本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 開(kāi)題報(bào)告（含論文綜述） 系 ( 院 )： 電子與計(jì)算機(jī)系 所屬教研室： 自動(dòng)化教研室 課 題 名 稱(chēng) ： 智能小車(chē) 專(zhuān)業(yè) (方向 )： 自動(dòng)化 班 級(jí)： 學(xué)號(hào)： 學(xué) 生： 指 導(dǎo) 教 師 ： 職稱(chēng)： 職稱(chēng)： 開(kāi) 題 日 期 ： 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題的依據(jù)（包括課題來(lái)源、依托的項(xiàng)目名稱(chēng)、研究或應(yīng)用意義、國(guó)內(nèi)外研究或應(yīng)用現(xiàn)狀，附主要參考文獻(xiàn)） 隨著汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展，關(guān)于汽車(chē)的研究也就越來(lái)越受人關(guān)注。全國(guó)電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車(chē)這方面的題目，全國(guó)各高校也都很重視該題目的研究?？梢?jiàn) 其研究意義很大。電子技術(shù)的飛速發(fā)展，給人類(lèi)生活帶來(lái)了根本性的變革，特別是隨著大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生而出現(xiàn)的微型計(jì)算機(jī)，更是將人類(lèi)社會(huì)帶入了一個(gè)新的時(shí)代。利用微機(jī)的強(qiáng)大功能，人們可以完成各種各樣的控制。然而，微機(jī)造價(jià)較高，對(duì)于大多數(shù)的工業(yè)控制來(lái)說(shuō)，也并不需要微機(jī)那樣強(qiáng)大的功能，于是單片機(jī)就應(yīng)運(yùn)而生了。單片機(jī)其實(shí)是簡(jiǎn)化的微機(jī)，將微機(jī)的 CPU、存儲(chǔ)器、 I/O 接口、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器等集成在一片芯片上就是單片機(jī)了，它主要用來(lái)完成各種控制功能。相對(duì)微機(jī)來(lái)說(shuō)，單片機(jī)價(jià)格很低，非常適合于應(yīng)用在簡(jiǎn)單的控制場(chǎng)合以降低成本。另外，單 片機(jī)是按照工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的，其可靠性很高，可以在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的環(huán)境下運(yùn)行。單片機(jī)依靠其高可靠性和極高的性?xún)r(jià)比，在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能化儀表、家用電器等方面得到極為廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)就是在這樣的背景下提出的。 21 世紀(jì)是高速發(fā)展的社會(huì) ,是智能現(xiàn)代化的社會(huì)。紅外反射式傳感器、無(wú)線(xiàn)控制技術(shù)以及單片機(jī)技術(shù)成為當(dāng)今社會(huì)智能化不可缺少的一部分。紅外反射式傳感器實(shí)現(xiàn)小車(chē)自動(dòng)尋跡導(dǎo)航以及避障系統(tǒng)的檢測(cè)部分。該技術(shù)可以應(yīng)用于現(xiàn)代物流、無(wú)人駕駛汽車(chē)、無(wú)人工廠(chǎng)、服務(wù)機(jī)器人等領(lǐng)域。無(wú)線(xiàn)控制技術(shù)更廣泛的應(yīng)用到不同的領(lǐng)域，避免了 直接去操作機(jī)器設(shè)備，同時(shí)也更大大的節(jié)約了不少的時(shí)間。單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益的更新。單片機(jī)在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的應(yīng)用系統(tǒng)中，往往是作為一個(gè)核心部件來(lái)使用。但要進(jìn)行不同領(lǐng)域的單片機(jī)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)和實(shí)踐，僅有單片機(jī)方面的知識(shí)是很不夠的，還需要其它相應(yīng)學(xué)科的知識(shí)。 當(dāng)然， 隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)和數(shù)字設(shè)備已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域 ， 更新?lián)Q代速度可謂日新月異。 對(duì)于學(xué)習(xí)單片機(jī)應(yīng)該注重實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)，在 MedWin集成開(kāi)發(fā)調(diào)試環(huán)境，在沒(méi)有硬件仿真器的條件下可以用軟件仿真調(diào)試， 特別適合我們電子愛(ài)好者學(xué)習(xí)。通過(guò)設(shè)計(jì)與制作智能小車(chē)，可以對(duì)其相關(guān)的知識(shí)進(jìn)行更深一步的了解并鍛煉了自己的分析電路、傳感器應(yīng)用、控制算法設(shè)計(jì)、軟件編程和調(diào)試、機(jī)械裝配等綜合能力。 附錄： 1 許雷 .單片機(jī)原理與應(yīng)用 M.