基于單片機(jī)的WIFI智能小車.doc

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南 京 理 工 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告 學(xué) 生 姓 名： 張明杰 學(xué) 號： 084911204068 專 業(yè)： 電子工程 設(shè)計(論文)題目： 基于單片機(jī)的wifi智能小車 指 導(dǎo) 教 師: 譚偉東 2014年03月13日 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告 1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫 2000字左右的文獻(xiàn)綜述： 文 獻(xiàn) 綜 述 1.課題研究的背景 現(xiàn)在是一個智能化的時代，許多機(jī)器設(shè)備或電子儀器都在逐步實(shí)現(xiàn)自動化和智能化，各種智能化設(shè)備正在逐步替代人為的操作，方便我們的工作、生活。智能化設(shè)備可以按照預(yù)先設(shè)定的模式在一個環(huán)境里自動的運(yùn)作，不需要人為的管理，可應(yīng)用于軍事領(lǐng)域、科學(xué)勘探、和人民生活等方面。目前，在企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)不斷提高、對自動化技術(shù)要求不斷加深的環(huán)境下，智能車輛以及在智能車輛基礎(chǔ)上開發(fā)出來的產(chǎn)品已成為自動化物流運(yùn)輸、柔性生產(chǎn)組織等系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。世界上許多國家都在積極進(jìn)行智能車輛的研究和開發(fā)設(shè)計。 智能車輛也叫無人車輛，是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策和多等級輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)。智能車輛的主要特點(diǎn)是在復(fù)雜的道路情況下，能自動地操縱和駕駛車輛繞開障礙物并沿著預(yù)定的道路(軌跡)行進(jìn)。智能小車也是智能車輛的一個研究方向，它集中地運(yùn)用了計算機(jī)、傳感、信息、通信、導(dǎo)航及自動控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。它具有道路障礙自動識別、自動報警、自動制動、自動保持安全距離、車速和巡航控等功能。它可以分為三大組成部分：傳感器檢測部分、執(zhí)行部分、CPU?？梢詫?shí)現(xiàn)自動避障功能，還可以擴(kuò)展循跡等功能，感知導(dǎo)引線和障礙物?？梢詫?shí)現(xiàn)小車自動識別路線，選擇正確的行進(jìn)路線，并檢測到障礙物自動躲避。如果加裝無線路由器并實(shí)現(xiàn)和計算機(jī)實(shí)時通信，就可以通過電腦、手機(jī)引導(dǎo)WIFI智能小車行駛，實(shí)現(xiàn)實(shí)時顯示時間、速度、里程，具有自動尋跡、尋光、避障功能，可程控行駛速度、準(zhǔn)確定位停車等運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時控制。 智能小車的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括以下幾個方面: a.軍事偵察與環(huán)境探測：現(xiàn)代戰(zhàn)爭對軍事偵察提出了更高的要求，世界各國普遍重視對軍偵察的建設(shè)，采取各種有效措施預(yù)防敵方的突然襲擊，并廣泛應(yīng)用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，不斷研制多用途的偵察器材和探測設(shè)備，在車上裝備攝像機(jī)、安全激光測距儀、夜視裝置和衛(wèi)星全球定位儀等設(shè)備，通過光纜操縱，完成偵察和監(jiān)視敵情、情報收集、目標(biāo)搜索和自主巡邏等任務(wù)，進(jìn)一步擴(kuò)大偵察的范圍，提高偵察的時效性和準(zhǔn)確性。 b.探測危險與排除險情：在戰(zhàn)場上或工程中，常常會遇到各種各樣的意外。這時，智能化探測小車就會發(fā)揮很好的作用。