【正文】 單片機無線遙控智能小車設(shè)計畢業(yè)論文目 錄1 緒論 1 研究的背景和意義 1 國內(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 5 方案比較與選擇 5 核心控制單元方案比較與選擇 5 電機驅(qū)動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)計框圖 83 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 9 最小系統(tǒng)電路 9 電機驅(qū)動電路 10 PWM調(diào)速原理 10 L298工作原理 11 循跡探測電路 11 避障模塊檢測電路 13 無線遙控控制電路 14 超再生接收電路和無線電發(fā)射器工作原理 14 超再生簡易無線電遙控器原理 154 系統(tǒng)軟件設(shè)計 18 電機控制子程序設(shè)計 18 紅外循跡模塊子程序設(shè)計 19 紅外避障模塊子程序設(shè)計 20 無線遙控模塊子程序設(shè)計 22 無線遙控模塊模式判斷子程序 22 無線遙控模塊方向控制模式子程序 22 235 系統(tǒng)測試 25 25 25 266 總結(jié)與展望 27 27 27參考文獻 28致 謝 29附 錄1 30附 錄2 3238江西財經(jīng)大學普通本科畢業(yè)論文（設(shè)計）1 緒論本課題設(shè)計主要是制作一款能進行智能判斷并能做出正確反應(yīng)的小車。小車具有以下幾個功能：循跡功能，能按照路面的黑色軌跡行駛；自動避障功能，小車在行駛過程中能識別障礙物，做到準確無誤的躲避障礙物；無線遙控功能，通過超再生簡易接收發(fā)器來控制小車的運行模式，以及獨立控制小車的移動方向。 研究的背景和意義隨著計算機，微電子技術(shù)的快速發(fā)展，智能化技術(shù)的開發(fā)越來越快，智能程度也越來越高，應(yīng)用的范圍也得到了極大的擴展。智能小車系統(tǒng)以迅猛發(fā)展的汽車電子技術(shù)為背景，涵蓋了電子，計算機，機械，傳感技術(shù)等多個學科。同時，當今機器人技術(shù)的發(fā)展日新月異，其應(yīng)用于考古，探測，國防等眾多領(lǐng)域。無人飛船，外星探測，智能化生產(chǎn)等等無不得益于機器人技術(shù)的發(fā)展。一些發(fā)達國家已經(jīng)把機器人設(shè)計制作競賽作為創(chuàng)新教育的戰(zhàn)略手段。從某種意義上來說，機器人技術(shù)反映的是一個國家綜合技術(shù)實力的高低，而智能小車是機器人的雛形，它的控制系統(tǒng)的研究與制作將有助于推動智能機器人控制系統(tǒng)的發(fā)展[1]。隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，對于智能化技術(shù)的研究也越來越受關(guān)注。全國電子競賽與各省電子競賽幾乎每次都有智能小車方面的題目，全國各大高校也都重視該項目的研究，可見智能小車具有較大的研究意義。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀智能車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。智能車輛駕駛是一種通用性術(shù)語，指全部或部分完成一項或多項駕駛?cè)蝿?wù)的綜合車輛技術(shù)。智能車輛的一個基本特征是在一定道路條件下實現(xiàn)全部或者部分的自動駕駛功能，下面簡單介紹國內(nèi)外智能小車研究的發(fā)展情況。（1）國外智能車輛研究現(xiàn)狀國外智能車輛的研究歷史較長，始于上世紀50年代。它的發(fā)展歷程大體可以分成三個階段：第一階段：20世紀50年代是智能車輛研究的初始階段。1954年美國Barrett Electronics 公司研究開發(fā)了世界上第一臺自主引導(dǎo)車系統(tǒng)AGVS（Automated Guided Vehicle System）。該系統(tǒng)只是一個運行在固定線路上的拖車式運貨平臺，但它卻具有了智能車輛最基本得特征即無人駕駛[2]。早期研制AGVS的目的是為了提高倉庫運輸?shù)淖詣踊?，?yīng)用領(lǐng)域僅局限于倉庫內(nèi)的物品運輸。隨著計算機的應(yīng)用和傳感技術(shù)的發(fā)展，智能車輛的研究不斷得到新的發(fā)展。第二階段：從80年代中后期開始，世界主要發(fā)達國家對智能車輛開展了卓有成效的研究。在歐洲，普羅米修斯項目于1986年開始了在這個領(lǐng)域的探索。在美洲，美國于1995年成立了國家自動高速公路系統(tǒng)聯(lián)盟（NAHSC），其目標之一就是研究發(fā)展智能車輛的可能性，并促進智能車輛技術(shù)進入實用化。