北京 ： 冶金工業(yè)出版社， 2004 2 戴勝華 .單片機(jī)原理與應(yīng)用 M.北京：清華大學(xué)出版社， 2005 3 蘇文平 .電子技術(shù)實(shí)踐與著作教程 M.北京：國(guó)防工業(yè)出版社， 2007.1 4 南壽松 .電子實(shí)驗(yàn)與電子實(shí)踐 M.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn) 出版社 ， 2004 5 何希才 .新型電子電路應(yīng) 用實(shí)例 M.北京：科學(xué)出版社， 2005 6 趙負(fù)圖 .傳感器集成電路手冊(cè) M.化學(xué)工業(yè)出版社 , 2004 7 傅定忠 .傳感器與測(cè)試技術(shù) M.中央廣播電視大學(xué)出版社 8 謝子梅 .電子線(xiàn)路設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn) 測(cè)試 M .武漢：環(huán)中理工大學(xué)出版社， 2000 二、設(shè)計(jì)或研究?jī)?nèi)容、預(yù)期目標(biāo)及擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題（此部分為重點(diǎn)闡述內(nèi)容） 為實(shí)現(xiàn)小車(chē)的智能化，初步確定如下方案：在現(xiàn)有玩具電動(dòng)車(chē)的基礎(chǔ)上將其進(jìn)行改裝，外裝紅外反射式傳感器，通過(guò)傳感器或無(wú)線(xiàn)電接收裝置接將數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢 測(cè)的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)的智能控制。 這種方案能實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿(mǎn)足對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。本設(shè)計(jì) 采用 89C52單片機(jī)為控制核心，利用紅外反射式傳感器（ RPR220）檢測(cè)道路上的黑線(xiàn)，控制智能小車(chē)的運(yùn)動(dòng)軌跡。小車(chē)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片是 L298N，通過(guò) I/O口傳送到 L298N的接收端口，達(dá)到對(duì)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)以及停止的控制。小車(chē)還可以人工控制，通過(guò)無(wú)線(xiàn)控制技術(shù)里面的無(wú)線(xiàn)電控制，當(dāng)小車(chē)在行駛過(guò)程中，只要人為的按下控制按鈕，小車(chē)可滿(mǎn)足所需要的基本行駛要求；當(dāng)按鈕松開(kāi)后小車(chē)將回 到檢測(cè)路線(xiàn)狀態(tài)。 三、研究方案（包括有關(guān)方法、技術(shù)路線(xiàn)、實(shí)驗(yàn)手段、關(guān)鍵技術(shù)等） 根據(jù)題目的要求，確定如下方案：在現(xiàn)有玩具電動(dòng)車(chē)齒輪帶動(dòng)的基礎(chǔ)上，對(duì)齒輪進(jìn)行改裝，同時(shí)用馬力比較大的電動(dòng)機(jī)取代馬力小的電動(dòng)機(jī)，通過(guò)這些改裝用來(lái)使其驅(qū)動(dòng)能力變大。在車(chē)的模型前面加裝五個(gè) 反射式紅外線(xiàn)光電傳感器 ，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)的線(xiàn)路進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后由單片機(jī)根據(jù)所檢測(cè)的各種數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)的智能控制。小車(chē)還專(zhuān)門(mén)裝有無(wú)線(xiàn)接收裝置，將接收到的所有數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)上，對(duì)小車(chē)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。從而滿(mǎn)足了人機(jī)控制智能化。 這種方案能實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制靈活、可靠，精度高，可滿(mǎn)足對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。 1、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)： 方案一：用 NPN 三極管連接成 雙極式 H 型 控制電動(dòng)機(jī)。 用 雙極式 H 型控制 可以控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)以及電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。由于小車(chē)需要驅(qū)動(dòng)力比較大，所以需要加載的電壓相對(duì)比 較高；三極管的基極由于外界干擾，導(dǎo)致誤通；功率大的從而使得產(chǎn)生的溫度就比較高，使得三極管燒壞或靈敏度降低?？紤]到其驅(qū)動(dòng)能力、靈敏度以及散熱問(wèn)題，方案一放棄。 方案二：用 L298N 驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)。 