【正文】 江海職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)位論文基于Arduino單片機(jī)的智能小車(chē)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文第1頁(yè)江海職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)位論文目錄第一章 緒論 1 選題背景 1 智能小車(chē)研究現(xiàn)狀 2 課題主要內(nèi)容 4第二章 智能小車(chē)總體結(jié)構(gòu) 5 方案綜述 5 主控單元方案比較與選擇 5 避障單元方案比較與選擇 6 “小車(chē)”的必要的信息 7第三章 智能小車(chē)的觸覺(jué)、眼睛 8 智能小車(chē)內(nèi)部檢測(cè)原理 8 電機(jī)電流、電壓檢測(cè) 10 超聲波測(cè)距 11第四章 智能小車(chē)的腳 23 輪系結(jié)構(gòu)詳述 23 直流電機(jī) H 橋驅(qū)動(dòng)電路 26 電機(jī)控制信號(hào)……………………………………………………………………….…28第五章 智能小車(chē)的大腦 29 Arduino單片機(jī)簡(jiǎn)介 29 Arduino單片機(jī)引腳簡(jiǎn)介 30 Arduino編程軟件 33第六章 智能小車(chē)控制流程及程序 35 控制流程 35參考文獻(xiàn) 36致 謝 37第37頁(yè)第一章 緒論隨著科技進(jìn)步，現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)發(fā)展越來(lái)越體現(xiàn)出機(jī)電一體化的特征。無(wú)論是在金屬加工、汽車(chē)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)等等方面，機(jī)器設(shè)備表現(xiàn)了所謂智能化、集成化、小型化、高精度化的發(fā)展趨勢(shì)。 選題背景隨著汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于汽車(chē)的研究也就越來(lái)越受人關(guān)注。全國(guó)電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車(chē)這方面的題目，全國(guó)各高校也都很重視該題目的研究。可見(jiàn)其研究意義很大。本設(shè)計(jì)就是在這樣的背景下提出的，指導(dǎo)教師已經(jīng)有充分的準(zhǔn)備。本題目是結(jié)合科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計(jì)類(lèi)課題。設(shè)計(jì)的智能電動(dòng)小車(chē)應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)適應(yīng)能力，能自動(dòng)避障，可以智能規(guī)劃路徑。智能化作為現(xiàn)代社會(huì)的新產(chǎn)物，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個(gè)特定的環(huán)境里自動(dòng)的運(yùn)作，無(wú)需人為管理，便可以完成預(yù)期所要達(dá)到的或是更高的目標(biāo)。同遙控小車(chē)不同，遙控小車(chē)需要人為控制轉(zhuǎn)向、啟停和進(jìn)退，比較先進(jìn)的遙控車(chē)還能控制器速度。常見(jiàn)的模型小車(chē)，都屬于這類(lèi)遙控車(chē)；智能小車(chē)，則可以通過(guò)計(jì)算機(jī)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)其對(duì)行駛方向、啟停以及速度的控制，無(wú)需人工干預(yù)。操作員可以通過(guò)修改智能小車(chē)的計(jì)算機(jī)程序來(lái)改變它的行駛方向。因此，智能小車(chē)具有再編程的特性，是機(jī)器人的一種。中國(guó)自1978年把“智能模擬”作為國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃的主要研究課題，開(kāi)始著力研究智能化。從概念的引進(jìn)到實(shí)驗(yàn)室研究的實(shí)現(xiàn)，再到現(xiàn)在高端領(lǐng)域（航天航空、軍事、勘探等）的應(yīng)用，這一過(guò)程為智能化的全面發(fā)展奠定基石。智能化全面的發(fā)展是實(shí)現(xiàn)其對(duì)資源的合理充分利用，以盡可能少的投入得到最大的收益，大大提高工業(yè)生產(chǎn)的效率，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)水平從自動(dòng)化向智能化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)當(dāng)今智能化發(fā)展由高端向大眾普及。從先前的模擬電路設(shè)計(jì)，到數(shù)字電路設(shè)計(jì)，再到現(xiàn)在的集成芯片的應(yīng)用，各種能實(shí)現(xiàn)同樣功能的元件越來(lái)越小為智能化產(chǎn)物的生成奠定了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。