关于单片机智能避障小车的应用设计开题报告

本设计是基于自动引导小车的原理，设计了一个迷宫步行机器人，实现了小车对路线的识别、判断和自动避障，选择正确的路线。导向线可以与地面颜色不同，反射式光电传感器可以感知导向线，障碍物判断可以自动找到路径。直流电机驱动电机，电机控制方式可单向 pwm 开环控制。控制核心采用51单片机，控制系统通过光耦合与电路完全隔离，避免干扰。

随着我国科学技术的发展，智能化和自动化越来越普及，各种高科技也广泛应用于智能汽车和机器人玩具领域，使得智能机器人越来越多样化。智能交通工具是多种高新技术的集成。它结合了机械、电子、传感器、计算机硬件、软件、人工智能等多门学科的知识。而智能电动车是一种智能机器人，具有不可估量的现实意义。智能车是利用计算机、传感器、信息、人工智能和自动控制技术实现环境感知、规划决策和自动驾驶的高科技综合体。它已在军事、民用和科学研究中得到应用，为解决道路交通安全问题提供了一条新途径。随着汽车工业的迅速发展，汽车的研究越来越受到人们的重视。

一、国内研究现状

智能车辆的发展主要集中在自动控制领域。一些学校为智能车辆控制领域提供环境，以培养学生的动手能力和编程能力，提高学生的兴趣。同时，一些较大的竞争，如全国电子设计竞赛开始使用这样的题目，虽然都是与汽车有关，但控制方式是不同的。当时飞思卡尔举行了最先进的智能汽车比赛，使用先进的黑线摄像机采集，在这个时候需要芯片的计算速度，是非常高的。其他黑线检测问题，也有增加其他要求，如两小，跨车比赛等。智能车辆是集环境感知、规划与决策、多层次辅助驾驶为一体的综合系统，是智能交通系统的重要组成部分。在军事、民用、航天等领域具有广阔的应用前景。研究了智能车辆控制系统的设计，设计并实现了一种基于智能车辆控制系统的路径规划处理。毫无疑问，国内外电气、机械、电子等相关人才的培养已经开始受到重视，主要是在各种大型的大学生创新比赛中，例如阿布罗伯肯亚太机器人大赛和全国大学生“飞思卡尔”智能汽车大赛，都能很好地培养学生的电气、机械、电子兴趣，提高电气、机械、电子相关知识。但现实是，中国与世界其他国家在机电领域的差距仍然非常明显，所以作为电气、机械、电子等专业的学生，我们必须加倍努力，逐步赶上和超过国外先进水平。

二、国外研究现状

早在上世纪50年代，智能车辆就已经开始研究与应用，1954年美国Barrent Electronic公司研究出了第一台智能系统，在特定的路线上行驶，其最基本的特点就是无人操控。随后在1969年登月的过程中，智能避障小车也已经得到了运用，它代替的人类在月球那种艰难的环境下进行地质勘测和研究，完成了我们不可能完成的任务。美国1995年成立了国家自动高速公路系统联盟，日本1996年成立了高速公路先进巡航协会，再后来智能小车就到快速的发展的阶段。如今国内外智能小车主要应用在以下几个方面：在运输系统中的应用，智能小车自动行驶功能给人类带来了重要的影响；智能小车在物流方面，智能小车在制造工厂、码头等地方发挥了极其重要的作用；在航天探索中的应用，智能小车在航天领域中已经扮演者不可或缺的一部分。除了这些研究单位，各智能源机械企业也投入大量人力、财力开发机器人等智能系统。国外机器人领域近年来有几种趋势:

1、工业智能机器，如机器人，正在不断提高其性能（高速、高精度和高可靠性）但是，单机价格一直在下降，从1991年到2001年，单机平均价格一直在上升；2002年，103000美元降至65000美元。

2、机械结构向模块化、可重构方向发展。例如，关节模块中的伺服电机减速器检测系统分为三个部分。该机器人由关节模块和连杆模块组成整机、国外模块化装配机器人产品纷纷问世。

3、现代遥控机器人系统发展的特点不是追求全自主系统，而是全身心投入操作者与机器人的人机交互控制由远程控制和局部自治系统组成遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入使用阶段。美国发射火星“杰娜”机器人是该系统成功应用的最著名的例子。

三、智能避障小车在生活中的应用

其实智能避障小车也已经在我们生活中得到了广泛应用。例如：

1、智慧农业应用：田间高通量植物表型机器人，目前机器人已应用在农业大棚中，机器人可自动巡检、定点采集、自动避障、自动返航等。机器人上可扩展设备安装面，用户可按需安装激光雷达、深度相机、红外相机、光谱相机、机械臂等传感器设备，实现植物表型和环境数据的监测与采集。

2、安保行业中的应用与研究：高新兴巡逻机器人，通过其自主导航系统的再次升级，融合了RTK、3D激光、视觉辅助等的组合导航能力，是室外自动驾驶标配导航。

四、本课题研究的关键问题及突破方法

关键问题：

1、采用各类数字电路来组成小车的控制系统，对外围避障信号，自动寻迹信号，无线遥控信号，语音控制信号进行处理。本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于小车智能化的扩展，对各路信号处理比较困难。

2、采用超声波避障，超声波受环境影响较大，电路复杂，而且地面对超声波的反射，会影响系统对障碍物的判断。

3、采用发光二极管发光，用光敏二极管接收。由于光敏二极管受可见光的影响较大，稳定性差。

突破方法：

1、采用51单片机作为整机的控制单元。红外线探头采用市面上通用的发射管与及接收头，经过比较芯片调制处理后由控制系统接收。路线寻找采用红外线管对路面信号采集，送到单片机系统处理，同样包括无线遥控信号和语音控制信号。此系统比较灵活，采用软件方法来解决复杂的硬件电路部分，使系统硬件简洁化，各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求。

2、采用红外线避障，利用单片机来产生38KHz信号对红外线发射管进行调制发射，发射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来，红外线接收管对反射回

来信号进行解调，输出比较电平。外界对红外信号的干扰比较小，且易于实现，价格也比较便宜。

3、利用集成型红外对管作为寻迹单元的传感器，其中红外线发射管发射红外线，红外线二极管进行接收。采用红外线发射，外面可见光对接收信号的影响

较小，再用射极输出器对信号进行隔离。本方案也易于实现，比较可靠。

^范文提纲

摘要

一、第1章 概述

选题背景

研究意义和发展前景

智能避障小车在生活中的应用

二、第2章 方案选取与分析

主控系统

电源模块

电机驱动模块

三、第3章 系统硬件电路设计

总体设计

电源电路设计

电机驱动电路设计

黑线循迹设计与实现

红外避障电路的设计

超声波避障的设计

四、第4章 软件设计

软件设计思想

黑线循迹程序设计

红外避障程序设计

超声波避障程序设计

五、第5章 系统调试

硬件调试

软件调试

软硬联调

成果展示

实物图

 

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