【《基于单片机的智能小车的设计与实现研究（论文）》11000字】.docx

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1、基于单片机的智能小车的设计与实现目录1引言111研究背景112研究意义及目的11.3国内外研究现状21.3.1 国外研究现状21.3.2 国内研究现状214丰要内容和章节安排32 .智能小车设计方案42.1 硬件整体设计42.1.1 硬件设计综述42.1.2 悴制系统整体结构设计42.1.3 传感器布詈52.2 悴制系统软件设计52.2.1 软件介绍6222功能模块综述63 .智能小车硬件系统73.1 电源系统设计73.2 微捽制模块8321AT89C51微溶制器83.2.2微捽制器系统93.3 传感器模块103.3.1 红外传感器T作原理103.3.2 传感器电路设计123.4 电机驱动模块

2、123.4.1 直流电机的诜取123.4.2 电机耳反动芯片133.4.3 电机驱动电路的设计143.5 谏度检测模块143.5.1 测速方案143.5.2 测谏模块设计154软件设计161.1 传感器检测稗序161.2 电机机动程序181.3 谏度检测模块的程序设计195 .PID智能小车系统捽制与性能测试205.1 PiD智能小车系统悴制205.1.1 P1D捽制I205.1.2 挎口通信模块225.2 智能小车性能测试235.2.1 系统，性能指标23522系统性能测试23523路径检测24524障碍物检潮246 .脑结241.引言.研究背景近年来，随着科学技术的不断发展，出现了各种机器

3、人，移动机械，如轮式移动机器人，在自动化领域得到广泛应用，在航空航天，交通运输,人工智能等领域发挥着重要作用山巴智能汽车结合了环境意识，实时处理和自动控制：它包括计算，传感，信息处理，通信，人工智能，机械自动化和其他专业知识，并可在诸如行星探测等许多恶劣环境中取代人类。关于无人驾驶汽车研究的国外调查始于20世纪50年代。到20世纪80年代中期，世界各国都在努力创造自动化程度越来越高的智能汽车，针对解决道路安全问题是非常行之有效的自20世纪80年代以来，中国已开始开发无人驾驶汽车，虽然在国际比较中仍有一定距离，但已取得阶段性成果。1992年，国防科技大学成功研制出国内第一辆真正意义上的无人驾驶汽

4、车。2000年6月，由国防科技大学开发的第四代无人驾驶车辆以76公里的最高速度成功进行了测试，这是也是当时全国最快的速度。2003年7月，由国防科技大学和中国第一汽车共同开发的高速公路无人驾驶红旗轿车成功通过测试：无人驾驶最大稳定速度为130公里/小时，技术性能和显示器达到全球水平。如今，还有国内和国际智能小车活动，如全国电子设计大赛，计算机鼠标迷宫比赛和飞思卡尔智能汽车比赛。智能汽车竞赛是一项技术创新竞赛，包括控制，模式识别，传感器技术，电子，电气，计算机和机械以及汽车电子的快速发展领域的知识。随着越来越多的比赛的开展，参赛者各种创新技术运用都在加深对智能小车科技水平的认识和理解。如今，世界

5、各地的智能汽车因其独特的趣味性，实用性和技术特性而广受欢迎。1.2 研究意义及目的作为一种轮式移动机器人，智能车在航空航天，智能检测，无人驾驶救援和灾难中发挥着不可替代的作用。鉴于多年来各种智能车竞赛的情况,此时使用的智能车具有尺寸大，结构复杂，稳定性低，速度慢，功耗大的缺点。硬件设计与智能汽车运输控制系统的整体布局之间存在直接关系。该设计使用嵌入式32位AT89C51微控制器作为智能车的核心处理器。印制电路板(PCB)拥有体积小、结构稳定、灵敏度强、信息处理速度快,具有非常好的结构性能特点。智能小车功耗低，分立元件少，集成度高，成本低。智能车的整体结构紧凑，基本上没有外部电缆连接，以确保在运

