【正文】 單片機(jī)無(wú)線遙控智能小車(chē)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄1 緒論 1 研究的背景和意義 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 研究的內(nèi)容和方法 42 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 5 方案比較與選擇 5 核心控制單元方案比較與選擇 5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元方案比較與選擇 5 循跡單元方案比較與選擇 6 避障單元方案比較與選擇 6 遙控單元方案比較與選擇 7 電源方案 7 總體設(shè)計(jì)框圖 83 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 9 最小系統(tǒng)電路 9 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 10 PWM調(diào)速原理 10 L298工作原理 11 循跡探測(cè)電路 11 避障模塊檢測(cè)電路 13 無(wú)線遙控控制電路 14 超再生接收電路和無(wú)線電發(fā)射器工作原理 14 超再生簡(jiǎn)易無(wú)線電遙控器原理 154 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 18 電機(jī)控制子程序設(shè)計(jì) 18 紅外循跡模塊子程序設(shè)計(jì) 19 紅外避障模塊子程序設(shè)計(jì) 20 無(wú)線遙控模塊子程序設(shè)計(jì) 22 無(wú)線遙控模塊模式判斷子程序 22 無(wú)線遙控模塊方向控制模式子程序 22 235 系統(tǒng)測(cè)試 25 25 25 266 總結(jié)與展望 27 27 27參考文獻(xiàn) 28致 謝 29附 錄1 30附 錄2 3238江西財(cái)經(jīng)大學(xué)普通本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）1 緒論本課題設(shè)計(jì)主要是制作一款能進(jìn)行智能判斷并能做出正確反應(yīng)的小車(chē)。小車(chē)具有以下幾個(gè)功能：循跡功能，能按照路面的黑色軌跡行駛；自動(dòng)避障功能，小車(chē)在行駛過(guò)程中能識(shí)別障礙物，做到準(zhǔn)確無(wú)誤的躲避障礙物；無(wú)線遙控功能，通過(guò)超再生簡(jiǎn)易接收發(fā)器來(lái)控制小車(chē)的運(yùn)行模式，以及獨(dú)立控制小車(chē)的移動(dòng)方向。 研究的背景和意義隨著計(jì)算機(jī)，微電子技術(shù)的快速發(fā)展，智能化技術(shù)的開(kāi)發(fā)越來(lái)越快，智能程度也越來(lái)越高，應(yīng)用的范圍也得到了極大的擴(kuò)展。智能小車(chē)系統(tǒng)以迅猛發(fā)展的汽車(chē)電子技術(shù)為背景，涵蓋了電子，計(jì)算機(jī)，機(jī)械，傳感技術(shù)等多個(gè)學(xué)科。同時(shí)，當(dāng)今機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展日新月異，其應(yīng)用于考古，探測(cè)，國(guó)防等眾多領(lǐng)域。無(wú)人飛船，外星探測(cè)，智能化生產(chǎn)等等無(wú)不得益于機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)把機(jī)器人設(shè)計(jì)制作競(jìng)賽作為創(chuàng)新教育的戰(zhàn)略手段。從某種意義上來(lái)說(shuō)，機(jī)器人技術(shù)反映的是一個(gè)國(guó)家綜合技術(shù)實(shí)力的高低，而智能小車(chē)是機(jī)器人的雛形，它的控制系統(tǒng)的研究與制作將有助于推動(dòng)智能機(jī)器人控制系統(tǒng)的發(fā)展[1]。隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于智能化技術(shù)的研究也越來(lái)越受關(guān)注。全國(guó)電子競(jìng)賽與各省電子競(jìng)賽幾乎每次都有智能小車(chē)方面的題目，全國(guó)各大高校也都重視該項(xiàng)目的研究，可見(jiàn)智能小車(chē)具有較大的研究意義。 國(guó)內(nèi)外研究現(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)單介紹國(guó)內(nèi)外智能小車(chē)研究的發(fā)展情況。（1）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[2]。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[2]。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)[3]。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。（2）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：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。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)。 研究的內(nèi)容和方法本課題研究的內(nèi)容主要有以下幾個(gè)方面：根據(jù)系統(tǒng)功能的要求，進(jìn)行系統(tǒng)的硬件與軟件的整體設(shè)計(jì)。選擇性?xún)r(jià)比最佳的器件來(lái)進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，采用模塊化的軟件設(shè)計(jì)方法，使程序結(jié)構(gòu)清晰，可讀性強(qiáng)。系統(tǒng)硬件方面設(shè)計(jì)包括：外圍電路的合理設(shè)計(jì)。