基于单片机的WIFI智能小车.doc

南 京 理 工 大 学毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：张明杰学 号：084911204068专 业：电子工程设计(论文)题目：基于单片机的wifi智能小车指 导 教 师:谭伟东2014年03月13日 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述1.课题研究的背景 现在是一个智能化的时代，许多机器设备或电子仪器都在逐步实现自动化和智能化，各种智能化设备正在逐步替代人为的操作，方便我们的工作、生活。智能化设备可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于军事领域、科学勘探、和人民生活等方面。目前，在企业生产技术不断提高、对自动化技术要求不断加深的环境下，智能车辆以及在智能车辆基础上开发出来的产品已成为自动化物流运输、柔性生产组织等系统的关键设备。世界上许多国家都在积极进行智能车辆的研究和开发设计。智能车辆也叫无人车辆，是一个集环境感知、规划决策和多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统。智能车辆的主要特点是在复杂的道路情况下，能自动地操纵和驾驶车辆绕开障碍物并沿着预定的道路(轨迹)行进。智能小车也是智能车辆的一个研究方向，它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。它具有道路障碍自动识别、自动报警、自动制动、自动保持安全距离、车速和巡航控等功能。它可以分为三大组成部分：传感器检测部分、执行部分、CPU。可以实现自动避障功能，还可以扩展循迹等功能，感知导引线和障碍物。可以实现小车自动识别路线，选择正确的行进路线，并检测到障碍物自动躲避。如果加装无线路由器并实现和计算机实时通信，就可以通过电脑、手机引导WIFI智能小车行驶，实现实时显示时间、速度、里程，具有自动寻迹、寻光、避障功能，可程控行驶速度、准确定位停车等运动状态进行实时控制。智能小车的主要应用领域包括以下几个方面:a.军事侦察与环境探测：现代战争对军事侦察提出了更高的要求，世界各国普遍重视对军侦察的建设，采取各种有效措施预防敌方的突然袭击，并广泛应用先进科学技术，不断研制多用途的侦察器材和探测设备，在车上装备摄像机、安全激光测距仪、夜视装置和卫星全球定位仪等设备，通过光缆操纵，完成侦察和监视敌情、情报收集、目标搜索和自主巡逻等任务，进一步扩大侦察的范围，提高侦察的时效性和准确性。b.探测危险与排除险情：在战场上或工程中，常常会遇到各种各样的意外。这时，智能化探测小车就会发挥很好的作用。战场上，可以使用智能车辆扫除路边炸弹、寻找和销毁地雷。民用方面，可以探测化学泄漏物质，可以进行地铁灭火，以及在强烈地震发生后到废墟中寻找被埋人员等。c.安全检测受损评估：在工程建设领域，可对高速公路自动巡迹，进行道路质量检测和破坏分析检测；对水库堤坝、海岸护岸堤、江河大坝进行质量和安全性检测。在制造领域，可用于工业管道中机械损伤，裂纹等缺陷的探寻，对输油和输气管线的泄漏和破损点的查找和定位等。d.智能家居：在家庭中，可以用智能小车进行家具、远程控制家中的家用电器，控制室温等等。对这种小车的研究，将为未来环境探测术上的有力支持。 2.智能小车的作用和意义避障控制系统是基于自动导引小车（AVauto-guide vehicle）系统，基于它的智能小车实现自动识别路线，判断并自动避开障碍，选择正确的行进路线。使用传感器感知路线和障碍并作出判断和相应的执行动作。该智能小车可以为三大组成部分：传感器检测部分、CPU、执行部分。机器人要实现自动避障功能，还可以扩展循迹等功能，感知导引线和障碍物。可以实现小车自动识别路线，选择正确的行进路线，并检测到障碍物自动躲避。基于上述要求，传感检测部分考虑到小车一般不需要感知清晰的图像，只要求粗略感知即可，所以可以舍弃昂贵的CCD传感器而考虑使用价廉物美的红外反射式传感器来充当。智能小车的执行部分，是由直流电机来充当的，主要控制小车的行进方向和速度。智能小车的现状：世界各国在智能微型车领域进行了很多研究，己经应用于各个领域，在探测和军事领域使用特别多。智能小车发展很快，从智能玩具到其它各行业都有实质成果。其基本可实现循迹、避障、检测贴片、寻光入库、避崖等基本功能，近年来，我国也开展了很多研究工作，以满足不同用途的需要。单片机的应用领域越来越广泛，无论是在生活，生产上，单片机无处不在。ATMEL公司的AT89S51单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。AT89S51可以说是单片机领域的主流产品，其应用如此广泛，所以有必要去学习和应用该单片机，以满足实际产品开发的需要，也是适应社会智能化、自动化的趋势。通过构建智能小车系统，培养设计并实现自动控制系统的能力。在实践过程中，熟悉以单片机为核心控制芯片，设计小车的检测、驱动和显示等外围电路，采用智能控制算法实现小车的智能循迹。灵活应用机电等相关学科的理论知识，联系实际电路设计的具体实现方法，达到理论与实践的统一。在此过程中，加深对控制理论的理解和认识。全国各高校都很重视该题目的学校和研究，全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目。这几届的电子设计大赛智能小车又在向声控系统发展。比较出名的飞思卡尔智能小车更是走在前列。本设计就是在这样的背景下提出的，本题目是结合科研项目而确定的设计类课题。我此次的设计主要实现循迹、避障这两个功能。3.