基于单片机的遥控小车系统开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着计算机、微电子、信息技术的快速进步，智能化技术的开发速度越来越快，智能度越来越高，应用范围也得到了极大的扩展。在海洋开发、宇宙探测、工农业生产、军事、社会服务、娱乐等各个领域。智能电动小车系统以迅猛发展的汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科。主要有路径识别、角度控制及车速控制等功能模块组成。同时，当今机器人的技术发展的如火如荼，其应用在国防等众多领域得到广泛开展。神五、神六等升天、无人飞船等等无不得益于机器人技术的迅速发展。一些发达国家已把机器人制作比赛作为创新教育的战略性手段。如日本每年都要举行诸如“NHK杯大学生机器人大赛”、“机器人足球赛”等各种类型的机器人制作比赛，参加者多数为学生，目的在于通过大赛全面培养学生的动手能力、创造能力、合作能力和进取精神，同时也普及智能机器人的知识。从某种意义上来说,机器人技术反映了一个国家综合技术实力的高低,而智能电动小车是机器人的雏形,它的控制系统的研制将有助于推动智能机器人控制系统的发展，同时为智能机器人的研制提供更有利的手段。国外智能车辆的研究历史较长，始于上世纪50年代。它的发展历程大体可以分成三个阶段：第一阶段20世纪50年代是智能车辆研究的初始阶段。1954年美国Barrett Electronics 公司研究开发了世界上第一台自主引导车系统AGVS（Automated Guided Vehicle System）。该系统只是一个运行在固定线路上的拖车式运货平台，但它却具有了智能车辆最基本得特征即无人驾驶。早期研制AGVS的目的是为了提高仓库运输的自动化水平，应用领域仅局限于仓库内的物品运输。随着计算机的应用和传感技术的发展，智能车辆的研究不断得到新的发展。第二阶段从80年代中后期开始，世界主要发达国家对智能车辆开展了卓有成效的研究。在欧洲，普罗米修斯项目于1986年开始了在这个领域的探索。在美洲，美国于1995年成立了国家自动高速公路系统联盟（NAHSC），其目标之一就是研究发展智能车辆的可能性，并促进智能车辆技术进入实用化。在亚洲，日本于1996年成立了高速公路先进巡航/辅助驾驶研究会，主要目的是研究自动车辆导航的方法，促进日本智能车辆技术的整体进步。进入80年代中期，设计和制造智能车辆的浪潮席卷全世界，一大批世界著名的公司开始研制智能车辆平台。第三阶段从90年代开始，智能车辆进入了深入、系统、大规模研究阶段。最为突出的是，美国卡内基.梅隆大学（Carnegie Mellon University）机器人研究所一共完成了Navlab系列的10台自主车（Navlab1—Navlab10）的研究，取得了显著的成就。目前，智能车辆的发展正处于第三阶段。这一阶段的研究成果代表了当前国外智能车辆的主要发展方向。在世界科学界和工业设计界中，众多的研究机构研发的智能车辆具有代表性的有：德意志联邦大学的研究1985年，第一辆VaMoRs智能原型车辆在户外高速公路上以100km/h的速度进行了测试，它使用了机器视觉来保证横向和纵向的车辆控制。1988年，在都灵的PROMRTHEUS项目第一次委员会会议上，智能车辆维塔（VITA,7t）进行了展示，该车可以自动停车、行进，并可以向后车传送相关驾驶信息。这两种车辆都配备了UBM视觉系统。这是一个双目视觉系统，具有极高的稳定性。 荷兰鹿特丹港口的研究智能车辆的研究主要体现在工厂货物的运输。荷兰的Combi road系统，采用无人驾驶的车辆来往返运输货物，它行驶的路面上采用了磁性导航参照物，并利用一个光阵列传感器去探测障碍。荷兰南部目前正在讨论工业上利用这种系统的问题，政府正考虑已有的高速公路新建一条专用的车道，采用这种系统将货物从鹿特丹运往各地。日本大阪大学的研究大阪大学的Shirai实验室所研制的智能小车，采用了航位推测系统（Dead Reckoning System），分别利用旋转编码器和电位计来获取智能小车的转向角，从而完成了智能小车的定位。另外，斯特拉斯堡实验中心、英国国防部门的研究、美国卡内基梅隆大学、奔驰公司、美国麻省理工学院、韩国理工大学对智能车辆也有较多的研究。相比于国外，我国开展智能车辆技术方面的研究起步较晚，开始于20世纪80年代。而且大多数研究处在于针对某个单项技术研究的阶段。虽然我国在智能车辆技术方面的研究总体上落后于发达国家，并且存在一定得技术差距，但是我们也取得了一系列的成果[3] ，主要有：（1）中国第一汽车集团公司和国防科技大学机电工程与自动化学院与2003年研制成功我国第一辆自主驾驶轿车。该自主驾驶轿车在正常交通情况下的高速公路上，行驶的最高稳定速度为13km/h,最高峰值速度达170km/h，并且具有超车功能，其总体技术性能和指标已经达到世界先进水平。（2）南京理工大学、北京理工大学、浙江大学、国防科技大学、清华大学等多所院校联合研制了7B.8军用室外自主车，该车装有彩色摄像机、激光雷达、陀螺惯导定位等传感器。计算机系统采用两台Sun10完成信息融合、路径规划，两台PC486完成路边抽取识别和激光信息处理，8098单片机完成定位计算和车辆自动驾驶。其体系结构以水平式结构为主，采用传统的“感知-建模-规划-执行”算法，其直线跟踪速度达到20km/h，避障速度达到5-10km/h。智能车辆研究也是智能交通系统ITS的关键技术。目前，国内的许多高校和科研院所都在进行ITS关键技术、设备的研究。随着ITS研究的兴起，我国已形成一支ITS技术研究开发的技术专业队伍。并且各交通、汽车企业越来越加大了对ITS及智能车辆技术研发的投入，整个社会的关注程度在不断提高。交通部已将ITS研究列入“十五”科技发展计划和2010年长期规划。相信经过相关领域的共同努力，我国ITS及智能车辆的技术水平一定会得到很大提高。可以预计，我国飞速发展的经济实力将为智能车辆的研究提供一个更加广阔的前景。我们要结合我国国情，在某一方面或某些方面，对智能车进行深入细致的研究，为它今后的发展及实际应用打下坚实的基础[4] 。随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子竞赛和省内电子竞赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。可见其研究意义很大。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容： 本设计基于单片机控制的设计思想，选用价格低廉的无线集成电路，采用L298N专用电机驱动芯片驱动电机，通过NRF905无线模块实现了车载系统和遥控系统的通信，从而实现了小车的无线智能控制，使整个系统功能全面。无线遥控小车的控制系统将硬件系统，传感器，驱动控制以及遥控操作等综合起来，集成驱动、控制、传感和能源等于一体。为了在复杂环境中获取有效的信息，小车必须配置的传感器。所以，针对无线遥控小车系统的作业性能要求，配备合适的传感器系统作为移动无线小车的感知系统是非常重要的。 通过此次毕业设计，可以使自己将单片机中所学习的知识应用在实际中。对于单片机的控制方法有了进一步的了解。另外，通过此次设计，可以提高自己的动手能力。 目标： 设计完成一个能够无线遥控的小车，能够控制小车的前进、后退、左转、右转，实现避障功能，所设计的无线控制小车的功能和所给的要求基本吻合。此次设计成果预计包括：画出软件流程图；编写相关程序；完成部分调试工作；提交不少于一万字的论文和不少于3张的硬件电路图纸；阅读文献不少于15篇，其中外文不少于5篇；翻译不少于2万印刷字符的外文文献。 拟采用的技术方案及措施： 本系统拟设计以AT89C51单片机为核心的控制电路，采用模块化的设计方案，利用NRF905无线模块控制小车的启动和停止，能够轻松自如地实现小车的启动停止、左转、右转和前进后退等功能，添加相关传感器以实现小车的避障功能。具体来说： 利用两片单片机构成主从结构，主机发送控制指令，从机接收控制指令并控制小车运动。主机由单片机、NRF905无线模块和控制按键组成，从机由小车、NRF905无线模块、电机驱动、传感器和单片机组成。主机和从机基于无线模块进行数据传输，主机电路主要负责发送小车运动状态的控制指令；从机电路主要负责小车运动状态指令的接受和实现对运动状态的控制。电机由电机专用驱动芯片L298N驱动，通过单片机的控制，可轻松实现小车的前进、后退、左转、右转和速度的控制。添加传感器来检测障碍物，将结果用信号实时反馈给单片机，进而改变行驶路径以实现避障功能。无线遥控小车控制系统的软件设计，系统的软件设计分为主机和从机。主机软件设计分为无线数据传输程序，控制程序，从机软件设计分为无线传输程序，车体控制程序等。当设计完成后，要求完成能够无线控制小车的前进、后退、左转、右转，及避障功能等。