6、行期间稳定的电气连接。每个器件的参数在构造期间都经过严格测试，以实现低功耗，低可靠性和显着降低的成本。在实现基本功能的基础上，扩展了智能车控制系统的无线通信，目前集成了通用无线W1F1补充了智能车的遥控功能。由于体积小，速度快，信息处理能力强，成本低，本文开发的硬件平台可用于各种智能汽车竞赛以及嵌入式处理器的教学活动。因此，智能小车运动控制系统的设计研究具有很大的现实应用意义和丰富的市场销售前景。1.3 国内外研究现状1.3.1 国外研究现状国外智能车的研究历史始于20世纪50年代，大致可分为三个阶段：第一阶段：20世纪50年代是智能汽车研究的第一阶段。总部位于美国的BarrettE1eCtr

7、oniC于1954年研发了世界上第一个自动驾驶汽车系统，这是固定航线上唯一的货运平台，但智能汽车最突出的特点是无人驾驶汽车。早期的研究是指通过自动化运用来提高仓库的运输效率，但计算机和传感器技术的快速发展也推动了对智能车辆的深入研究。第二阶段：20世纪80年代，世界主要工业化国家开展了智能车辆的优秀研究。在欧洲，PrOmetheUS项目于1986年开始勘探，1995年在美国，美国建立了国家自动化公路系统联盟，主要侧重于智能车辆的可行性和实用阶段。1996年，日本成立了先进巡航/助理驾驶戏剧协会，旨在探索车辆导航，推动智能车辆的进一步改进。第三阶段：九十年代初以后，智能车辆的全球研究进入了一个系

8、统的,深刻的阶段。最着名的是美国卡内基梅科大学机器人研究所完成了对Nav1ab系列自动驾驶汽车的研究并取得了巨大成功。1.3.2 国内研究现状与其他国家相比，我们的研究起步较晚，技术智能车辆，始于20世纪80年代，大部分研究仍是在一个单一的技术研究阶段。虽然中国的工业化国家中的智能汽车技术领域的遗体后面的整体科研能力，它已经取得了一些成功，特别是：1国防科技大学和中国第一汽车集团公司于2003年在中国成功研制出第一辆自动驾驶汽车。高达12公里/小时的汽车最大的稳定速度可达170公里/小时的最高最高速度，并超车功能，一般的技术规范和车的性能已经达到了世界先进水平。2 .上海交通大学现代控制理论的

9、模型，汽车模型，可以计算出基于道路车辆的弯曲程度的实际变化，根据预先建立的道路来控制车辆的最佳转向角。3 .清华大学国家重点实验室智能技术与系统实验室于1988年开始THMR系列移动机器人，并开发现在已经取得了巨大的成功。它具有一般道路和高速公路的功能，可以自动跟踪和避开土路环境中的障碍物。智能交通系统ITS的关键技术之一是智能车辆研究。许多目前国内高校和科研机构的是其技术，设备，关键的研究，与智能交通系统ITS研究的崛起，中国已经形成在其技术研发更专业的团队。另外，交通运输，社会汽车及相关产业纷纷加大研发投入在ITS领域和智能汽车技术。交通部BITS研究纳入2010年长期计划和技术发展计划。

10、1.4主要内容和章节安排本文研究了智能车辆运动控制系统的设计，并将研究内容分为以下几个部分：第一章介绍了该主题的背景和智能车的国内外现状，并根据实际应用论文存在的问题，构想和未来的重要性和价值进行了分析。第二章介绍了智能车的整体结构，首先介绍了硬件平台的整体结构，然后介绍了软件部分的模块结构。第三章将详细描述的，模块化的硬件设计方法具有的电力供给系统中，微控制器模块，传感器模块，驱动模块，速度检测模块，交互式界面设计,硬件系统设计过程受到了关注。第四章设计了STM32单片机的编程程序，然后介绍了相应的编程模块电路，其中一些键的代码部分也是解释。最后，介绍并实现了PID控制算法。第五章介绍了智能