主要內(nèi)容有：核心控制模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，循跡模塊，避障模塊和遙控模塊的方案選擇與設(shè)計(jì)。系統(tǒng)軟件方面設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)主程序，過(guò)程控制程序，外部中斷程序等。根據(jù)課題功能要求，本文采取以下研究步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)：系統(tǒng)整體功能分析與可行性研究、劃分功能模塊、各功能模塊的電路原理設(shè)計(jì)、各功能模塊的軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試、系統(tǒng)整體電路與軟件調(diào)試。在滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)的前提下，不僅要考慮系統(tǒng)的易用性，還要降低成本，使其經(jīng)濟(jì)實(shí)用，確保在開(kāi)發(fā)出的同類(lèi)產(chǎn)品中具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 方案比較與選擇根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求來(lái)選擇符合要求的器件類(lèi)型以及控制模式，本章主要討論核心控制單元，電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，循跡單元，避障單元，測(cè)距單元和遙控單元方案的比較與選擇。 核心控制單元方案比較與選擇方案一：采用FPGA編程控制器實(shí)現(xiàn)。FPGA可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，密度高，它將所有器件集成于一塊芯片上，大大減小體積，提高了穩(wěn)定性。FPGA采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制核心。由檢測(cè)模塊輸出的信號(hào)并行輸入FPGA，F(xiàn)PGA通過(guò)程序設(shè)計(jì)控制小車(chē)作出相應(yīng)的動(dòng)作，但由于本設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)據(jù)處理的速度要求不高，F(xiàn)PGA的高速處理的優(yōu)勢(shì)得不到充分體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時(shí)由于芯片的引腳較多，實(shí)物硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計(jì)和實(shí)際焊接的工作。方案二：采用單片機(jī)編程控制器實(shí)現(xiàn)。用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器，在控制領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，具有低電壓、低功耗、低價(jià)格、高性能、多功能、大存儲(chǔ)容量、較強(qiáng)的I/O功能以及較好的結(jié)構(gòu)兼容性等優(yōu)點(diǎn)，是小型控制系統(tǒng)的首選。而且單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制。本系統(tǒng)屬于小型控制系統(tǒng)，用單片機(jī)作為控制芯片非常合適，因此采用方案二。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元方案比較與選擇方案一：采用H型PWM全橋式驅(qū)動(dòng)電路。通過(guò)PWM脈寬調(diào)制的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)小車(chē)速度的控制，這種調(diào)試方式的優(yōu)點(diǎn)是：調(diào)速特性?xún)?yōu)良，調(diào)整平滑，調(diào)速范圍廣，能承受頻繁的負(fù)載沖擊。同時(shí)H型全橋式電路還可以保證進(jìn)行簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向控制，實(shí)現(xiàn)頻繁的快速啟動(dòng)，制動(dòng)和反轉(zhuǎn)，是現(xiàn)今一種廣泛采用的調(diào)速技術(shù)。方案二：采用繼電器控制電機(jī)。采用繼電器對(duì)電機(jī)的開(kāi)、關(guān)進(jìn)行控制，通過(guò)開(kāi)關(guān)的切換對(duì)小車(chē)的速度進(jìn)行調(diào)控。此方案的有點(diǎn)在于電路較為簡(jiǎn)單，但其缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，且易損壞，壽命短，可靠性低。方案三：使用功率三極管組成的功率放大器控制電機(jī)。使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制電機(jī)的電路結(jié)構(gòu)與原來(lái)簡(jiǎn)單，成本較低，加速能力強(qiáng)，但其功率損耗大，特別當(dāng)?shù)退俅筠D(zhuǎn)距運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)電阻的電流大，發(fā)熱厲害，損耗大，不利于小車(chē)的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。綜合以上三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，決定采用方案一。 循跡單元方案比較與選擇方案一：采用光敏電阻組成的光敏探測(cè)器。光敏電阻的阻值會(huì)隨周?chē)h(huán)境光線的變化而變化。當(dāng)光線照射在白色物體上時(shí)，光線反射強(qiáng)烈，當(dāng)光線照射在黑色物體上面時(shí)，光線反射較弱。因此可以通過(guò)光敏電阻來(lái)檢測(cè)行進(jìn)路上的黑線。但這種方案受光照影響較大，工作穩(wěn)定性高。方案二：采用反射式紅外光電傳感