在亞洲，日本于1996年成立了高速公路先進巡航/輔助駕駛研究會，主要目的是研究自動車輛導(dǎo)航的方法，促進日本智能車輛技術(shù)的整體進步。進入80年代中期，設(shè)計和制造智能車輛的浪潮席卷全世界，一大批世界著名的公司開始研制智能車輛平臺。第三階段：從90年代開始，智能車輛進入了深入、系統(tǒng)、大規(guī)模研究階段。最為突出的是，（Carnegie Mellon University）機器人研究所一共完成了Navlab系列的10臺自主車（Navlab1—Navlab10）的研究，取得了顯著的成就[2]。目前，智能車輛的發(fā)展正處于第三階段。這一階段的研究成果代表了當前國外智能車輛的主要發(fā)展方向。在世界科學界和工業(yè)設(shè)計界中，眾多的研究機構(gòu)研發(fā)的智能車輛具有代表性的有：德意志聯(lián)邦大學的研究：1985年，第一輛VaMoRs智能原型車輛在戶外高速公路上以100km/h的速度進行了測試，它使用了機器視覺來保證橫向和縱向的車輛控制。1988年，在都靈的PROMRTHEUS項目第一次委員會會議上，智能車輛維塔（VITA,7t）進行了展示，該車可以自動停車、行進，并可以向后車傳送相關(guān)駕駛信息。這兩種車輛都配備了UBM視覺系統(tǒng)[3]。這是一個雙目視覺系統(tǒng)，具有極高的穩(wěn)定性。荷蘭鹿特丹港口的研究：智能車輛的研究主要體現(xiàn)在工廠貨物的運輸。荷蘭的Combi road系統(tǒng)，采用無人駕駛的車輛來往返運輸貨物，它行駛的路面上采用了磁性導(dǎo)航參照物，并利用一個光陣列傳感器去探測障礙。荷蘭南部目前正在討論工業(yè)上利用這種系統(tǒng)的問題，政府正考慮已有的高速公路新建一條專用的車道，采用這種系統(tǒng)將貨物從鹿特丹運往各地。日本大阪大學的研究：大阪大學的Shirai實驗室所研制的智能小車，采用了航位推測系統(tǒng)（Dead Reckoning System），分別利用旋轉(zhuǎn)編碼器和電位計來獲取智能小車的轉(zhuǎn)向角，從而完成了智能小車的定位。另外，斯特拉斯堡實驗中心、英國國防部門的研究、美國卡內(nèi)基梅隆大學、奔馳公司、美國麻省理工學院、韓國理工大學對智能車輛也有較多的研究。（2）國內(nèi)智能車輛研究現(xiàn)狀相比于國外，我國開展智能車輛技術(shù)方面的研究起步較晚，開始于20世紀80年代。而且大多數(shù)研究處在于針對某個單項技術(shù)研究的階段。雖然我國在智能車輛技術(shù)方面的研究總體上落后于發(fā)達國家，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：中國第一汽車集團公司和國防科技大學機電工程與自動化學院與2003年研制成功我國第一輛自主駕駛轎車。該自主駕駛轎車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170km/h，并且具有超車功能，其總體技術(shù)性能和指標已經(jīng)達到世界先進水平。南京理工大學、北京理工大學、浙江大學、國防科技大學、該車裝有彩色攝像機、激光雷達、陀螺慣導(dǎo)定位等傳感器。計算機系統(tǒng)采用兩臺Sun10完成信息融合、路徑規(guī)劃，兩臺PC486完成路邊抽取識別和激光信息處理，8098單片機完成定位計算和車輛自動駕駛。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?！?guī)劃—執(zhí)行”算法，其直線跟蹤速度達到20km/h，避障速度達到510km/h。智能車輛研究也是智能交通系統(tǒng)ITS的關(guān)鍵技術(shù)。目前，國內(nèi)的許多高校和科研院所都在進行ITS關(guān)鍵技術(shù)、設(shè)備的研究。隨著ITS研究的興起，我國已形成一支ITS技術(shù)研究開發(fā)的技術(shù)專業(yè)隊伍。并且各交通、汽車企業(yè)越來越加大了對ITS及智能車輛技術(shù)研發(fā)的投入，整個社會的關(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)展計劃和2010年長期規(guī)劃。相信經(jīng)過相關(guān)領(lǐng)域的共同努力，我國ITS及智能車輛的技術(shù)水平一定會得到很大提高?？梢灶A(yù)計，我國飛速發(fā)展的經(jīng)濟實力將為智能車輛的研究提供一個更加廣闊的前景。我們要結(jié)合我國國情，在某一方面或某些方面，對智能車進行深入細致的研究，為它今后的發(fā)展及實際應(yīng)用打下堅實的基礎(chǔ)。 研究的內(nèi)容和方法本課題研究的內(nèi)容主要有以下幾個方面：根據(jù)系統(tǒng)功能的要求，進行系統(tǒng)的硬件與軟件的整體設(shè)計。