11、车辆运动控制系统提供的功能，介绍了首先跟踪，障碍物检测，三个无线电控制功能，以及每个功能块流程图部分。然后对系统进行了指标分析、系统测试和路测。第7章的结论总结了本设计的工作，并期待智能汽车领域的前景。2.智能小车设计方案2.1 硬件整体设计2.1.1 硬件设计综述本文硬件的架构和PCB设计基于基于A1tiumDesigner6.9软件的智能汽车硬件设计平台拥有把设计概念转化为最终产品所需的强大功能：嵌入式软件开发功能，PCB和FPGA设计解决方案以及嵌入式设计产品。A1tiumDeSigner不仅利用其前身PrOte199SE和Prote12004的功能和优势，还提供了许多增强功能和高端功能

12、，如交互式布线和3DPCB设计，以扩展板级设计的传统界限6式2.1.2 控制系统整体结构设计小车的智能运动控制系统包括底盘，直流电机齿轮箱，电池，传感器和微控制器。通常，有两种方法可以构建智能小车设计：第一种方法是同时使用转向机构作为前轮转向和后轮，第二种方法使用左右轮差速机构和万向轮作为支撑。差速驱动模式更灵活，可以旋转到位以进行精确控制，速度更快。因此，在该设计中采用第二种车结构。智能车系统使用AT89C51作为其核心控制器，使用两节电池串联供电，处理来自传感器的感应信号，并使用电机驱动芯片实时控制直流减速电机。整个系统框图如图2-1所示。硬件结构系统中各模块功能如下：AT89C51控制器

13、：全面处理传感器和速度检测模块及其电机驱动控制返回的信息，可通过无线模块进行远程控制。电源模块：为控制器和每个模块电路提供稳定的电源。传感器模块：收集由处理器判断的实时路面信息和障碍物距离信息。电机驱动模块：接受微控制器的控制命令并控制直流电机。速度感应模块：测量直流电机的速度，并）将测量的速度传送到AT89C51控制器进行分析。根据体积，成本，集成和其他相关考虑因素设计，车身为10厘米直径的圆形底盘，采用圆形设计，可根据智能凸轮运动控制系统的总体要求,减少尖锐的角碰撞和向心力，保障小车稳定运行。图2-1硬件系统框图2.1.3 传感器布置由于工作环境的复杂性，单个传感器的不确定性及其条件只能获

14、得部分信息段约束环境特征，它基于传感器只能很难实现对外部环境的感知。为了完成复杂，动态和不确定的自治环境，智能车通常配备各种传感器，通常涉及视觉，超声，红外，光敏，雷达等传感器来完成，以精确适应环境条件。一些的信息，他们互相配合的，有些是多余的，其中的一些互补或冗余的传感器信息必须集成提供给最佳和最可靠的信息多传感器信息记录的好处，得到的外部环境的特性准确和全面的反射快速，正确的导航决策依据。智能车的设计装有三个红外传感器，速度检测传感器位于电路板的底部，两个测量用于检测直流电机的转速。第二组传感器由总共五个传感器组成，这些传感器水平放置在电路板底部的前面，以捕获地面信息。第三组六个传感器的，

15、分布在印刷电路板的上表面上，以检测到障碍物时，其特征在于，U1和U2两个前障碍物可以提前检测在车辆上，U3和U4的两侧上的车辆的障碍可被检测，U5和U6可以探测到前方45度的障碍物。2.2控制系统软件设计2.2.1 软件介绍Kei1的Rea1ViewMDK开发套件是ARM最新嵌入式处理器的软件开发工具。该MDK的Rea1View集成了业界最先进的技术，包括编译器的Rea1View的Vision3集成开发环境，支持ARM7ARM9和Cortex-M3处理器内核，并自动配置启动代码，集成F1aSh编程模块和功能强大的设备模拟性能。与以前的工具包（例如ARMADS）相比，您可以将最新版本的Rea1view编译器的性能提高20%以上。Rea1viewMDK支持Cortex-M3内核是ARM最新的微控制器应用核心，具有业界领先的性能，并将在未来几年内成为流行的主流MCU应用。目前，只有ARM的MDK和RVDS开发工具可以支持Cortex-M3芯片上的应用程序开发。ARM开发工具设计我们介绍了楔形Vision4智能汽车运动控制系统的编程和应用开发。用程序编译的C程序编写的软件设计使用J-1ink下载管理器将JTAG接口传递给智能汽车微控制器或使用J-1ink在线调试来缩短软件开发周期。2.2.2 功能模块综述