基于arduino單片機的智能小車設(shè)計畢業(yè)論文(已修改)

　

【正文】 江海職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)位論文基于Arduino單片機的智能小車設(shè)計畢業(yè)論文第1頁江海職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)位論文目錄第一章 緒論 1 選題背景 1 智能小車研究現(xiàn)狀 2 課題主要內(nèi)容 4第二章 智能小車總體結(jié)構(gòu) 5 方案綜述 5 主控單元方案比較與選擇 5 避障單元方案比較與選擇 6 “小車”的必要的信息 7第三章 智能小車的觸覺、眼睛 8 智能小車內(nèi)部檢測原理 8 電機電流、電壓檢測 10 超聲波測距 11第四章 智能小車的腳 23 輪系結(jié)構(gòu)詳述 23 直流電機 H 橋驅(qū)動電路 26 電機控制信號……………………………………………………………………….…28第五章 智能小車的大腦 29 Arduino單片機簡介 29 Arduino單片機引腳簡介 30 Arduino編程軟件 33第六章 智能小車控制流程及程序 35 控制流程 35參考文獻 36致 謝 37第37頁第一章 緒論隨著科技進步，現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)發(fā)展越來越體現(xiàn)出機電一體化的特征。無論是在金屬加工、汽車技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)等等方面，機器設(shè)備表現(xiàn)了所謂智能化、集成化、小型化、高精度化的發(fā)展趨勢。 選題背景隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于汽車的研究也就越來越受人關(guān)注。全國電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目，全國各高校也都很重視該題目的研究。可見其研究意義很大。本設(shè)計就是在這樣的背景下提出的，指導(dǎo)教師已經(jīng)有充分的準(zhǔn)備。本題目是結(jié)合科研項目而確定的設(shè)計類課題。設(shè)計的智能電動小車應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)適應(yīng)能力，能自動避障，可以智能規(guī)劃路徑。智能化作為現(xiàn)代社會的新產(chǎn)物，是以后的發(fā)展方向，他可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個特定的環(huán)境里自動的運作，無需人為管理，便可以完成預(yù)期所要達到的或是更高的目標(biāo)。同遙控小車不同，遙控小車需要人為控制轉(zhuǎn)向、啟停和進退，比較先進的遙控車還能控制器速度。常見的模型小車，都屬于這類遙控車；智能小車，則可以通過計算機編程來實現(xiàn)其對行駛方向、啟停以及速度的控制，無需人工干預(yù)。操作員可以通過修改智能小車的計算機程序來改變它的行駛方向。因此，智能小車具有再編程的特性，是機器人的一種。中國自1978年把“智能模擬”作為國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃的主要研究課題，開始著力研究智能化。從概念的引進到實驗室研究的實現(xiàn)，再到現(xiàn)在高端領(lǐng)域（航天航空、軍事、勘探等）的應(yīng)用，這一過程為智能化的全面發(fā)展奠定基石。智能化全面的發(fā)展是實現(xiàn)其對資源的合理充分利用，以盡可能少的投入得到最大的收益，大大提高工業(yè)生產(chǎn)的效率，實現(xiàn)現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)水平從自動化向智能化升級，實現(xiàn)當(dāng)今智能化發(fā)展由高端向大眾普及。從先前的模擬電路設(shè)計，到數(shù)字電路設(shè)計，再到現(xiàn)在的集成芯片的應(yīng)用，各種能實現(xiàn)同樣功能的元件越來越小為智能化產(chǎn)物的生成奠定了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。智能小車，是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策，自動行駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，它集中地運用了計算機、傳感、信息、通信、導(dǎo)航、人工智能及自動控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。 智能小車研究現(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，下面簡單介紹一下國內(nèi)外智能小車研究的發(fā)展情況。 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。早期研制AGVS的目的是為了提高倉庫運輸?shù)淖詣踊剑瑧?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(biāo)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。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(dāng)前國外智能車輛的主要發(fā)展方向。在世界科學(xué)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(xué)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)。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(xué)的研究 大阪大學(xué)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(xué)、奔馳公司、美國麻省理工學(xué)院、韓國理工大學(xué)對智能車輛也有較多的研究。 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：（1）中國第一汽車集團公司和國防科技大學(xué)機電工程與自動化學(xué)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(biāo)已經(jīng)達到世界先進水平。（2）南京理工大學(xué)、北京理工大學(xué)、浙江大學(xué)、國防科技大學(xué)、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“感知建模規(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。可以預(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)。 課題主要內(nèi)容本課題南京嵌入之夢工作室的fira智能小車平臺，選擇通用、價廉的Arduino單片機為控制平臺，通過細化設(shè)計要求，結(jié)合傳感器技術(shù)和電機控制技術(shù)相關(guān)知識實現(xiàn)小車的各種功能。設(shè)計完成以由超聲波測距、自動避障組成的硬件模塊結(jié)合軟件設(shè)計組成多功能智能小車，共同實現(xiàn)小車的前進倒退、轉(zhuǎn)向行駛，自動根據(jù)超聲波檢測前方障礙物距離，進行導(dǎo)航，檢測障礙物后停止等功能，實現(xiàn)智能控制，達到設(shè)計目標(biāo)。 小車外形圖第二章 智能小車總體結(jié)構(gòu) 方案綜述本課題