51智能小车论文开题报告Word文档格式.docx
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学生姓名
专业班级
电子信息工程
指导教师
开题时间
课题名称
基于51单片机的循迹避障小车的设计
研究目的和意义
1〕研究目的：
随着汽车工业的迅速开展，其与电子信息产业的融合速度也显著提高，汽车开始向电子化、多媒体化和智能化方向开展，使其不仅作为一种代步工具、同时能具有交通、娱乐、办公和通讯等多种功能。
为了适应机电一体化的开展在汽车智能化方向的开展要求，提出简易智能小车的设想。
现智能小车开展很快，从智能玩具到其它各行业都有实质成果。
其根本可实现循迹、避障、检测贴片、寻光入库、避崖等根本功能。
目的在于：
通过独立设计并制作一辆具有简单智能化的简易小车，获得工程整体设计的能力，并掌握多通道多样化传感器综合控制的方法。
设计的智能电动小车应该能够具有自动寻迹、避障等功能。
1〕研究意义：
1、加深课堂上的学习
由于单片机教学例子有限，因此，单片机智能车能综合学生课堂上的知识来实践，使学习者更好的了解单片机的开展。
通过此次的单片机循迹避障小车制作，使学生从理论到实践，初步体会单片机工程的设计、制作、调试和成功完成工程的过程及困难，以此学会用理论联系实际。
通过对实践中出现的缺乏与学习来补充教学上的盲点。
2、从理论转为实际运用
智能汽车是一种高新技术密集的新型汽车，是在网络环境下利用信息技术、智能控制技术、自动控制、模式识别、传感器技术、汽车电子、电气、计算机和机械等多个学科的最新科技成果，使汽车具有自动识别行驶道路、自动驾驶等先进功能.随着控制技术、计算机技术和信息技术的开展,智能车在工业生产和日常生活中已经扮演了非常重要的角色.近年来，智能车在野外、道路、现代物流及柔性制造系统中都有广泛运用，已成为人工智能领域研究和开展的热点。
研究内容：
1〕系统设计：
小车采用后轮驱动，左右后轮各用一个直流减速电机驱动，通过调制后面两个轮子的转速从而到达控制转向的目的在车体前局部别装有左中右三或者两个红外反射式传感器，当小车左边的传感器检测到黑线时，说明小车车头向右边偏移，这时主控芯片控制左轮电机减速，车体向左边修正，同理当小车的右边传感器检测到黑线时，主控芯片控制右轮电机减速，车体向右边修正当黑线在车体的中间，中间的传感器一直检测到黑线，这样小车就会沿着黑线一直行走。
当小车遇到前方有障碍物时，立马停止前进。
2〕硬件设计：
本次设计的主控芯片选择为STC89C52，STC89C52是一种低功耗高性能8位微控制器，具有8K的系统可编程Flash存储器，使用高密度非易失性存储器技术制造，与80C51产品指令和引脚完全兼容，片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在线系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活超有效的解决方案。
电机驱动模块的设计
电机采用直流减速电机，直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。
我们选择了后面两轮驱动，前面万向轮转向的小车，即后左右轮分别用两个转速和力矩根本完全相同的直流减速电机进行驱动，车头前部装一个万向轮这样，当我们通过I/O口控制两个直流减速电机的转速和转向时就可以实现小车的左转右转和直行
驱动模块采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片，L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，其响应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，并通过程序对电机进行PWM调速。
寻迹模块我们可以用光敏电阻组成，光敏电阻的阻值可以跟随周围环境光线的变化而变化当光线照射到白线上面时，光线发射强烈，光线照射到黑线上面时，光线发射较弱，因此当光敏电阻在白线和黑线上方时，阻值会发生明显的变化将阻值的变化值经过比拟器就可以输出上下电平，并在程序中进行处理，实现小车行驶方向的控制。
避障传感器根本原理，和循迹传感器工作原理根本相同，利用物体的反射性质在
一定范围内，如果没有障碍物，发射出去的红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱，最后消失。
如果有障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到达传感器接收头。
传感器检测到这一信号，就可以确认正前方有障碍物，并送给单片机，单片机进行一系列的处理分析，协调小车两轮工作，完成躲避障碍物的动作。
研究方法和技术路线：
控制电路主要由一片单片机组成。
STC89C52主要实现对路面黑线的检测，以纠正小车的行走方向;
以及控制小车匀速行驶。
主要运用单片机STC89C52的知识，模电的相关知识和了解感光循迹传感器的工作原理。