智能小車(chē)，是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策，自動(dòng)行駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，它集中地運(yùn)用了計(jì)算機(jī)、傳感、信息、通信、導(dǎo)航、人工智能及自動(dòng)控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。 智能小車(chē)研究現(xiàn)狀智能車(chē)輛作為智能交通系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，是許多高新技術(shù)綜合集成的載體。智能車(chē)輛駕駛是一種通用性術(shù)語(yǔ)，指全部或部分完成一項(xiàng)或多項(xiàng)駕駛?cè)蝿?wù)的綜合車(chē)輛技術(shù)。智能車(chē)輛的一個(gè)基本特征是在一定道路條件下實(shí)現(xiàn)全部或者部分的自動(dòng)駕駛功能，下面簡(jiǎn)單介紹一下國(guó)內(nèi)外智能小車(chē)研究的發(fā)展情況。 國(guó)外智能車(chē)輛研究現(xiàn)狀國(guó)外智能車(chē)輛的研究歷史較長(zhǎng)，始于上世紀(jì)50年代。它的發(fā)展歷程大體可以分成三個(gè)階段：第一階段 20世紀(jì)50年代是智能車(chē)輛研究的初始階段。1954年美國(guó)Barrett Electronics 公司研究開(kāi)發(fā)了世界上第一臺(tái)自主引導(dǎo)車(chē)系統(tǒng)AGVS（Automated Guided Vehicle System）。該系統(tǒng)只是一個(gè)運(yùn)行在固定線(xiàn)路上的拖車(chē)式運(yùn)貨平臺(tái)，但它卻具有了智能車(chē)輛最基本得特征即無(wú)人駕駛。早期研制AGVS的目的是為了提高倉(cāng)庫(kù)運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)化水平，應(yīng)用領(lǐng)域僅局限于倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的物品運(yùn)輸。隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和傳感技術(shù)的發(fā)展，智能車(chē)輛的研究不斷得到新的發(fā)展。第二階段 從80年代中后期開(kāi)始，世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)智能車(chē)輛開(kāi)展了卓有成效的研究。在歐洲，普羅米修斯項(xiàng)目于1986年開(kāi)始了在這個(gè)領(lǐng)域的探索。在美洲，美國(guó)于1995年成立了國(guó)家自動(dòng)高速公路系統(tǒng)聯(lián)盟（NAHSC），其目標(biāo)之一就是研究發(fā)展智能車(chē)輛的可能性，并促進(jìn)智能車(chē)輛技術(shù)進(jìn)入實(shí)用化。在亞洲，日本于1996年成立了高速公路先進(jìn)巡航/輔助駕駛研究會(huì)，主要目的是研究自動(dòng)車(chē)輛導(dǎo)航的方法，促進(jìn)日本智能車(chē)輛技術(shù)的整體進(jìn)步。進(jìn)入80年代中期，設(shè)計(jì)和制造智能車(chē)輛的浪潮席卷全世界，一大批世界著名的公司開(kāi)始研制智能車(chē)輛平臺(tái)。第三階段 從90年代開(kāi)始，智能車(chē)輛進(jìn)入了深入、系統(tǒng)、大規(guī)模研究階段。最為突出的是，（Carnegie Mellon University）機(jī)器人研究所一共完成了Navlab系列的10臺(tái)自主車(chē)（Navlab1—Navlab10）的研究，取得了顯著的成就。目前，智能車(chē)輛的發(fā)展正處于第三階段。這一階段的研究成果代表了當(dāng)前國(guó)外智能車(chē)輛的主要發(fā)展方向。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)研發(fā)的智能車(chē)輛具有代表性的有：德意志聯(lián)邦大學(xué)的研究 1985年，第一輛VaMoRs智能原型車(chē)輛在戶(hù)外高速公路上以100km/h的速度進(jìn)行了測(cè)試，它使用了機(jī)器視覺(jué)來(lái)保證橫向和縱向的車(chē)輛控制。1988年，在都靈的PROMRTHEUS項(xiàng)目第一次委員會(huì)會(huì)議上，智能車(chē)輛維塔（VITA,7t）進(jìn)行了展示，該車(chē)可以自動(dòng)停車(chē)、行進(jìn)，并可以向后車(chē)傳送相關(guān)駕駛信息。這兩種車(chē)輛都配備了UBM視覺(jué)系統(tǒng)。這是一個(gè)雙目視覺(jué)系統(tǒng)，具有極高的穩(wěn)定性。荷蘭鹿特丹港口的研究 智能車(chē)輛的研究主要體現(xiàn)在工廠(chǎng)貨物的運(yùn)輸。荷蘭的Combi road系統(tǒng)，采用無(wú)人駕駛的車(chē)輛來(lái)往返運(yùn)輸貨物，它行駛的路面上采用了磁性導(dǎo)航參照物，并利用一個(gè)光陣列傳感器去探測(cè)障礙。荷蘭南部目前正在討論工業(yè)上利用這種系統(tǒng)的問(wèn)題，政府正考慮已有的高速公路新建一條專(zhuān)用的車(chē)道，采用這種系統(tǒng)將貨物從鹿特丹運(yùn)往各地。