曹文凯开题报告.doc

1.课题背景和意义 随着现代科技的进步，人类的发展与智能化越来越紧密了，无论是在生活、科技、农业、文化等等各个方面都离不开智能化的发展，它作为现代科技的产物，是以后的发展方向，智能化是指能够按照事先设定的模式在一个特定的环境里自主的运作，无需人为操作，便可以完成预期所要达到的目的。无线通信模块的智能巡航小车，他可以通过计算机的程序编制来实现对其行驶方向、启动停止以及速度的控制，期间不需要人为的干预，是一个集环境感知、规划决策，自动行驶，等功能于一体的综合系统，它集中运用了计算机、传感、通信、导航、人工智能以及自动控制等技术，是一种典型的高新技术综合体。 2.国内外研究现状和发展趋势 国外的智能车研究历史比较长，可以追溯到上世纪50年代，它的发展历程大概可以分为以下几个阶段： 第一阶段：20世纪50年代是就智能车发展的初始阶段。1954年美国Barrett Electronics 公司研究开发了世界上第一台自助引导车系统 AGVS（Automated Guided Vehicle System）。 第二阶段：从80年代中后期开始，世界主要发达国家对智能车辆开展了卓有成效的研究。在欧洲，普罗米修斯项目开始在这个领域的探索。在美国成立了国家自动高速公路系统联盟（NAISC）。在亚洲，日本成立了高速公路先进巡航辅助驾驶研究会。 第三阶段：从90年代开始，智能车辆进入了深入、大规模研究阶段。最为突出的是，美国卡内基-梅隆大学（Carnegie Mellon University）机器人研究所一共完成了Navlah系列的十台自主车（Navlah1- Navlah10）的研究，取得了显著的成就。 相较于国外，国内开展智能汽车的技术方面的研究还比较晚，开始于20世纪80年代。而且绝大多数研究处于针对某个单项技术研究阶段。虽然我国在智能技术方面的研究是总体落后于国外发达国家，并存在一定的技术差距，但是我们也取得了一系列成果，像中国第一汽车集团公司和国防科技大学机电工程与自动化学院于2003年研制成功了我国第一台自主驾驶轿车。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研制了7B.8军用室外自主车，该车装有彩色摄像机、激光雷达、陀螺惯导定位传感器。 随着我国的大学教育的普及以及研究生教育的人数质量的提升，以及我国经济发展的助力，为智能汽车的研究提供了广阔的发展前景。所以，对于国内的智能小车的深入以及细致的研究，不但能够加深课堂上所学的理论知识，而且为以后上岗实习做了很好的铺垫，打下了坚实的基础。 3.课题研究的基本内容和解决的主要问题 本课题主要开发一个能够自动循迹，自动避障，超声波测距和红外遥控的智能小车控制系统。设计主要以简易智能小车为开发平台，选择通用，廉价的STC89C51单片机为控制平台，选择常见的机电模型车为机械平台，通过细化设计要求，结合传感器技术和机电控制技术相关知识实现小车的各种功能。设计完成以由红外线对黑线的自动寻迹、红外线自动避障，超声波测距、红外线遥控组成的硬件模块结合软件设计组成多功能智能小车，共同实现小车的前进倒退，转弯，自动根据地面黑线循迹导航，检测障碍物自动转向避开障碍物，红外遥控等功能，实现智能控制，达到所要求的目的。 该设计以两直流电动机为主驱动，通过各类传感器来采集各类信息，送入主控单元C51单片机（STC89C51）处理数据后通过对电机的控制来实现自动控制。电机驱动电路采用H桥驱动模块—双L298步进/直流电机驱动板，能够同时驱动四个直流电机和两个步进电机；避障采用红外光电开关来完成，自动寻迹采用红外发射管来控制和接收器经锁相环电路检波完成，最后由控制单元处理数据后通过编程有序合理的将各模块信号整合在一起并完成相应的动作，实现了智能控制。 根据设计作品所需要达到的效果，本系统是以STC89C51单片机为控制器，主要由一下几个模块构成的：STC89C51，电源模块，循迹模块，探测金属模块，避障模块 ，磁钢探测模块，超声波模块，电机驱动，红外线模块。下图是系统的结构框图。 ， 4.解决思想和设计方案 为了完成设计目的，根据前面所描述的问题提出如下设计方案，分为几个模块来分别设计，包括以下几个单元的设计方案：电机单元，电源单元，避障单元，循迹单元，红外控制单元。 电机单元：采用直流减速电机。直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单方便，小车电机内部装有减速齿轮组，不需要考虑调速功能，可以轻易实现对单片机对于电机的前进后退停止等操作。 电源单元：采用3.8V电充电电池对单片机和直流电机和直流减速电机进行供电， 避障单元：用漫反射式光电开关进行避障设计。工作原理：光电开关的工作原理是根据光线发射头发出的光束，被物体反射，其