预期目标：
1）定好主体设计思路。
2）实现小车PWM调速。
3）能感知黑线，循迹前进，不断的调整方向。
4）能识别前方的障碍物并做出判断。
进展方案：
1、2021年9月22日：
学生确定选题后，学生和指导教师主动联系，指导教师下达毕
业论文任务书给相应的学生。
2、2021年11月23日—2021年12月22日：
进行课题调研和资料查阅，了解与论文
相关的背景资料，在老师的指导下完成开题报告和文献综述的写作。
3、2021年5月1日前：
完成论文初稿，打印出论文初稿，并将其送指导老师审阅。
如假设不合格，作者要根据指导老师评阅意见对论文进行修改和完善。
4、2021年5月10日前：
完成论文格式审查，上交定稿论文。
5、2021年5月22日—5月30日：
完成论文辩论及优秀毕业论文推荐工作。
指导教师意见：
指导教师签字：
2021年10月22日
备注：
文献综述
班级姓名学号
智能化作为现代社会的新产物，是以后的开展方向，它可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要到达的或是更高的目标。
智能小车，也称轮式机器人，是一种以汽车电子为背景，涵盖控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多科学的科技创意性设计，一般主要路径识别、速度采集、角度控制及车速控制等模块组成。
智能小车运用直流电机对小车进行速度和正反方向的运动控制，运用直流电机对小车进行速度和正反方向的运动控制，通过单片机来控制直流电机的工作，从而实现对整个小车系统的运动控制。
智能小车就是通过传感采集信号，将采集到的信号进行整理，传输给单片机，通过单片机编程控制小车做出智能反响，集合了传感器技术，和自动控制技术[1]。
2.正文
智能车辆是集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，是智能交通系统的一个重要组成局部。
它在军事、民用、太空开发等领域有着广泛的应用前景。
本次设计对智能小车的控制系统进行了初步研究，设计实现循迹避障的智能小车控制系统。
随着人工智能技术、计算机技术、自动控制技术的迅速开展，智能控制必将迎来它的开展新时代。
机器人领域近几年有如下几个开展趋势：
〔1〕性价比逐步提高，性能不断提高〔高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修〕，而单价不断下降。
〔2〕工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向开展，便于标准化、网络化。
同时，器件集成度提高。
从而，大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维护性。
〔3〕传感器的作用日益重要，除传统的位置、速度、加速度等传感器外，视觉、声觉、力觉、触觉等多种传感器的融合技术已用来进行环境建模及决策控制。
〔4〕虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演开展到用于过程控制，如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操作机器人。
〔5〕当代遥控机器人系统的开展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的操作系统，使智能机器人走出实验室走入实用化阶段。
2.1主控系统
方案1：
采用可编程逻辑器件CPLD作为控制器。
CPLD可以实现各种复杂的逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO资源丰富、易于进行功能扩展。
采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合为大规模控制系统的控制核心[3]。
但本设计不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度要求也不是非常高。
且从使用及经济角度考虑我放弃了此方案。
方案2：
采用51单片机作为整个系统的核心，用其控制行进中的小车，以实现其既定的性能指标。
充分分析我们的系统，其关键在于实现小车的自动控制，而在这一点上，单片机就显现出来它的优势——控制简单、方便、快捷。
这样一来，单片机就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点。
因此，这种方案是一种较为理想的方案[4]。
2.2电机驱动模块
采用继电器对电机得开或关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行调，此方案优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢、易损坏、寿命较短，可靠性不高。
放弃此方案。
采用专用芯片L298作为电机驱动芯片。
