4-作品展示库 03运动状态精确测控——室内环境采集小车的设计（无锡职业技术学院） 02 室内环境采集小车项目研究报告.doc

运动状态精确测控——室内环境采集小车的设计 项目作者：徐冠宇（物联网31341） 指导老师：黄翀鹏 项目成果：运动状态精确测控——室内环境采集小车的设计，通过定位、测速两大核心功能的实现，结合一些传感器采集环境信息，最终实现上位机实时显示小车当前位置。另外，本设计采用了强跟踪滤波器和增量式PID，使小车的定位更加稳定和可靠。 本设计的创新成果有如下几点： （1）室内环境采集小车实体作品1个。 （2）室内环境采集小车研究报告1份。 （3）已受理实用新型专利3个《基于树莓派的倒车测距仪》（申请号：2016204013185）、《基于Arduino测距的远程安防系统》（申请号：201620401326X）、《一种整合多种迷宫寻路策略的算法及小车》（申请号：2016205746910）。 （4）已录用中国核心期刊（遴选）数据库论文2篇《一种整合多种迷宫寻路策略的算法及小车》（《电脑知识与技术》2016年7-8月见刊，国内统一刊号：34-1205/TP）、《基于风力摆控制系统的双闭环PID控制》（《电脑知识与技术》2016年7月见刊，国内统一刊号：34-1205/TP）。 摘要 自主移动机器人在室内环境的广泛应用离不开定位系统、室内环境信息和路径规划。定位系统可以让机器人知道自己在哪里；室内环境信息，可以让机器建立对工作环境的印象，明确障碍物的位置，为路径规划提供信息前提；路径规划系统可以是机器人在运动过程中避开障碍物，找到安全最好的路径完成任务。本设计在综合各种技术的基础上，完成了定位系统的设计和实现。 本项目运动状态精确测控——室内环境采集小车的设计，通过定位、测速两大核心功能的实现，结合一些传感器采集环境信息，最终实现上位机实时显示小车当前位置。另外，本设计采用了强跟踪滤波器和增量式PID，使小车的定位更加稳定和可靠。 关键词：智能小车；超声波定位；环境监测；实时监控；强跟踪滤波器；增量PID； 目录 TOC \o 1-3 \h \z \u 引言 3 一、硬件设计 3 1.总体方案设计 3 2.Arduino主控模块 3 3.轮式驱动单元 4 3.1 直流伺服电机 4 3.2 码盘 4 4.各种环境信息采集传感器 5 4.1 超声波测距传感器 5 4.2 温湿度传感器 6 4.3 红外循迹传感器 6 5.超声波定位系统 7 5.1 定位系统总体组成 7 5.2 超声波测距接收模块 7 5.3 超声波测距发射模块 8 5.4 带无线通讯的控制模块 8 5.5 USB接口无线适配器 9 二、软件设计 10 1.超声波定位系统的通讯协议 10 1.1通讯协议及命令定义基本通讯格式 10 1.2发射端控制程序通讯协议 10 1.3接收端控制程序通讯协议: 11 2.超声波定位系统的上位机 12 3.轮式驱动单元的控制 12 三、系统功能 12 四、关键技术 13 1.超声波定位技术 13 1.1 定位系统工作框图 13 1.2 定位系统工作原理 13 2.自动寻路技术 14 2.1 超声波测距 14 2.2 密度算法与迷宫解法对路径决策的干涉 15 2.3 密度算法详解 16 2.4 迷宫解法详解 16 2.5 寻路流程概括 17 五、实物图 17 六、总结 18 参考文献 18 致谢 20 引言 近几年，随着机器人技术的发展，人们不再满足于机器人简单的娱乐功能，怎么让机器人进入家居环境，帮助人类减轻家务负担成为当前机器人研究的重点方向。经过科学家多年的研究，各国在室内环境下的机器人应用有了很大的发展。 在家居环境应用机器人，就必须知道机器人在室内的位置、速度信息和室内环境信息，并在对其位置和速度精准测定的基础上，实现对机器人运动过程的控制。本课题从节省成本，简化模块设计，具体问题具体分析的角度出发，可将机器人简化为——具有环境监测能力的自主运动智能小车。 而与此同时，国家及各高校对大学生动手能力和创新能力的重视程度逐步提高，教育部每年都会举办各类大学生竞赛。针对信息类学生的比赛主要集中于智能控制类竞赛如：freescale杯智能车大赛，足球机器人大赛，大学生电子设计大赛等等。在这类包含智能车的设计大赛中，目标定位策略和速度控制策略的优劣将直接影响到最终的比赛结果。 故如何实现对智能小车运动状态的精确测控，以及在智能车调试过程中，设计能实时了解并监控小车运行的终端平台，便成为实际家居机器人和参加竞赛成败的关键，这也是本项目课题最初的来源。 一、硬件设计 1.总体方案设计 运动状态精确测控——室内环境采集