日本大阪大學(xué)的研究 大阪大學(xué)的Shirai實(shí)驗(yàn)室所研制的智能小車(chē)，采用了航位推測(cè)系統(tǒng)（Dead Reckoning System），分別利用旋轉(zhuǎn)編碼器和電位計(jì)來(lái)獲取智能小車(chē)的轉(zhuǎn)向角，從而完成了智能小車(chē)的定位。另外，斯特拉斯堡實(shí)驗(yàn)中心、英國(guó)國(guó)防部門(mén)的研究、美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)、奔馳公司、美國(guó)麻省理工學(xué)院、韓國(guó)理工大學(xué)對(duì)智能車(chē)輛也有較多的研究。 國(guó)內(nèi)智能車(chē)輛研究現(xiàn)狀相比于國(guó)外，我國(guó)開(kāi)展智能車(chē)輛技術(shù)方面的研究起步較晚，開(kāi)始于20世紀(jì)80年代。而且大多數(shù)研究處在于針對(duì)某個(gè)單項(xiàng)技術(shù)研究的階段。雖然我國(guó)在智能車(chē)輛技術(shù)方面的研究總體上落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，并且存在一定得技術(shù)差距，但是我們也取得了一系列的成果，主要有：（1）中國(guó)第一汽車(chē)集團(tuán)公司和國(guó)防科技大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院與2003年研制成功我國(guó)第一輛自主駕駛轎車(chē)。該自主駕駛轎車(chē)在正常交通情況下的高速公路上，行駛的最高穩(wěn)定速度為13km/h,最高峰值速度達(dá)170km/h，并且具有超車(chē)功能，其總體技術(shù)性能和指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。（2）南京理工大學(xué)、北京理工大學(xué)、浙江大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、該車(chē)裝有彩色攝像機(jī)、激光雷達(dá)、陀螺慣導(dǎo)定位等傳感器。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用兩臺(tái)Sun10完成信息融合、路徑規(guī)劃，兩臺(tái)PC486完成路邊抽取識(shí)別和激光信息處理，8098單片機(jī)完成定位計(jì)算和車(chē)輛自動(dòng)駕駛。其體系結(jié)構(gòu)以水平式結(jié)構(gòu)為主，采用傳統(tǒng)的“感知建模規(guī)劃執(zhí)行”算法，其直線(xiàn)跟蹤速度達(dá)到20km/h，避障速度達(dá)到510km/h。智能車(chē)輛研究也是智能交通系統(tǒng)ITS的關(guān)鍵技術(shù)。目前，國(guó)內(nèi)的許多高校和科研院所都在進(jìn)行ITS關(guān)鍵技術(shù)、設(shè)備的研究。隨著ITS研究的興起，我國(guó)已形成一支ITS技術(shù)研究開(kāi)發(fā)的技術(shù)專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍。并且各交通、汽車(chē)企業(yè)越來(lái)越加大了對(duì)ITS及智能車(chē)輛技術(shù)研發(fā)的投入，整個(gè)社會(huì)的關(guān)注程度在不斷提高。交通部已將ITS研究列入“十五”科技發(fā)展計(jì)劃和2010年長(zhǎng)期規(guī)劃。相信經(jīng)過(guò)相關(guān)領(lǐng)域的共同努力，我國(guó)ITS及智能車(chē)輛的技術(shù)水平一定會(huì)得到很大提高。可以預(yù)計(jì)，我國(guó)飛速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)實(shí)力將為智能車(chē)輛的研究提供一個(gè)更加廣闊的前景。我們要結(jié)合我國(guó)國(guó)情，在某一方面或某些方面，對(duì)智能車(chē)進(jìn)行深入細(xì)致的研究，為它今后的發(fā)展及實(shí)際應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 課題主要內(nèi)容本課題南京嵌入之夢(mèng)工作室的fira智能小車(chē)平臺(tái)，選擇通用、價(jià)廉的Arduino單片機(jī)為控制平臺(tái)，通過(guò)細(xì)化設(shè)計(jì)要求，結(jié)合傳感器技術(shù)和電機(jī)控制技術(shù)相關(guān)知識(shí)實(shí)現(xiàn)小車(chē)的各種功能。設(shè)計(jì)完成以由超聲波測(cè)距、自動(dòng)避障組成的硬件模塊結(jié)合軟件設(shè)計(jì)組成多功能智能小車(chē)，共同實(shí)現(xiàn)小車(chē)的前進(jìn)倒退、轉(zhuǎn)向行駛，自動(dòng)根據(jù)超聲波檢測(cè)前方障礙物距離，進(jìn)行導(dǎo)航，檢測(cè)障礙物后停止等功能，實(shí)現(xiàn)智能控制，達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。 小車(chē)外形圖第二章 智能小車(chē)總體結(jié)構(gòu) 方案綜述本課題