西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告題目：自動(dòng)避障尋跡小車軟件設(shè)計(jì) 系 （部）： 電子信息系 專 業(yè)： 通信工程 班 級(jí)： B090310 學(xué) 生： 何 欣 學(xué) 號(hào)： B09031036 指導(dǎo)教師： 王青岳 2012年12月18日1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關(guān)研究情況）1.1題目背景：智能小車的巡線和避障功能在生產(chǎn)生活中都有著廣泛的用途。例如：可以用在大的生產(chǎn)車間的物流系統(tǒng)中，按照預(yù)先設(shè)定的路線來傳輸貨物自動(dòng)躲避障礙功能從而使工作更加安全和效率更高。1.2研究意義：自第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人誕生以來，機(jī)器人的發(fā)展已經(jīng)遍及機(jī)械、電子、冶金、交通、宇航、國防等領(lǐng)域。近年來機(jī)器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變著人們的生活方式。人們?cè)诓粩嗵接?、改造、認(rèn)識(shí)自然的過程中，制造能替代人勞動(dòng)的機(jī)器一直是人類的夢(mèng)想，智能小車可以作為機(jī)器人的典型代表。電子技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)自動(dòng)化要求越來越高，智能汽車檢測(cè)并完成特殊的任務(wù)將成為以后的一個(gè)新的發(fā)展方向。在危險(xiǎn)或不利于人工作業(yè)的環(huán)境下，利用智能小車替代人工作業(yè)完成特殊任務(wù)，避免人員傷亡，更可減少經(jīng)濟(jì)損失。1.3國內(nèi)外相關(guān)研究情況：在世界科學(xué)界和工業(yè)設(shè)計(jì)界中，眾多的研究機(jī)構(gòu)都在研發(fā)智能車輛，其中具有代表性的智能車輛包括：美國NavLab系列智能車輛系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)機(jī)器人研究所研制的。NavLabV系統(tǒng)的車體采用Pontiac運(yùn)動(dòng)跑車。其傳感器系統(tǒng)包括視覺傳感器系統(tǒng)、差分GPS系統(tǒng)、光纖阻尼陀螺和光碼盤。德國VaMoRsP智能車輛系統(tǒng)。該系統(tǒng)由德國聯(lián)邦國防大學(xué)和奔馳汽車公司研制的。車體采用奔馳500型轎車。傳感器系統(tǒng)包括由4個(gè)小型彩色CCD攝像機(jī)構(gòu)成的兩組主動(dòng)式雙目視覺系統(tǒng)、3個(gè)慣性線性加速度計(jì)和角度變化傳感器、測(cè)速表及發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)測(cè)量?jī)x等。執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括方向力矩電機(jī)、電子油門和液壓制動(dòng)器等。國內(nèi)智能車輛研究由于起步晚，以及經(jīng)濟(jì)條件的制約，在智能車輛研究領(lǐng)域與發(fā)達(dá)國家有一定的差距，目前開展這方面研究工作的單位主要包括一些大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)，具有代表性的系統(tǒng)有：7B8智能車輛系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由南京理工大學(xué)、北京理工大學(xué)、浙江大學(xué)、國防科技大學(xué)、清華大學(xué)等多所院校聯(lián)合研制，屬于軍用室外智能車輛，于1995年底通過驗(yàn)收。飛思卡爾杯全國大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽就是在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生的。比賽由國家教育部高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)主辦，飛思卡爾半導(dǎo)體公司協(xié)辦。由組委會(huì)提供統(tǒng)一的車模和單片機(jī)，要求各參賽隊(duì)在不改變車模的底盤結(jié)構(gòu)的前提下，通過選擇適當(dāng)?shù)臋z測(cè)方案和控制算法，使車模能夠在專門設(shè)計(jì)的跑道上自主地識(shí)別路線行駛，單圈行駛時(shí)間最短的賽車獲勝。這樣，通過提供一個(gè)相同的比賽平臺(tái)，各參賽隊(duì)伍必須仔細(xì)研究車模的數(shù)學(xué)模型和控制方案，從檢測(cè)和控制的角度來解決這個(gè)問題。2.本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施2.1 主要內(nèi)容：本題目要求一小車能夠自動(dòng)沿引導(dǎo)線尋跡，能夠根據(jù)超聲波檢測(cè)自動(dòng)躲避障礙，并恢復(fù)對(duì)路線的循跡。該小車采用單片機(jī)作為電動(dòng)車的控制核心，通過尋跡模塊采集路線信息，經(jīng)判斷處理后準(zhǔn)確地控制小車沿引導(dǎo)線前進(jìn)。通過避障模塊在尋跡過程中利用超聲波對(duì)距離的檢測(cè)將前方的障礙探測(cè)出來并且通過超聲波傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷避障，通過霍爾傳感器檢測(cè)輪子轉(zhuǎn)一圈脈沖變換信息，構(gòu)成速度采集模塊，同時(shí)小車能夠在1602液晶上自動(dòng)顯示、記錄時(shí)間、里程以及行駛速度。2.2研究方案a. 硬件方案系統(tǒng)框圖如圖1所示。