【正文】 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書(shū) 本人完全了解關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸所擁有。 圖書(shū)分類號(hào)： 密 級(jí)： 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 高新能循跡小車 THE DESIGN OF THE HIGH PERFORMANCE SELFTRACING INTELLIGENT CAR 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) I 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。 本人完全意識(shí)到 本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) II 摘要 智能循跡小車其實(shí)就是移動(dòng)型機(jī)器人大家族中的一員，這種智能機(jī)器人能夠避免外界周圍環(huán)境的影響，例如可以忽略重力、熱度、有無(wú)氧氣等條件的作用，所以它能夠在一定環(huán)境下代替人類完成人類自身無(wú)法完成的工作，例如外星球探測(cè)、海底探險(xiǎn)、排雷、防恐防暴，可以說(shuō)在軍事和商業(yè)領(lǐng)域有著光明的應(yīng)用前景。 本課題是在單片機(jī)控制的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單的小車系統(tǒng)，著重說(shuō)明了循跡小車系統(tǒng)的軟件和硬件設(shè)計(jì)及其構(gòu)成的方法。在本研究課題中，采用模塊化和自上而下的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)小車系統(tǒng)的硬件和軟件的模塊化，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了、靈活，可根據(jù)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題進(jìn)行適當(dāng)?shù)哪K增減。 3． 1． 1 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) ....................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 3． 2． 1 驅(qū)動(dòng)原理 ................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 3． 4． 3 循跡模塊工作原理 ................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 基于 PID 算法的速度方向控制 .......................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 5 工作總結(jié) ...................................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽?，F(xiàn)在，世界上很多國(guó)家都在智能車輛領(lǐng)域進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。智能小車具有環(huán)境感知的能力，規(guī)劃決策的能力和多級(jí)輔助的駕駛能力，其主要優(yōu)點(diǎn)是在較為復(fù)雜的道路情況下，自動(dòng)駕駛車輛能夠沿著指定的道路行駛，非常適合在人類無(wú)法活動(dòng)的環(huán)境中工作。因?yàn)橹悄苄≤囋诓煌h(huán)境下進(jìn)行檢測(cè)的同時(shí)，必須要對(duì)其自身所處的復(fù)雜環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)控制，所以就需要一個(gè)強(qiáng)大的軟硬件平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)智能化的要求。例如，在日常生活中，智能小車可以替代導(dǎo)盲犬解決盲人的行走問(wèn)題；在軍事中，智能小車可以讓人類能在非常危險(xiǎn)地帶完成像排雷、偵察等任務(wù)；在工業(yè)中，智能小車可以在一定程度上幫助人類在復(fù)雜環(huán)境中完成貨物搬運(yùn)、設(shè)備檢測(cè)等任務(wù)；在科學(xué)研究方面，智能小車甚至可以在外星球完成勘探采樣等任務(wù)。并且對(duì)于機(jī)器人的分類，國(guó)際上也沒(méi)有統(tǒng)一的意見(jiàn)，我國(guó)將機(jī)器人分為兩類：即特種機(jī)器人和工業(yè)機(jī)器人 。智能小車在軍事活動(dòng)中的應(yīng)用則更加典型和廣泛。 本課題研究目的和意義 本課題研究的是“高性能循跡小車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”，希望智能小車上的系統(tǒng)應(yīng)用于解決現(xiàn)實(shí)中問(wèn)題。隨著自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展和生產(chǎn)工藝提高，智能小車已經(jīng)開(kāi)始在不同領(lǐng)域解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題：智能小車的研究有利于自動(dòng)行駛車輛的研究。因此，智能駕駛車輛將是今后汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。智能小車技術(shù)正在逐漸的融入我們的社會(huì)，必將發(fā)揮更加大的作用。在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，智能小車已經(jīng)被用來(lái)幫助身體殘疾人，通過(guò)人體和智能小車相互感應(yīng)，幫助殘疾人執(zhí)行日?；顒?dòng)。 綜上所述，開(kāi)發(fā)和研究智能、安全和靈敏度高的智能小車已經(jīng)成為各國(guó)各界不斷追逐的目標(biāo)。 國(guó)內(nèi)外智能車的發(fā)展現(xiàn)狀 ． 研制智能小車大致經(jīng)過(guò)三個(gè)階段： 第一階段就是可編程的示教再現(xiàn)型智能小車。 第三個(gè)階段是具有感知外界環(huán)境與對(duì)象物能力的智能小車，該智能小車可以對(duì)復(fù)雜的路面信息進(jìn)行準(zhǔn)確處理運(yùn)算，有能力對(duì)自己的下 一步行為做出自主決策的智能小車。 