選擇性價比最佳的器件來進行硬件設(shè)計，采用模塊化的軟件設(shè)計方法，使程序結(jié)構(gòu)清晰，可讀性強。系統(tǒng)硬件方面設(shè)計包括：外圍電路的合理設(shè)計。主要內(nèi)容有：核心控制模塊，電機驅(qū)動模塊，循跡模塊，避障模塊和遙控模塊的方案選擇與設(shè)計。系統(tǒng)軟件方面設(shè)計包括系統(tǒng)主程序，過程控制程序，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實現(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、各功能模塊的軟件設(shè)計與調(diào)試、系統(tǒng)整體電路與軟件調(diào)試。在滿足各項性能指標的前提下，不僅要考慮系統(tǒng)的易用性，還要降低成本，使其經(jīng)濟實用，確保在開發(fā)出的同類產(chǎn)品中具有競爭優(yōu)勢。2 系統(tǒng)方案設(shè)計 方案比較與選擇根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的要求來選擇符合要求的器件類型以及控制模式，本章主要討論核心控制單元，電機驅(qū)動單元，循跡單元，避障單元，測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編程控制器實現(xiàn)。FPGA可以實現(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)模實時系統(tǒng)的控制核心。由檢測模塊輸出的信號并行輸入FPGA，F(xiàn)PGA通過程序設(shè)計控制小車作出相應(yīng)的動作，但由于本設(shè)計對數(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，同時由于芯片的引腳較多，實物硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計和實際焊接的工作。方案二：采用單片機編程控制器實現(xiàn)。用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52單片機作為系統(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、低價格、高性能、多功能、大存儲容量、較強的I/O功能以及較好的結(jié)構(gòu)兼容性等優(yōu)點，是小型控制系統(tǒng)的首選。而且單片機算術(shù)運算功能強，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控制。本系統(tǒng)屬于小型控制系統(tǒng)，用單片機作為控制芯片非常合適，因此采用方案二。 電機驅(qū)動單元方案比較與選擇方案一：采用H型PWM全橋式驅(qū)動電路。通過PWM脈寬調(diào)制的方法，實現(xiàn)對小車速度的控制，這種調(diào)試方式的優(yōu)點是：調(diào)速特性優(yōu)良，調(diào)整平滑，調(diào)速范圍廣，能承受頻繁的負載沖擊。同時H型全橋式電路還可以保證進行簡單地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向控制，實現(xiàn)頻繁的快速啟動，制動和反轉(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。采用繼電器對電機的開、關(guān)進行控制，通過開關(guān)的切換對小車的速度進行調(diào)控。此方案的有點在于電路較為簡單，但其缺點是繼電器的響應(yīng)時間較長，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。使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制電機的電路結(jié)構(gòu)與原來簡單，成本較低，加速能力強，但其功率損耗大，特別當?shù)退俅筠D(zhuǎn)距運動時，通過電阻的電流大，發(fā)熱厲害，損耗大，不利于小車的長時間運行。綜合以上三種方案的優(yōu)缺點，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器。光敏電阻的阻值會隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。當光線照射在白色物體上時，光線反射強烈，當光線照射在黑色物體上面時，光線反射較弱。因此可以通過光敏電阻來檢測行進路上的黑線。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