【正文】 基于GPS導(dǎo)航的自主行駛智能車模型設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄摘 要 ⅠAbstract Ⅱ第一部分 調(diào)研報(bào)告 1 學(xué)生教師簡介 1 調(diào)研實(shí)證 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)背景 2 車輛導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 2 智能車發(fā)展現(xiàn)狀 3 企業(yè)概況 4 調(diào)研分析 4 結(jié)論 5參考文獻(xiàn) 6第二部分 可行性論證報(bào)告 7 設(shè)計(jì)目的 7 方案論證 7 發(fā)動機(jī)類型選擇 8 電池類型選擇 9 傳動方案選擇 10 最終設(shè)計(jì)方案 11參考文獻(xiàn) 12第三部分 畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書 13 電動機(jī)選擇 13 電動機(jī)類型選擇 13 電動機(jī)功率的計(jì)算 13 電動機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算 14 計(jì)算總傳動比和分配各級傳動比 15 車輛總傳動比的計(jì)算 15 傳動比的分配 15 運(yùn)動參數(shù)及動力參數(shù)的計(jì)算 16 各軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算 16 各軸功率的計(jì)算 16 各軸轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 16 齒輪傳動設(shè)計(jì)計(jì)算 17 圓柱齒輪傳動設(shè)計(jì)計(jì)算 17 錐齒輪傳動設(shè)計(jì)計(jì)算 22 傳動軸設(shè)計(jì)和選擇 25 萬向聯(lián)軸器樣式選擇 25 傳動軸設(shè)計(jì) 26 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 26第四部分 智能車硬件設(shè)計(jì) 29 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案 29 ATmega256016U單片機(jī)介紹 29 ATmega256016U最小系統(tǒng) 30 ATmega256016U最小系統(tǒng) 30 I2c總線接口 31 RS232C串口總線接口 32 USB接口 33 ATKNEO6M GPS模塊 33 GY86 10DOF傳感器模塊 35 HMC5883L磁場傳感器 35 MPU6050六軸陀螺儀 36第五部分 智能車軟件設(shè)計(jì) 38 導(dǎo)航算法設(shè)計(jì) 38 導(dǎo)航原理 38 程序流程圖 40 相關(guān)代碼 40 GPS程序設(shè)計(jì) 42 NMEA0183協(xié)議 42 程序流程圖 45 相關(guān)代碼 45 六軸陀螺儀程序設(shè)計(jì) 47 基本原理 47 程序流程圖 50 相關(guān)代碼 51 磁場強(qiáng)度傳感器程序設(shè)計(jì) 52 基本原理 52 程序流程圖 56 相關(guān)代碼 57 舵機(jī)控制程序設(shè)計(jì) 61 基本原理 61 程序流程圖 63 相關(guān)代碼 63結(jié) 論 66致 謝 67參考文獻(xiàn) 68CONTENTS摘 要 ⅠAbstract Ⅱ1. Research report 1 The introduction of students and teachers 1 Examine object evidence 1 Graduation design background 2 Current situation of the development of vehicle navigation system 2 The current situation of the development of intelligent vehicles 3 Company profile 4 Research analysis 4 Conclusion 5Reference 62. Feasibility report 7 Design goal 7 Porject approachment 7 The engine type selection 8 The battery type selection 9 Transmission scheme selection 10 The final design scheme 11Reference 123. Graduation design calculation 13 Motor selection 13 Motor type selection 13 Calculation of motor power 13 The calculation of motor speed 14 Calculate the total transmission ratio and distribution ratio at all levels 15 The calculation of gross vehicle transmission ratio 15 The distribution of the velocity ratio 15 The calculation of motion parameters and dynamic parameters 16 The calculation of the shaft