智能小车优秀毕业论文.doc
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智能小车优秀毕业论文.doc
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长春理工大学本科毕业设计
编号
本科生毕业设计
基于单片机的智能小车设计
TheDesignofIntelligentVehicleBasedonMCU
学生姓名
xxx
专业
自动化
学号
xxx
指导教师
xxx
学院
电子信息工程
二〇一三年六月
37
长春理工大学本科毕业设计
毕业设计原创承诺书
1.本人承诺:
所呈交的毕业设计(论文)《基于单片机的智能小车设计》,是认真学习理解学校的《长春理工大学本科毕业设计(论文)工作条例》后,在教师的指导下,保质保量独立地完成了任务书中规定的内容,不弄虚作假,不抄袭别人的工作内容。
2.本人在毕业设计(论文)中引用他人的观点和研究成果,均在文中加以注释或以参考文献形式列出,对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体均已在文中注明。
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以上承诺的法律结果将完全由本人承担!
作者签名:
年月日
摘要
随着我国高科技水平的不断提高和工业自动化进程的不断推进,智能车被广泛应用于各种玩具和其他产品的设计中,极大地丰富了人们的生活。
本文基于ATmega16单片机设计了一种智能循迹避障小车,由电源模块、红外传感器模块、电机驱动模块、调试模块和MCU模块组成。
利用红外对管和超声波检测黑线与障碍物,当左边的红外对管检测到黑线时,小车往左边偏转,右边的红外对管检测到黑线时,小车往右边偏转。
以ATmega16单片机为控制芯片控制电动小车的速度及转向,从而实现自动循迹避障的功能。
其中小车驱动由L298N驱动电路完成,速度由单片机控制。
关键词:
智能小车单片机自动循迹避障
Abstract
Withtheincreasinglevelsofhigh-techandindustrialautomationprocessprogresses,theintelligentvehicleiswidelyusedtoallkindsoftoysandanotherproduction’sdevise.Itisgreatlyenrichedthelifeofthepeople.
BasedonATmega16microcontroller,thispaperisaboutadesignofintelligenttracking-avoidancecar,whichisconsistofthepowersupplymodule,infraredsensormodule,themotordrivemodule,debugmoduleandtheMCUmodules.Usinginfraredandultrasonictestingonthetubeblacklineandtheobstacle,whenleftonthetubedetectsinfraredblackline,thecardeflectedtotheleft,therightofinfraredtubeblacklineisdetected,thecartotherightdeflection.ATmega16microcontrollerforthecontrolchiptocontrolthespeedandsteeringelectriccar,enablingautomatictrackingavoidancefunction.WhichcarisdrivenbyL298Ndrivercircuitcompleted,thespeedcontrolledbytheMCU.
Keywords:
IntelligentVehicle;MCU;automatictracking;obstacleavoidance
目录
摘要 I
ABSTRACT II
目录 III
第1章绪论 1
1.1引言 1
1.2课题研究目的及意义 1
1.3课题研究现状及发展趋势 2
1.4本文的主要工作 3
第2章小车的总体方案设计 4
2.1设计思路 4
2.2小车循迹避障传感器的选型 6
2.3小车循迹避障设计方案 8
第3章小车的硬件电路设计 9
3.1单片机的选型 10
3.2小车的硬件电路设计 14
第4章小车的软件设计 19
4.1主程序设计及流程图 19
4.2避障子程序设计及流程图 20
4.3循迹子程序设计及流程图 21
结论 22
参考文献 23
致谢 24
附录1系统电路图 25
附录2智能循迹壁障小车完整程序 27
第1章绪论
1.1引言
智能,在科技高速发展的今天,已成为一个引领时尚前沿的代名词,智能手机,智能机器人等等已经在工业,军事中得到广泛的作用,在不为人们所熟知的领域,如深海探测,航空航天,地质勘探,智能也发挥着举足轻重的作用[1]。
智能车是一个集环境感知、规划决策和多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统。
整个系统设计集中运用了自动化控制、传感技术、导航、电子、电气、PC机、机械、人工智能等多个学科的知识[2],是典型的高新技术综合体。
以后智能机器人的应用领域会愈发广泛,如在航天航空技术、海洋能源开发技术、微电子技术、制造与维修技术、农业自动化、生物医学等领域会有很大的突破和进展。