L298N 是內(nèi)含二個(gè) H 橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器可驅(qū)動(dòng) 46v,2A 以下電機(jī) ?？紤]到其驅(qū)動(dòng)能力高，抗干擾強(qiáng)，并且還專(zhuān)門(mén)配有散熱片，同時(shí)在價(jià)格方面也比較低。綜合考慮以上條件，我選擇了方案二。電路連接如圖一所示： 2、檢測(cè)系統(tǒng)： 檢測(cè)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)光電檢測(cè)，即利用各種傳感器對(duì)電動(dòng)車(chē)的位置狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量。本系統(tǒng)采用 反射式紅外線(xiàn)光電傳感器用于檢測(cè)路面的黑線(xiàn)。本電路裝有五組反射式紅外線(xiàn)光電傳感器，用于線(xiàn)路檢測(cè)，左邊兩組是檢測(cè)線(xiàn)路左拐彎，中間的是檢測(cè)小車(chē)拐彎已到位，右邊兩組是檢測(cè)線(xiàn)路右拐彎。其實(shí)按照一般的設(shè)計(jì)用三組反射式紅外線(xiàn)光電傳感器就可以實(shí)現(xiàn)所需要求了，但考慮到小車(chē)有可能偏離軌道或傳感器未檢測(cè)到線(xiàn)路，所以左右兩邊各多加了一組反射式紅外線(xiàn)光電傳感器。這樣提高小車(chē)檢測(cè)線(xiàn)路的靈敏度。 檢測(cè)放大器方案： 方案一：使用普通單級(jí)比例放大電路。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、價(jià)格低廉。但是也存在著許多不足。如抗干擾能力差、共模抑制比低等 。 方案二：采用差動(dòng)放大電路。選擇優(yōu)質(zhì)元件構(gòu)成比例放大電路，雖然可以達(dá)到一定的精度，但有時(shí)仍不能滿(mǎn)足某些特殊要求。例如，在測(cè)量本設(shè)計(jì)中的光電檢測(cè)信號(hào)時(shí)需要把檢測(cè)過(guò)來(lái)的電平信號(hào)放大并濾除干擾，而且要求對(duì)共模干擾信號(hào)具有相當(dāng)強(qiáng)的抑制能力。這種情況下須采用差動(dòng)放大電路，并應(yīng)設(shè)法減小溫漂。但在實(shí)際操作中，往往滿(mǎn)足了高共模抑制比的要求，卻使運(yùn)算放大器輸出飽和；為獲得單片機(jī)能識(shí)別的TTL 電平卻又無(wú)法抑制共模干擾。 方案三：電壓比較器方案。電壓比較器的功能是比較兩個(gè)電壓的大小，例如將一個(gè)信號(hào)電壓 Ui 和一個(gè)參考電壓 Ut 進(jìn)行 比較，在 UiUt 和 UiUt 兩種不同情況下，電壓比較器輸出兩個(gè)不同的電平，即高電平和低電平。而 Ui 變化經(jīng)過(guò) Ut 時(shí)，比較器的輸出將從一個(gè)電壓跳變到另一個(gè)電平。 考慮到事實(shí)要求，故選擇了方案三。選用元件為 LM324，通過(guò)上述反射式紅外線(xiàn)光電傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)輸入到 LM324，通過(guò)檢測(cè)輸入電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，如果輸入的電壓低于基準(zhǔn)電壓，那么 LM324 的輸出端就輸出為低電平（ 0），如果高與基準(zhǔn)電壓，那么 LM324 的輸出端就輸出為高電平（ 1）。綜上方案的選擇畫(huà)出的原理圖如圖二所示： 3、無(wú)線(xiàn)控制系統(tǒng)： 方案一：采用紅外無(wú)線(xiàn)遙控。通過(guò)紅外遙控可以對(duì)小車(chē)進(jìn)行轉(zhuǎn)彎、前進(jìn)或退后等動(dòng)作，但由于紅外控制只能進(jìn)行直線(xiàn)傳播，不易控制電動(dòng)小車(chē)轉(zhuǎn)彎，所以方案一放棄。 方案二：采用無(wú)線(xiàn)電遙控。由于無(wú)線(xiàn)電遙控來(lái)控制小車(chē)轉(zhuǎn)彎比較方便，而且有效距離可以達(dá)到 100 米左右，且靈敏度比較高。 由于以上原因故選擇了方案二。 4、方案框圖：（圖三） 圖三 5、硬件電路設(shè)計(jì)： 小車(chē)的基本硬件電路組成部分是由線(xiàn)路檢測(cè)、無(wú)線(xiàn)接收、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、復(fù)位電路 以及單片機(jī)（ 89C52）等組成的。從 反射式紅外線(xiàn)光電傳感器接收到的數(shù)據(jù)傳送到 LM324，經(jīng)過(guò)電壓比較輸出到單片機(jī)（ 89C52）的 P1.0-P1.4 口，單片機(jī)執(zhí)行所滿(mǎn)足的程序，通過(guò) P2.4-P2.7 輸出到 L298N 來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。無(wú)線(xiàn)電接收把接收到的數(shù)據(jù)傳送到P3.0-P3.4，同樣通過(guò)滿(mǎn)足要求，達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。這兩種不同的控制的優(yōu)先級(jí)別為：無(wú)線(xiàn)電遙控高于 反射式紅外線(xiàn)光電傳感器控制。 四 、設(shè)計(jì)（論文）的預(yù)期成果與特色或創(chuàng)新之處 通過(guò)實(shí)物演示，將小車(chē)放在已經(jīng)標(biāo)有黑線(xiàn)的 白色木板上，啟動(dòng)小車(chē)電源，小車(chē)可以跟著黑 線(xiàn)進(jìn)行行駛，在行駛過(guò)程中，只要無(wú)線(xiàn)遙控器的按鍵按下，小車(chē)將執(zhí)