speed 16 The calculation of the shaft power 16 The calculation of the shaft torque 16 Gear transmission design and calculation 17 Cylindrical gear transmission design and calculation 17 Bevel gear transmission design and calculation 22 The shaft design and selection 25 Universal coupling style choice 25 Design of the shaft 26 Steering mechanism design 264. Smart car hardware design 29 The system hardware design 29 ATmega256016U chip introduction 29 ATmega256016U minimum system 30 I2c bus 31 RS232C bus 32 USB port 33 ATKNEO6M GPS module 33 GY86 10DOF sensor module 35 HMC5883L pass sensor 35 MPU6050 gyro 365. Smart car software design 38 Navigation algorithm design 38 Navigation principle 38 Program flow chart 40 Reference code 40 The GPS program design 42 NMEA0183 agreement 42 Program flow chart 45 Reference code 45 Six axis of gyroscope program design 47 Fundamental 47 Program flow chart 50 Reference code 51 The intensity of magnetic field sensors program design 52 Fundamental 52 Program flow chart 56 Reference code 57 The steering gear control program design 61 Fundamental 61 Program flow chart 63 Reference code 63Conclusion 66Thanks 67Reference 68第一部分 調(diào)研報(bào)告 學(xué)生、教師簡介表11 學(xué) 生 簡 介姓名專業(yè)班級學(xué)號卞用方機(jī)械電子工程機(jī)電1122011022508表12 指 導(dǎo) 教 師 簡 介姓 名工作單位職 稱學(xué)校導(dǎo)師林海鵬黑龍江科技大學(xué)副教授企業(yè)導(dǎo)師陳發(fā)展道通智能航空工程師 調(diào)研實(shí)證圖11 在深圳道通科技有限公司實(shí)習(xí) 畢業(yè)設(shè)計(jì)背景畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：基于GPS導(dǎo)航的自主行駛智能車模型設(shè)計(jì)隨著世界科技與軍事發(fā)展，以及電子計(jì)算機(jī)，控制理論，人工智能等學(xué)科的長足進(jìn)步，移動機(jī)器人技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。特別是在我們賴以生存的陸地上，無人設(shè)備的研究十分廣泛，自主行駛智能車屬于陸地移動機(jī)器人的一種，目前也是全世界研究的熱點(diǎn)。現(xiàn)如今在航天領(lǐng)域，人類登陸地外行星已不是難事，而智能車可以在外星球進(jìn)行勘探，采集樣本，采礦等工作；在軍事領(lǐng)域，智能車可以代替士兵在高位地區(qū)完成偵查，救援，排雷等任務(wù)；在民用方面，自動或輔助駕駛可以減少駕駛員的工作量，避免疲勞駕駛，從而可以減少交通事故。智能車還可以讓殘疾人擁有自己的汽車，幫助他們自由行動。由此看來無論從人類科技的發(fā)展，軍事或者民用領(lǐng)域上自主無人車研究都是大勢所趨。[1] 車輛導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀目前，車輛導(dǎo)航技術(shù)已經(jīng)比較成熟，尤其以美國發(fā)展最為先進(jìn)，相對比較發(fā)達(dá)的國家都已經(jīng)建立自己的ITS（Intelligent Transport System），我國智能交通系統(tǒng)發(fā)展在二十世紀(jì)九十年代，目前我國政府、企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)也高度重視ITS的發(fā)展和建立，同時(shí)也設(shè)立了自己的ITS機(jī)構(gòu)[2]。衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)主要有有美國的全球定位系統(tǒng)GPS（Global Positioning System）、俄羅斯的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS（Global Navigation Satellite System)、歐盟的伽利略導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)GALILEO（Galileo satellite navigation system）和我國自主研發(fā)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)BDS（BeiDou Navigation Satellite System）。