大学生飞思卡尔智能车大赛应用技能详解 潘峰 冯占英 沈允中 耿光瑞主编 中国铁道出版社智能车论坛