Volvo的瑞典公司于 1974年研制出了一種可裝載的 AGVS的轎車車體，并由多臺(tái)該種AGVS組裝成了汽 車裝配線，并且代替了了拖車和叉車等傳統(tǒng)應(yīng)用運(yùn)輸工具。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 4 1995年美國(guó)組建了國(guó)家自動(dòng)高速公路系統(tǒng)聯(lián)盟，它的主要目標(biāo)就是研 究開(kāi)發(fā)智能車輛，并希望快速投入到實(shí)際的生產(chǎn)生活中去。目前，尼桑公司和三菱公司一起公布了其近期研制的防撞設(shè)備，其前方防撞和 車道偏離有望在 1至 2年內(nèi)實(shí)現(xiàn)。 1． 4． 2國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 我國(guó)各大學(xué)也廣泛地開(kāi)展智能小車方面的研究，清華大學(xué)的汽車研究所是我國(guó)最早成立的主要研究智能汽車以及智能交通的研究單位之一，在自主避撞、汽車導(dǎo)航、車載微機(jī)等領(lǐng)域有深入而廣泛 的研究。國(guó)防科技大學(xué)和中國(guó)第一汽集團(tuán)共同研制了 CITAVT型自主引導(dǎo)車，并也已經(jīng)開(kāi)發(fā)到第四代，這種型號(hào)的智能車在長(zhǎng)沙市環(huán)城公路上進(jìn)行了自主試驗(yàn)，最高時(shí)速可高達(dá) 75． 6 km／ h，且具備超車功能。 20xx起，我國(guó)舉辦了“飛思卡爾”全國(guó)智能小車競(jìng)賽，該賽事是在飛思卡爾半導(dǎo)體公司資助下，由教育部高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)主辦。第二，在控制系統(tǒng)方面，網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和傳輸速度的不斷提高，涌畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 現(xiàn)出了基于網(wǎng)絡(luò)傳輸信號(hào)系統(tǒng)控制的智能小車，而不再是以前一成不變的“單機(jī)式”控制模式。 (3)智能循跡小車軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是循跡的設(shè)計(jì)，采用信息融合算法將多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。 3）智能循跡小車紅外對(duì)射二極管傳感器采用新的檢測(cè)黑線的方法，通過(guò)對(duì)電容通放電的時(shí)間的計(jì)算，來(lái)獲得智能小車與黑線的相對(duì)位置關(guān)系信息，更快、更準(zhǔn)確。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 塊采用 H橋驅(qū)動(dòng)模塊即 L298N直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，可以同時(shí)驅(qū)動(dòng) 2路直流電機(jī)。 單 片 機(jī) 主 控紅 外 循 跡 模 塊 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 模 塊 圖 21 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 2． 2主控方案 按照本研究課題的要求，小車的紅外傳感器對(duì)路面的軌跡的信息進(jìn)行采集，并將檢測(cè)到信息傳送給控制器，然后由控制器做出正確的處理，將其控制信號(hào)傳送給電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊，從而實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)循跡功能。然而 CPLD在控制上和單片機(jī)相比有較大的劣勢(shì)。 方案二：選用用單片機(jī)來(lái)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制 核心，用以對(duì)小車的行走進(jìn)行控制，以達(dá)到小車的性能指標(biāo)。 本課題設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：多數(shù)字量輸入，程序控制復(fù)雜，必須擅長(zhǎng)處理多數(shù)字量，但不能用精簡(jiǎn) M3口與程序存儲(chǔ)器的小體積單片機(jī)， D／ A、 A／ D功能也不必需要。此種方案的優(yōu)點(diǎn)是電路很簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)的時(shí)間長(zhǎng)，壽命較短，易損壞，可靠性不耐。更為主要的問(wèn)題因?yàn)橐话愕碾妱?dòng)機(jī)電阻很小，導(dǎo)致電流很大，分壓不僅會(huì)導(dǎo)致效率降低，而且實(shí)現(xiàn)起來(lái)相當(dāng)困難。利用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使其工作在占空比可調(diào)的特性，精準(zhǔn)調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。目前市面上有很多此種類似芯片用于電機(jī)控制電路，我們選用了L298N，如圖 2． 3所示。紅外發(fā)射管發(fā)出紅外線，當(dāng)發(fā)出的紅外線照射到白色物體的表面后就會(huì)被反射，如果紅外接收管接收到反射回來(lái)的紅外線則就表示檢測(cè)到白線，再通過(guò)相應(yīng)電路輸出低電平，若接收不到反射回的紅外線則表示檢測(cè)到的是黑線，再相應(yīng)的電路輸出高電平。 圖 25 四路循跡避障模塊 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 9 5． 2不足與展望 本文對(duì)智能小車控制循跡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做了初步的研究，并將 PC控制技術(shù)與遙控技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了智能小車的自主循跡、基于 PC的人工控制與 PC可視化繪跡，達(dá)到了預(yù)期效果。 while(t)。 //黑線位置 right4=m0。 TL0=(6553666)%256。 ENA=1。 if(i=Duty_left) ENA=1。} if(j=Duty_right) ENB=1。} TH0=(6553666)/256。 IN1=0。 } // void turn_right()//右轉(zhuǎn)，賦值 { Duty_left =turn_speed_left。 IN3=0。 //鑒于左右輪電機(jī)內(nèi)部阻力不同，故占空比取不同值，這組值需要單獨(dú)寫程序取值 IN1=1。 }