能自动识别道路并完成相关任务是对一类专业机器人的基本要求,本文主要研究的是以AtmelMega16芯片为核心控制核心的智能车。
由电源模块、红外传感器模块、电机驱动模块、调试模块和MCU模块组成,主要通过红外对管及超声波收集的信息实现智能循迹与避障。
1.2课题研究目的及意义
自第一台工业机器人诞生[3]以来,机器人的发展已经遍及机械、电子、冶金、交通、宇航、国防等领域。
近年来机器人的智能水平不断提高,并且迅速地改变着人们的生活方式。
人们在不断探讨、改造、认识自然的过程中,制造能替代人工作的机器一直是人类的梦想。
其中智能小车可以作为机器人的典型代表。
其需要实现自动避障功能就必须要感知障碍物,实现自动识别路线,选择正确的行进路线,使用传感器感知路线并做出判断和相应的执行动作。
智能小车设计与开发涉及控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等多个学科。
它可以分为三大部分:
传感器检测部分,执行部分,CPU。
现代智能小车发展很快,从智能玩具到各行业都有实质成果,其基本可实现循迹、避障功能等基本功能。
日本目前投入市场的不再是高性能的工业机器人,微型机器人汽车也正在逐步的进入市场。
日前由日本科研人员研发的两款微型机器人汽车与大众见面,汽车内安装有最尖端的视觉识别系统,通过内部的摄像头与传感器能够使小车自动识别障碍物,从而避免碰撞,并判断小车与障碍物之间的距离。
目前研究人员已经将小车的这种自动识别系统应用到汽车工业领域去,这将为陷入低靡的汽车行业注入新的活力[4]。
随着计算机、自动控制、微电子技术、人工智能、虚拟现实、微纳米技术、仿生学、材料等相关学科领域的发展,避障循迹小车可以通过自动感知引导线以及躲避障碍物在工作中取代人力运输,节省人力以及成本。
智能车辆是一个运用计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术实现环境感知、规划决策和自动行驶为一体的高新技术综合体。
此类机器人以后对我们的研究和生活定会发挥至关重要的作用,在以后对车辆的自动驾驶,飞船的自动航行模式及深海自动探测有很大的研究价值。
1.3课题研究现状及发展趋势
智能小车,也就是轮式机器人,主要有口令识别与语音合成、机器人自定位、动态随机避障、多传感器信息融合、实时自适应导航控制等功能[4-7]。
现在智能小车发展很快,从智能玩具到其它各行业都有实质成果。
其基本可实现循迹、避障、检测贴片、寻光入库、避崖等基本功能,这几年的电子设计大赛智能小车又在向声控系统发展。
比较出名的飞思卡尔智能小车更是走在前列。
2011-2012年世界智能机器人研究取得了新进展。
美国研制出受伤后可自行调整的机器人,英国设计出吃苍蝇老鼠的机器人家具,法国研发出“儿童机器人”,欧洲研发出超级机器人,能预知人类意图等。
,这些都与我们的生活息息相关,给我们的生活带来了极大地方便。
我国一直比较重视智能机器人的研究,国家“863”智能机器人专家组将智能机器人的研究作为今后发展的重点。
许多大专院校和科研机构都在着手智能机器人的研究和开发工作,相继几所高校进行了这方面的研究并取得了一定的成果,如沈阳自动化所的AGV小车,上海大学的导购机器人和哈工大研究所的导游机器人,清华大学智能技术与系统国家重点实验室研制的THMR系列微型移动车,整个系统包括摄像机,磁罗盘,差分GPS,电子地图等车载设备,保证了移动车控制系统能够实现自主驾驶与辅助驾驶。
除此之外,以哈尔滨工业大学为首的众多高校也先后在“机器人足球赛”“机器人起重大赛”这些具有国际水平的人工智能竞赛中取得优异的成绩[8]。
此次设计的智能车可以作为机器人的典型代表,主要实现循迹和避障两个功能。
该智能小车可以作为机器人的典型代表。
它可以分为四大组成部分:
传感器检测部分、执行部分、工作状态显示部分、CPU。
机器人要实现自动避障功能,还可以扩展循迹等功能,感知导引线和障碍物。
可以实现小车自动识别路线,选择正确的行进路线,并检测到障碍物自动躲避。
基于上述要求,传感检测部分考虑到小车一般不需要感知清晰的图像,只要求粗略感知即可,所以可以舍弃昂贵的CCD传感器而考虑使用价廉物美的红外反射式传感器来充当。
智能小车的执行部分,是由直流电机来充当的,主要控制小车的行进方向和速度。
单片机驱动直流电机一般有两种方案:
第一,勿需占用单片机资源,直接选择有PWM功能的单片机,这样可以实现精确调速;第二,可以由软件模拟PWM输出调制,需要占用单片机资源,难以精确调速,但单片机型号的选择余地较大。
考虑到实际情况,本文选择第二种方案。
CPU使用Mega16单片机,配合软件编程实现。
1.4本文的主要工作
本文研究的是小车的避障及循迹,主要包括以下2个部分:
(1)以Mega16单片机为中央处理器,对硬件电路进行设计和改进,使其功能更加完善。
系统硬件电路主要分为CPU、电源模块、循迹模块、避障模块、显示模块、外围辅助模块六部分。
(2)系统的软件编制。
按照软件实现的功能,主要分为主程序、初始化子程序、信息采集子程序、信息分析及处理子程序、运动控制子程序、工作状态显示子程序。
在程序的编写过程中,加入了详细的文字注释,便于后期的改进与维护。
第2章小车的总体方案设计
2.1设计思路
2.1.1小车循迹避障的结构
本文所述小车采用RP5大功率坦克车体,它采用带电感的大扭力280马达,组合斜齿+金属齿,形成大扭力、低噪音底盘系统,具有动力性能强、底盘稳定性高、可原地转圈
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