戰(zhàn)場上，可以使用智能車輛掃除路邊炸彈、尋找和銷毀地雷。民用方面，可以探測化學(xué)泄漏物質(zhì)，可以進(jìn)行地鐵滅火，以及在強(qiáng)烈地震發(fā)生后到廢墟中尋找被埋人員等。 c.安全檢測受損評估：在工程建設(shè)領(lǐng)域，可對高速公路自動巡跡，進(jìn)行道路質(zhì)量檢測和破壞分析檢測；對水庫堤壩、海岸護(hù)岸堤、江河大壩進(jìn)行質(zhì)量和安全性檢測。在制造領(lǐng)域，可用于工業(yè)管道中機(jī)械損傷，裂紋等缺陷的探尋，對輸油和輸氣管線的泄漏和破損點(diǎn)的查找和定位等。 d.智能家居：在家庭中，可以用智能小車進(jìn)行家具、遠(yuǎn)程控制家中的家用電器，控制室溫等等。對這種小車的研究，將為未來環(huán)境探測術(shù)上的有力支持。 2.智能小車的作用和意義 避障控制系統(tǒng)是基于自動導(dǎo)引小車（AV—auto-guide vehicle）系統(tǒng)，基于它的智能小車實(shí)現(xiàn)自動識別路線，判斷并自動避開障礙，選擇正確的行進(jìn)路線。使用傳感器感知路線和障礙并作出判斷和相應(yīng)的執(zhí)行動作。該智能小車可以為三大組成部分：傳感器檢測部分、CPU、執(zhí)行部分。機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自動避障功能，還可以擴(kuò)展循跡等功能，感知導(dǎo)引線和障礙物?？梢詫?shí)現(xiàn)小車自動識別路線，選擇正確的行進(jìn)路線，并檢測到障礙物自動躲避?；谏鲜鲆?，傳感檢測部分考慮到小車一般不需要感知清晰的圖像，只要求粗略感知即可，所以可以舍棄昂貴的CCD傳感器而考慮使用價廉物美的紅外反射式傳感器來充當(dāng)。智能小車的執(zhí)行部分，是由直流電機(jī)來充當(dāng)?shù)?，主要控制小車的行進(jìn)方向和速度。 智能小車的現(xiàn)狀： 世界各國在智能微型車領(lǐng)域進(jìn)行了很多研究，己經(jīng)應(yīng)用于各個領(lǐng)域，在探測和軍事領(lǐng)域使用特別多。智能小車發(fā)展很快，從智能玩具到其它各行業(yè)都有實(shí)質(zhì)成果。其基本可實(shí)現(xiàn)循跡、避障、檢測貼片、尋光入庫、避崖等基本功能，近年來，我國也開展了很多研究工作，以滿足不同用途的需要。單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，無論是在生活，生產(chǎn)上，單片機(jī)無處不在。ATMEL公司的AT89S51單片機(jī)可以廣泛應(yīng)用于計算機(jī)外部設(shè)備、工業(yè)實(shí)時控制、儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等各個領(lǐng)域。AT89S51可以說是單片機(jī)領(lǐng)域的主流產(chǎn)品，其應(yīng)用如此廣泛，所以有必要去學(xué)習(xí)和應(yīng)用該單片機(jī)，以滿足實(shí)際產(chǎn)品開發(fā)的需要，也是適應(yīng)社會智能化、自動化的趨勢。通過構(gòu)建智能小車系統(tǒng)，培養(yǎng)設(shè)計并實(shí)現(xiàn)自動控制系統(tǒng)的能力。在實(shí)踐過程中，熟悉以單片機(jī)為核心控制芯片，設(shè)計小車的檢測、驅(qū)動和顯示等外圍電路，采用智能控制算法實(shí)現(xiàn)小車的智能循跡。靈活應(yīng)用機(jī)電等相關(guān)學(xué)科的理論知識，聯(lián)系實(shí)際電路設(shè)計的具體實(shí)現(xiàn)方法，達(dá)到理論與實(shí)踐的統(tǒng)一。在此過程中，加深對控制理論的理解和認(rèn)識。全國各高校都很重視該題目的學(xué)校和研究，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。這幾屆的電子設(shè)計大賽智能小車又在向聲控系統(tǒng)發(fā)展。比較出名的飛思卡爾智能小車更是走在前列。本設(shè)計就是在這樣的背景下提出的，本題目是結(jié)合科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計類課題。我此次的設(shè)計主要實(shí)現(xiàn)循跡、避障這兩個功能。 3.