L298是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，一片L298可以控制两个直流电机，而且还带有控制使能端，能够控制电机的转向和速度，用该芯片作为小车的电机驱动能够很好的控制小车，操作方便，稳定性好，性能优良[5]。
因此我选择此方案。
2.3电机选择
采用步进电机作为该系统的驱动电机。
由于其转过的角度可以精确的定位，可以实现小车前进路程和未知的精确定位。
虽然采用步进电机有诸多有点，但步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适用于对小车有一定速度要求的系统[6]。
经考虑比拟后，我放弃此方案。
采用小型直流减速电机。
直流减速电机转动力矩大，转动速度较快，体积小，重量轻，装配简单，使用方便，满足此次设计要求。
2.4避障模块
采用一只红外对管置于小车中央。
其安装简易，也可以检测到障碍物的存在，但难以确定小车在水平方向上是否会与障碍物相撞，也不易让小车做出精确的转向反响。
采用二只红外对管分别置于小车的前端两侧，方向与小车前进方向平行，对小车与障碍物相对距离和方位能作出较为准确的判别和及时反响[7]。
方案3：
采用一只红外对管置于小车右侧。
通过测试此种方案就能很好的实现小车避开障碍物，且充分的利用资源而不浪费。
综合考虑，本设计选择方案二。
2.5循迹模块
采用简易光电传感器结合外围电路探测，但实际效果并不理想，对行驶过程中的稳定性要求很高，且误测几率较大、易受光线环境和路面介质影响。
在使用过程极易出现问题，而且容易因为该部件造成整个系统的不稳定。
故最终未采用该方案。
采用两只红外对管，分别置于小车车身前轨道的两侧，根据两只光电开关接受到白线与黑线的情况来控制小车转向来调整车向，测试说明，只要合理安装好两只光电开关的位置就可以很好的实现循迹的功能。
采用三只红外对管，一只置于轨道中间，两只置于轨道外侧，当小车脱离轨道时，即当置于中间的一只光电开关脱离轨道时，等待外面任一只检测到黑线后，做出相应的转向调整，直到中间的光电开关重新检测到黑线〔即回到轨道〕再恢复正向行驶[8]。
现场实测说明，小车在寻迹过程中有一定的左右摇摆不定，虽然可以正确的循迹但其本钱与稳定性都次于第二种方案。
3总结
智能小车的研究、开发和应用涉及传感技术、电气技术、电气控制技术、智能控制等学科，智能控制技术是一门跨科学的综合性技术，当代研究十分活泼，应用日益广泛的领域。
智能作为现代社会的新产物，是以后的开展方向，它可以按照预先设定的模块在一个特定的环境里自动的运行，可运用于科学勘探等用途，无需人为的管理，便可以完成预期所要到达的或更高的目标。
智能机器人正在代替人们完成这些任务，凡不宜有人直接承当的任务，均可由智能机器人代替，可以适应不同环境，不受温度、湿度等条件的影响，完成危险地段，人类无法介入等特殊情况下的任务，智能小车就是其中的一个表达。
对于智能小车研究还可以从以下方向展开：
在小车上装摄像头进行实时视频监控采集，通过无线传给远端的主机，主机可以发送命令给小车，执行相应的动作等等。
还可以扩展其他的模块。
就可以广泛的应用于科学研究、地质勘探、危险搜索、智能救援等。
参考文献
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高等教育出版社，1983.10.
[17]沙占友.单片机外围电路设计[M].北京：
电子工业出版社，2003
中期检查表
学号
题目
分量〔字数〕
3244
参考文献量〔篇〕
17
近5年文献量〔篇〕
5
论文〔设计〕选题
课题性质[1]
C
课题来源[2]
A
标准化要求
有无任务书
有
有无开题报告
方案有无调整
进展情况
实验及论文初稿完成情况
学生工作日志进程记载情况
良好
指导情况
指导频次
一周两次
指导方式
面授
前期
工作
小结
论文前期工作主要完成了论文的选题，已及查阅大量与论文有关的文献，通过所参考的文献确定论文的实现方案。
在理论上验证其可行性之后，再通过实验去验证，最后进入论文的写作和谋篇布局。
对院〔系〕工作的意见和建议
院系在学生论文写作过程给予学生很多理论指导同时，要加强一下学生动手实践的能力，鼓励学生在实验过程中完成论文的写作已及心得的体会。
以上栏目由学生填写；
以下栏目由指导教师和检查小组填写
份量
难易度
质量
选题
性质
难易度及创意
开题报告质量
学生工作日志
□完整真实□一般□差
实验及上机
原始记载
□原始标准□有记载□较差
工作进度
□提前□正常□滞后
工作态度
□认真□一般□较差
接受指导
□主动□一般□被动
前期工作质量
□好□一般□较差
存在的问题与建议
指导教师〔签名〕：
2021年5月15日
检查
组意见
检查组组长〔签名〕：
2021年5月15日
注[1]:
A、根底和理论类；
B、调研类；
C、实验类；
D、应用计算机类；
E、其它
[2]:
A、教师科研课题；
B、教师题目；
C、学生题目；
D、其他
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