3. 研究计划与安排

第1～2周：通过网络图书馆查找资料，初步确定设计方案；第3～4周：针对自己设计的方案，选取合适的元件；第5～6周：根据自己选取的方案，完成开题报告；第7～8周：完成系统整体设计，画电路图；第9～11周：完成系统程序的编写，并调试程序；第12～13周：模拟仿真，根据结果完善系统；第14～15周：撰写论文；第16周：论文装订、评阅，论文答辩

4. 参考文献（12篇以上）

[1]郭天祥 新概念51单片机C语言教程 电子工业出版社 [2]郑锋 51单片机典型应用开发范例大全 中国铁道出版社[3]赵景波 电路设计与制板——Protel99SE高级应用 人民邮电出版社 [4]杨文龙.单片机原理及应用[M].陕西：西安电子科技大学出版社，1995[5]严峥晖.51单片机C语言与汇编语言混合编程浅析 信息与电脑(理论版)(09)[6]李任青，施卫红.无线智能遥控小车的设计与制作.电子制作(02)[7]冯旭升，韩壮志 "脉冲信号近距离传输的电路设计."通信技术(02)[8]许思达.基于51单片机的TFT液晶显示设计.电子元器件应用(10)[9]贾定宏，何智力 基于单片机的无线遥控小车研制.硅谷(12)[10]陈燕春.使用315MHz遥控组件制作遥控车.电子世界(10)[11]D·H·Killeffer.Remote Control-Industry's Magic Carpet. Industrlal and engineering chemistry,1928;683-685[12]Michael·Woods. Remote Emissions Testing Hits the Road,Environmental sciencetechnology,1996;256-257[13Jose·L·Jimenez,Gregory·J·Mcrae,David·D·Nelson,etal.Remote Sensing of NO and NO2 Emissions from Heavy-Duty Diesel Trucks Using Tunable Diode Lasers, Environmental sciencetechnology,2000;2380-2387[14]Remote Sensing Study of Emissions from Motor Vehicles in the Metropolitan Area of Mexico City，ENVIRONMENTAL SCIENCE TECHNOLOGY，2003,395-401[15]Vizimuller. P.RF design guide-systems, circuits, and equations.ArtechHouse, Boston, MA, 1995