單片機(jī)驅(qū)動直流電機(jī)一般有兩種方案： a) 勿需占用單片機(jī)資源，直接選擇有PWM功能的單片機(jī)，這樣可以實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速； b) 利用網(wǎng)上大家公認(rèn)做wifi小車較好的大亞db120-wg無線路由器，作為我們的wifi智能小車的wifi連接模塊，使用我們教學(xué)用的51系列單片機(jī)89C52做為我們wifi智能小車的控制芯片。利用手里面現(xiàn)有的一些電源、驅(qū)動等模塊等制作我們的wifi智能小車。 本文選擇第二種方案。CPU使用STC89C52單片機(jī)，配合軟件編程實(shí)現(xiàn)。  畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告 ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 一、課題研究內(nèi)容與目的 本課題是結(jié)合科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計類課題。本設(shè)計的目的是WIFI智能小車能夠在電腦、手機(jī)WIFI連接控制行駛及其他的控制方式下，實(shí)現(xiàn)實(shí)時顯示時間、速度、里程，具有自動尋跡、尋光、避障功能，可程控行駛速度、準(zhǔn)確定位停車。 如下圖2—1： 路由器模塊 89C52單片機(jī) 電機(jī)驅(qū)動模塊 蜂鳴器電路 照明電路 攝像頭 電腦控制終端 電機(jī) 圖2-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 路由器用于接收電腦等終端設(shè)備發(fā)送的指令和將攝像頭采集到的視頻信號傳送到電腦等終端設(shè)備；單片機(jī)最小系統(tǒng)是整個小車的控制核心，控制著各個模塊統(tǒng)一協(xié)調(diào)工作；電機(jī)驅(qū)動電路用于驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動，可以使電機(jī)產(chǎn)生正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，從而使車體產(chǎn)生前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎等動作；電機(jī)的作用就是使整個車體運(yùn)動；電平轉(zhuǎn)換電路是將路由器輸出的3.3V串口電平轉(zhuǎn)換為單片機(jī)能判斷的高低電平；電源電路作用是為整個小車系統(tǒng)共電；舵機(jī)制作成云臺，然后裝上攝像頭，使攝像頭可實(shí)現(xiàn)上下、水平方向180度旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)；攝像頭用于采集視頻信號；蜂鳴器電路用于報警提示；照明電路為小車在夜間行駛提供照明。 二、本課題所要研究和解決的問題： 由電腦終端，通過WIFI無線網(wǎng)絡(luò)連接到路由器，再通過電腦應(yīng)用軟件，向路由器發(fā)送控制命令及數(shù)據(jù)。路由器接收到數(shù)據(jù)后通過內(nèi)部的串口發(fā)送軟件，將接收到的命令和數(shù)據(jù)，通過路由器串口發(fā)送到89C52單片機(jī)的串口端，單片機(jī)接收到這些命令后執(zhí)行相應(yīng)的指令，如：驅(qū)動小車運(yùn)動、舵機(jī)運(yùn)動、蜂鳴器鳴叫、照明電路的開關(guān)等。 視頻信號，通過攝像頭采集之后通過路由器發(fā)送到電腦終端，并在其應(yīng)用軟件中顯示攝像頭采集到的視頻信號。 三、研究途徑 根據(jù)題目的要求，確定如下方案：利用所學(xué)單片機(jī)知識設(shè)計一個控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用單片機(jī)控制小車。在現(xiàn)有玩具電動車的基礎(chǔ)上，加裝光電、紅外線、超聲波傳感器及金屬探測器，實(shí)現(xiàn)對電動車的速度、位置、運(yùn)行狀況的實(shí)時測量，并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理，然后通過改變PWM信號的占空比，進(jìn)而單片機(jī)控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)向和電機(jī)轉(zhuǎn)速，才可以控制小車快慢速行駛，以及自動停車，自動尋跡等功能。