智能小车毕业设计 - 图文

江西财经大学普通本科毕业论文（设计）

建一条专用的车道，采用这种系统将货物从鹿特丹运往各地。

日本大阪大学的研究：大阪大学的Shirai实验室所研制的智能小车，采用了航位推测系统（Dead Reckoning System），分别利用旋转编码器和电位计来获取智能小车的转向角，从而完成了智能小车的定位。

另外，斯特拉斯堡实验中心、英国国防部门的研究、美国卡内基梅隆大学、奔驰公司、美国麻省理工学院、韩国理工大学对智能车辆也有较多的研究。

（2）国内智能车辆研究现状

相比于国外，我国开展智能车辆技术方面的研究起步较晚，开始于20世纪80年代。而且大多数研究处在于针对某个单项技术研究的阶段。虽然我国在智能车辆技术方面的研究总体上落后于发达国家，并且存在一定得技术差距，但是我们也取得了一系列的成果，主要有：

中国第一汽车集团公司和国防科技大学机电工程与自动化学院与2003年研制成功我国第一辆自主驾驶轿车。该自主驾驶轿车在正常交通情况下的高速公路上，行驶的最高稳定速度为13km/h，最高峰值速度达170km/h，并且具有超车功能，其总体技术性能和指标已经达到世界先进水平。

南京理工大学、北京理工大学、浙江大学、国防科技大学、清华大学等多所院校联合研制了7B.8军用室外自主车，该车装有彩色摄像机、激光雷达、陀螺惯导定位等传感器。计算机系统采用两台Sun10完成信息融合、路径规划，两台PC486完成路边抽取识别和激光信息处理，8098单片机完成定位计算和车辆自动驾驶。其体系结构以水平式结构为主，采用传统的“感知—建模—规划—执行”算法，其直线跟踪速度达到20km/h，避障速度达到5-10km/h。

智能车辆研究也是智能交通系统ITS的关键技术。目前，国内的许多高校和科研院所都在进行ITS关键技术、设备的研究。随着ITS研究的兴起，我国已形成一支ITS技术研究开发的技术专业队伍。并且各交通、汽车企业越来越加大了对ITS及智能车辆技术研发的投入，整个社会的关注程度在不断提高。交通部已将ITS研究列入“十五”科技发展计划和2010年长期规划。相信经过相关领域的共同努力，我国ITS及智能车辆的技术水平一定会得到很大提高。

可以预计，我国飞速发展的经济实力将为智能车辆的研究提供一个更加广阔的前景。我们要结合我国国情，在某一方面或某些方面，对智能车进行

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深入细致的研究，为它今后的发展及实际应用打下坚实的基础。

1.3 研究的内容和方法

本课题研究的内容主要有以下几个方面：根据系统功能的要求，进行系统的硬件与软件的整体设计。选择性价比最佳的器件来进行硬件设计，采用模块化的软件设计方法，使程序结构清晰，可读性强。系统硬件方面设计包括：外围电路的合理设计。主要内容有：核心控制模块，电机驱动模块，循迹模块，避障模块和遥控模块的方案选择与设计。系统软件方面设计包括系统主程序，过程控制程序，外部中断程序等。

根据课题功能要求，本文采取以下研究步骤来实现：系统整体功能分析与可行性研究、划分功能模块、各功能模块的电路原理设计、各功能模块的软件设计与调试、系统整体电路与软件调试。在满足各项性能指标的前提下，不仅要考虑系统的易用性，还要降低成本，使其经济实用，确保在开发出的同类产品中具有竞争优势。

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2 系统方案设计

2.1 方案比较与选择

根据系统设计的要求来选择符合要求的器件类型以及控制模式，本章主要讨论核心控制单元，电机驱动单元，循迹单元，避障单元，测距单元和遥控单元方案的比较与选择。 2.1.1 核心控制单元方案比较与选择

方案一：采用FPGA编程控制器实现。FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，它将所有器件集成于一块芯片上，大大减小体积，提高了稳定性。FPGA采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统的控制核心。由检测模块输出的信号并行输入FPGA，FPGA通过程序设计控制小车作出相应的动作，但由于本设计对数据处理的速度要求不高，FPGA的高速处理的优势得不到充分体现，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同时由于芯片的引脚较多，实物硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。

方案二：采用单片机编程控制器实现。用ATMEL公司生产的AT89S52单片机作为系统控制器，在控制领域应用非常广泛，具有低电压、低功耗、低价格、高性能、多功能、大存储容量、较强的I/O功能以及较好的结构兼容性等优点，是小型控制系统的首选。而且单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制。

本系统属于小型控制系统，用单片机作为控制芯片非常合适，因此采用方案二。

2.1.2 电机驱动单元方案比较与选择

方案一：采用H型PWM全桥式驱动电路。通过PWM脉宽调制的方法，实现对小车速度的控制，这种调试方式的优点是：调速特性优良，调整平滑，调速范围广，能承受频繁的负载冲击。同时H型全桥式电路还可以保证进行简单地实现转速和方向控制，实现频繁的快速启动，制动和反转，是现今一种广泛采用的调速技术。

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方案二：采用继电器控制电机。采用继电器对电机的开、关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行调控。此方案的有点在于电路较为简单，但其缺点是继电器的响应时间较长，且易损坏，寿命短，可靠性低。

方案三：使用功率三极管组成的功率放大器控制电机。使用功率三极管作为功率放大器的输出控制电机的电路结构与原来简单，成本较低，加速能力强，但其功率损耗大，特别当低速大转距运动时，通过电阻的电流大，发热厉害，损耗大，不利于小车的长时间运行。

综合以上三种方案的优缺点，决定采用方案一。 2.1.3 循迹单元方案比较与选择

方案一：采用光敏电阻组成的光敏探测器。光敏电阻的阻值会随周围环境光线的变化而变化。当光线照射在白色物体上时，光线反射强烈，当光线照射在黑色物体上面时，光线反射较弱。因此可以通过光敏电阻来检测行进路上的黑线。但这种方案受光照影响较大，工作稳定性高。

方案二：采用反射式红外光电传感器。利用红外线在不同颜色的物体表面上具有不同的反射特性，小车在行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到非黑色地面时发生漫反射，反射光被接收管接收，当遇到黑色物质是，红外光被吸收，接收管接收不到红外光[4]。单片机可以根据是否接收到反射回来的红外光来确定黑线的位置，从而控制小车按黑线轨迹行走。反射性红外光点传感器的特点是尺寸小，使用方便，工作状态稳定，外围电路简单，因此本方案易于实现，可靠性高。

本设计采用方案二。 2.1.4 避障单元方案比较与选择

考虑到在避障过程中小车车速及反应速度的限制，小车应在距障碍物15CM的范围内做出反应，这样在顺利绕过障碍物后，可寻找到最佳的位置和方向。否则，如果范围太大，则可能产生对障碍物的判断失误；范围过小又很容易造成车身撞上障碍物或虽绕过障碍物却无法实现理想定向。根据上述要求，提出以下方案：

方案一：采用激光传感器探测障碍物。该传感器能非常准确地测出障碍物的存在，但价格高，处理复杂，不符合该设计的要求[5]。

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