對于GPS系統(tǒng)而言，美國已經(jīng)制定出到2020年GPS的現(xiàn)代化規(guī)劃。目前全球約有2000萬人在使用定位系統(tǒng)(GPS)來進(jìn)行導(dǎo)航。代表當(dāng)今世界先進(jìn)水平的美國GPS導(dǎo)航衛(wèi)星有效載荷技術(shù)，已從第一代GPS Block 1衛(wèi)星發(fā)展到第二代的Block2/2A、第三代的Block 2R、第四代的Block 2F和正在計(jì)劃的第五代GPS 3衛(wèi)星有效載荷技術(shù)。目前，美空軍已完成GPS3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與需求定義、需求分析研究、操作概念模式研究及通信網(wǎng)絡(luò)與星間鏈路論證等工作，并開發(fā)了一套性能強(qiáng)大的集成GPS仿真系統(tǒng)（IGPSS）軟件，進(jìn)行星座設(shè)計(jì)與系統(tǒng)性能分析[3]。 智能車發(fā)展現(xiàn)狀對于智能車發(fā)展?fàn)顩r而言，美國國防先進(jìn)研究項(xiàng)目局（Defense Avanced Research Projects Agency,DARPA）主辦的無人智能車挑戰(zhàn)賽，極大地推動了無人駕駛汽車及相關(guān)技術(shù)在世界范圍內(nèi)的發(fā)展。谷歌公司的無人駕駛車是目前在真實(shí)交通環(huán)境中累積行駛里程最長的無人駕駛車，這個(gè)項(xiàng)目的領(lǐng)導(dǎo)者是來自斯坦福大學(xué)人工智能實(shí)驗(yàn)室的Sebastian Thrun，也是在他的帶領(lǐng)下斯坦福大學(xué)開發(fā)的無人智能車Stanley在2005年DARPA Grand Challenge比賽中勇奪冠軍[4][5][6]。圖12 谷歌公司研發(fā)的無人駕駛汽車國內(nèi)，由國家自然科學(xué)基金委主辦了“中國智能車未來挑戰(zhàn)賽”，積極促進(jìn)國內(nèi)各大高校與研究機(jī)構(gòu)對無人駕駛汽車的研發(fā)。國防科技大學(xué)研制的紅旗HQ3無人駕駛汽車有長沙自主行駛至武漢，行車286公里，創(chuàng)造了國內(nèi)無人駕駛汽車的行駛里程的記錄[7][8]。 企業(yè)概況此次調(diào)查的道通智能航空有限公司是一家新興的無人機(jī)研發(fā)型企業(yè)，研發(fā)了包括VINTURE II 、XSTAR 3 等自主飛行無人機(jī)，主要針對歐美市場進(jìn)行銷售，在最近的美國拉斯維加斯CES2015(International Consumer Electronics)國際消費(fèi)電子產(chǎn)品展覽會上廣受好評。 調(diào)研分析由于無人機(jī)與智能車在導(dǎo)航算法和傳感器硬件等具有相似性，因此在公司實(shí)習(xí)期間，作為無人機(jī)測試人員，對GPS自主控制導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行了深入的了解。目前小型智能設(shè)備在遠(yuǎn)距離自主運(yùn)動控制中，分為慣性導(dǎo)航和GPS導(dǎo)航兩種算法。其中慣性導(dǎo)航作為早期導(dǎo)航算法應(yīng)用于導(dǎo)彈控制、火箭發(fā)射等，但是由于慣性導(dǎo)航對傳感器精度和控制算法要求較高，并且作為一種開環(huán)控制方式，誤差容易積累，因此目前廣泛使用GPS搭配地磁傳感器的方式實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。目前，無人駕駛智能汽車的研發(fā)水平，美、德兩國最為先進(jìn)，中國起步較晚，道路狀況復(fù)雜，實(shí)際應(yīng)用中還需突破更多的技術(shù)障礙。制約我國無人駕駛智能汽車發(fā)展的因素主要有：。據(jù)了解，國外無人駕駛智能汽車的研發(fā)依靠大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)投入，路面測試充分；而中國的研發(fā)與市場結(jié)合不僅，路面實(shí)驗(yàn)不是很充分。目前我國無人駕駛智能汽車在高性能傳感器技術(shù)和復(fù)雜環(huán)境感知技術(shù)等方面與發(fā)達(dá)國家相比還有很大的距離。以谷歌無人駕駛智能汽車為例，它以谷歌街景提供的精細(xì)3D地圖數(shù)據(jù)感知與識別目標(biāo)，識別難度低而且處理速度快，而我國的無人駕駛車輛僅依靠所搭載的攝像機(jī)等傳感器來完成自然環(huán)境感知。感知準(zhǔn)確度的提高必須依賴昂貴的傳感器，例如，目前我國研制的無人駕駛智能汽車的激光雷達(dá)都是進(jìn)口的，國內(nèi)并沒有自主研發(fā)出替代產(chǎn)品。這就使得成本上升，不利于商業(yè)化推廣。無人駕駛智能汽車發(fā)生事故的法律責(zé)任需要界定；無人駕駛車安全設(shè)計(jì)原理以保護(hù)車內(nèi)乘客為優(yōu)先選擇，而這可能會對行人的安全造成更大的隱患。無人駕駛智能汽車外觀上要解決儀器隱蔽的問題。無人駕駛智能汽車運(yùn)行高度依賴行車電腦，一旦受到病毒入侵或是遠(yuǎn)程控制，后果不堪設(shè)想。 結(jié)論隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，關(guān)于汽車的研究也就越來越受關(guān)注。本設(shè)計(jì)就是在這樣的背景下提出的，結(jié)合科研題目，采用