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對小車的智能控制。 四、研究方法 1．準(zhǔn)備工作 認(rèn)真詳細(xì)的閱讀任務(wù)書，深刻了解主要的內(nèi)容和要求。 查閱與智能小車相關(guān)的書籍，了解智能小車的工作原理。 了解歷年全國大學(xué)生電子競賽有關(guān)智能小車的資料。 根據(jù)控制要求初步確定所使用的元器件。 復(fù)習(xí)單片機(jī)的相關(guān)知識，查閱與所需硬件相關(guān)的電路設(shè)計。 2. 實(shí)施步驟 明確控制要求，繪制電路連接圖。 參考文獻(xiàn)，檢查電路圖的正確性。 根據(jù)電路連接圖焊接電路板，制作智能小車模型。 分析操作流程，繪制程序流程圖。 編寫程序代碼。 運(yùn)用電腦軟件初步對程序進(jìn)行調(diào)試。配合智能小車硬件部分，并完善功能，達(dá)到設(shè)計要求 3. 方案設(shè)計： 了解智能小車的組成與控制原理； 選擇處理器和相應(yīng)傳感器； 設(shè)計硬件電路； 編寫程序，實(shí)現(xiàn)各種實(shí)時控制情況； 軟硬件聯(lián)調(diào)，保證實(shí)時控制的準(zhǔn)確性； 制作樣機(jī)。 五、完成本課題的工作方案及進(jìn)度計劃 第5～6周：消化課題，收集有關(guān)資料，選擇參考方案； 第7～8周：確定設(shè)計方案并熟悉部分器件的用途； 第9～10周：劃分功能模塊，設(shè)計單元電路，軟件模塊設(shè)計； 第11～12周：分析電路原理，完成設(shè)計過程，仿真電路（制作實(shí)物）；撰寫論文初稿。 第13～14周：按畢業(yè)論文的各項(xiàng)要求，整理論文；修改、完善論文，檢查定稿；制作PPT，準(zhǔn)備答辯； 第15～16周：畢業(yè)答辯。 參考文獻(xiàn) [1] 張永楓．單片機(jī)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)教程．北京：清華大學(xué)出版社，2008 [2] 劉守義．單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007 [3] 趙克林．C語言實(shí)例教程．北京：人民郵電出版社，2009 [4] 徐 瑋．C51單片機(jī)高效入門．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006 [5] 劉建清．從零開始學(xué)單片機(jī)技術(shù)．北京：國防工業(yè)出版社，2006 [6] 劉建清．從零開始學(xué)單片機(jī)C語言．北京：國防工業(yè)出版社，2006 [7] 王靜霞．單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)（C語言版）．北京：電子工業(yè)出版社，2009 [8] 李伯成．嵌入式系統(tǒng)可靠性設(shè)計．北京：電子工業(yè)出版社，2006 [9] 先鋒工作室．單片機(jī)程序設(shè)計實(shí)例．西安：清華大學(xué)出版社，2003 [10] 馬忠梅．單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1988 [11] 李群芳．單片微型計算機(jī)與接口技術(shù)．北京：電子工業(yè)出版社，2007 [12] 曾增烽，劉浩，李雪，基于51單片機(jī)的串行通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)[J]，中國礦業(yè)大學(xué) 信電學(xué)院，221008； [13] 何立民 單片機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀與未來[J] 中國計算機(jī)報 1995年 No：30； [14] 周淑娟，基于單片機(jī)智能尋跡小車的設(shè)計方案[J]，工業(yè)技術(shù)與職業(yè)教育-2011年6月第9卷第2期； [15] 韓毅，楊天. 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