单片机驱动直流电机一般有两种方案：a) 勿需占用单片机资源，直接选择有PWM功能的单片机，这样可以实现精确调速；b) 利用网上大家公认做wifi小车较好的大亚db120-wg无线路由器，作为我们的wifi智能小车的wifi连接模块，使用我们教学用的51系列单片机89C52做为我们wifi智能小车的控制芯片。利用手里面现有的一些电源、驱动等模块等制作我们的wifi智能小车。本文选择第二种方案。CPU使用STC89C52单片机，配合软件编程实现。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：一、课题研究内容与目的本课题是结合科研项目而确定的设计类课题。本设计的目的是WIFI智能小车能够在电脑、手机WIFI连接控制行驶及其他的控制方式下，实现实时显示时间、速度、里程，具有自动寻迹、寻光、避障功能，可程控行驶速度、准确定位停车。如下图21：路由器模块89C52单片机电机驱动模块蜂鸣器电路照明电路摄像头电脑控制终端电机图2-1系统结构框图路由器用于接收电脑等终端设备发送的指令和将摄像头采集到的视频信号传送到电脑等终端设备；单片机最小系统是整个小车的控制核心，控制着各个模块统一协调工作；电机驱动电路用于驱动电机转动，可以使电机产生正转、反转，从而使车体产生前进、后退、转弯等动作；电机的作用就是使整个车体运动；电平转换电路是将路由器输出的3.3V串口电平转换为单片机能判断的高低电平；电源电路作用是为整个小车系统共电；舵机制作成云台，然后装上摄像头，使摄像头可实现上下、水平方向180度旋转调节；摄像头用于采集视频信号；蜂鸣器电路用于报警提示；照明电路为小车在夜间行驶提供照明。二、本课题所要研究和解决的问题：由电脑终端，通过WIFI无线网络连接到路由器，再通过电脑应用软件，向路由器发送控制命令及数据。路由器接收到数据后通过内部的串口发送软件，将接收到的命令和数据，通过路由器串口发送到89C52单片机的串口端，单片机接收到这些命令后执行相应的指令，如：驱动小车运动、舵机运动、蜂鸣器鸣叫、照明电路的开关等。视频信号，通过摄像头采集之后通过路由器发送到电脑终端，并在其应用软件中显示摄像头采集到的视频信号。三、研究途径根据题目的要求，确定如下方案：利用所学单片机知识设计一个控制系统，实现用单片机控制小车。在现有玩具电动车的基础上，加装光电、红外线、超声波传感器及金属探测器，实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后通过改变PWM信号的占空比，进而单片机控制舵机的转向和电机转速，才可以控制小车快慢速行驶，以及自动停车，自动寻迹等功能。进而实现对小车的智能控制。四、研究方法1准备工作 认真详细的阅读任务书，深刻了解主要的内容和要求。 查阅与智能小车相关的书籍，了解智能小车的工作原理。 了解历年全国大学生电子竞赛有关智能小车的资料。 根据控制要求初步确定所使用的元器件。 复习单片机的相关知识，查阅与所需硬件相关的电路设计。2. 实施步骤 明确控制要求，绘制电路连接图。 参考文献，检查电路图的正确性。 根据电路连接图焊接电路板，制作智能小车模型。 分析操作流程，绘制程序流程图。 编写程序代码。 运用电脑软件初步对程序进行调试。配合智能小车硬件部分，并完善功能，达到设计要求3. 方案设计： 了解智能小车的组成与控制原理； 选择处理器和相应传感器； 设计硬件电路； 编写程序，实现各种实时控制情况； 软硬件联调，保证实时控制的准确性； 制作样机。五、完成本课题的工作方案及进度计划第56周：消化课题，收集有关资料，选择参考方案；第78周：确定设计方案并熟悉部分器件的用途；第910周：划分功能模块，设计单元电路，软件模块设计；第1112周：分析电路原理，完成设计过程，仿真电路（制作实物）；撰写论文初稿。第1314周：按毕业论文的各项要求，整理论文；修改、完善论文，检查定稿；制作PPT，准备答辩；第1516周：毕业答辩。参考文献1 张永枫单片机应用实训教程北京：清华大学出版社，20082 刘守义单片机应用技术西安：西安电子科技大学出版社，20073 赵克林C语言实例教程北京：人民邮电出版社，20094 徐 玮C51单片机高效入门北京：机械工业出版社，20065 刘建清从零开始学单片机技术北京：国防工业出版社，20066 刘建清从零开始学单片机C语言北京：国防工业出版社，20067 王静霞单片机应用技术（C语言版）北京：电子工业出版社，20098 李伯成嵌入式系统可靠性设计北京：电子工业出版社，20069 先锋工作室单片机程序设计实例西安：清华大学出版社，200310 马忠梅单片机的C语言应用程序设计北京：北京航空航天大学出版社，198811 李群芳单片微型计算机与接口技术北京：电子工业出版社，200712 曾增烽，刘浩，李雪，基于51单片机的串行通信协议的实现J，中国矿业大学 信电学院，221008；13 何立民 单片机技术的现状与未来J 中国计算机报 1995年 No：30；14 周淑娟，基于单片机智能寻迹小车的设计方案J，工业技术与职业教育-2011年6月第9卷第2期；15 韩毅，杨天. 基于HCS12单片机的智能寻迹模型车的设计与实现J.学术期刊，2008，29（18）：1535-1955；16 于连国,李伟,王妍玮, 基于单片机的智能小车设计J, 林业机械与木工设备-2011年4期；17 赵振德，多功能遥控智能小车的制作J，电子制作-2011年4期；18 RowelO.Atienza，MarceloH.AngJr. A Flexible Control Architecture for Mobile Robots: An Application for a Walking RobotJ. 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