AT89S52路徑識(shí)別單元避障檢測(cè)模塊舵機(jī)控制單元驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制車速檢測(cè)單元速度里程顯示電池組9V電池組9V電源管理單元信號(hào)調(diào)理電路圖1 系統(tǒng)框圖硬件主要由控制器模塊，電源模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，尋跡模塊和避障模塊構(gòu)成。本次課題主要以軟件為主。b. 軟件方案系統(tǒng)軟件編程采用成熟的軟件開發(fā)技術(shù)模塊化的編程思想，這樣對(duì)將來系統(tǒng)軟件的移植、維護(hù)、更新提供了很大的余地，大大提高系統(tǒng)的可維護(hù)性和可升級(jí)性。軟件設(shè)計(jì)如圖2所示。圖2 系統(tǒng)軟件框圖本課題軟件設(shè)計(jì)由以下幾個(gè)模塊組成：(1) 單片機(jī)的初始化模塊包括：I/O模塊、PWM模塊、計(jì)時(shí)器模塊、定時(shí)中斷模塊初始化。(2) 實(shí)時(shí)路徑檢測(cè)及避障模塊：前排光電傳感器檢測(cè)黑線，將返回信號(hào)輸入單片機(jī)的輸入端口，程序不間斷地讀入輸入端口的信號(hào)，通過判斷語句，得出合適的PWM信號(hào)控制舵機(jī)轉(zhuǎn)向。(3) 超聲波測(cè)距模塊:在智能車尋跡的過程中利用超聲波對(duì)距離的檢測(cè)將前方的障礙探測(cè)出來并且通過超聲波傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷。(4) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊：該模塊完成小車方向控制和PWM波輸出。通過改變PWM波占空比可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)平滑寬范圍調(diào)速(5) 速度采集顯示模塊：通過霍爾傳感器檢測(cè)脈沖變換信息(6) 通過1602液晶顯示接口電路進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，將小車行駛時(shí)間，速度里程顯示出來。3.本課題研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)，前期已開展工作該課題的重點(diǎn)為引導(dǎo)線路、障礙的檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理以及直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)；其難點(diǎn)為選用AT89S52單片機(jī)為控制核心使整個(gè)系統(tǒng)的避障功能和循跡功能這兩模塊不能很好整合在一起。針對(duì)課題的研究，前期開展的工作有：(1) 認(rèn)真詳細(xì)的閱讀任務(wù)書，深刻了解主要的內(nèi)容和要求。(2) 查找搜集需要使用的各類傳感器控制的有關(guān)資料，學(xué)習(xí)掌握單片機(jī)編程、接口技術(shù)的具體應(yīng)用。(3) 查閱與智能小車相關(guān)的書籍，了解智能小車的工作原理。(4) 根據(jù)控制要求初步確定所使用的元器件。4.完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃（按周次填寫）1-3周：開題，搜集資料；4-5周：進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和論證工作；5-10周：完成方案論證，單元電路實(shí)驗(yàn)確定最終設(shè)計(jì)實(shí)施方案；11-16周：完成軟硬件電路的安裝，通過系統(tǒng)聯(lián)調(diào)；17-18周：完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文并進(jìn)行畢業(yè)答辯。5. 指導(dǎo)教師意見（對(duì)課題的深度、廣度及工作量的意見 指導(dǎo)教師： 年 月 日 6. 所在系審查意見： 系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日參考文獻(xiàn)1 謝自美.電子線路設(shè)計(jì).試驗(yàn).測(cè)試M .華中科技大學(xué)出版社,2004.23-42.2 宗光華.機(jī)器人的創(chuàng)意設(shè)計(jì)與實(shí)踐M .北京航空航天大學(xué)出版社,2004.10-25.3 肖景和.紅外線熱釋電與超聲波遙控電路M .人民郵電出版社,2003/P964 靳桅.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.西南交通大學(xué)出版社,2004.5 王毅編著.單片機(jī)器件手冊(cè)M .人民郵電出版社,1994.6 何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M .北京航空航天大學(xué)出版社,1995.7 軟件Keil uvision2、ISP 說明書,芯片89C51RA2xx說明書.8 丹尼斯.克拉克機(jī).器人設(shè)計(jì)與控制M .科學(xué)出版社,2004.56-62.9 楊幫文.新編傳感器實(shí)用寶典M .機(jī)械工業(yè)出版社,2005.208-245 .10 周堅(jiān)編.單片機(jī)C語言輕松入門M .北京航空航天大學(xué)出版社,2006.11 李麗霞. 單片機(jī)在超聲波測(cè)距中的應(yīng)用M. 電子技術(shù), 2002 .65-72.12 趙文龍,苑鴻驥,萬衛(wèi)強(qiáng)等.汽車倒車測(cè)距儀的設(shè)計(jì)J.南昌航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),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.