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1、一 本课题的研究意义，国内外研究现状，水平和发展趋势 目前 ，在企业生产技术不断提高、对自动化技术要求不断加深的环境下，智能车辆以及在智能车辆基础上开发出来的产品已成为自动化物流运输、柔性生产组织等系统的关键设备。世界上许多国家都在积极进行智能车辆的研究和开发设计。移动机器人是机器人学中的一个重要分支，出现于20世纪06年代。当时斯坦福研究院(SRI)的Nils Nilssen和charles Rosen等人，在1966年至1972年中研制出了取名shakey的自主式移动机器人，目的是将人工智能技术应用在复杂环境下，完成机器人系统的自主推理、规划和控制。从此，移动机器人从无到有，数量不断增多，
2、智能车辆作为移动机器人的一个重要分支也得到越来越多的关注。 世界各国在智能微型车领域进行了很多研究，己经应用于各个领域，在探测和军事领域使用特别多。近年来，我国也开展了很多研究工作，以满足不同用途的需要。 世界各国开发、研制星球探测车系统己经有了多年的历史。美国和前苏联是从20世纪60年代末期开始进行月球表面探测任务的。美国曾在1966-1968年间，向月球成功发射了两次无人巡游探测器。1997年，由美国JPL(全称JetPropulsion Laboratory，美国太空总署喷气推进实验室)研制的Sojourner号探测车登上了火星。它验证了小型火星车的性能，并完成了一系列技术试验。2004
3、年1月，美国的“勇气号”和“机遇号”火星探测车再度登陆火星。前苏联在1959-1976年间，总共成功发射了两个月球探测车。 智能小车，是一个集环境感知、规划决策，自动行驶等功能于一体的综合系统，它集中地运用了计算机、传感、信息、通信、导航及白动控制等技术，是典型的高新技术综合体。智能车辆也叫无人车辆，是一个集环境感知、规划决策和多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统。它具有道路障碍自动识别、自动报警、自动制动、自动保持安全距离、车速和巡航控制等功能。智能车辆的主要特点是在复杂的道路情况下，能自动地操纵和驾驶车辆绕开障碍物并沿着预定的道路(轨迹)行进。智能车辆在原有车辆系统的基础上增加了一些智能化
4、技术设备: (1)计算机处理系统，主要完成对来自摄像机所获取的图像的预处理、增强、分析、识别等工作; (2)摄像机，用来获得道路图像信息; (3)传感器设备，车速传感器用来获得当前车速，障碍物传感器用来获得前方、侧方、后方障碍物等信息。 智能车辆技术按功能可分为三层，即智能感知/预警系统、车辆驾驶系统和全自动操作系统团。上一层技术是下一层技术的基础。三个层次具体如下: (1)智能感知系统，利用各种传感器来获得车辆自身、车辆行驶的周围环境及驾驶员本身的状态信息，必要时发出预警信息。主要包括碰撞预警系统和驾驶员状态监控系统。碰撞预警系统可以给出前方碰撞警告、盲点警告、车道偏离警告、换道/并道警告、
5、十字路口警告、行人检测与警告、后方碰撞警告等.驾驶员状态监控系统包括驾驶员打吨警告系统、驾驶员位置占有状态监测系统等。 (2)辅助驾驶系统，利用智能感知系统的信息进行决策规划，给驾驶员提出驾驶建议或部分地代替驾驶员进行车辆控制操作。主要包括:巡航控制、车辆跟踪系统、准确泊车系统及精确机动系统。 (3)车辆自动驾驶系统，这是智能车辆技术的最高层次，它由车载计算机全部自动地实现车辆操作功能。目前，主要发展用于拥挤交通时低速自动驾驶系统、近距离车辆排队驾驶系统等。 这种智能小车的主要应用领域包括以下几个方面: (1)军事侦察与环境探测现代战争对军事侦察提出了更高的要求，世界各国普遍重视对军事侦察的建
6、设，采取各种有效措施预防敌方的突然袭击，并广泛应用先进科学技术，不断研制多用途的侦察器材和探测设备，在车上装备摄像机、安全激光测距仪、夜视装置和卫星全球定位仪等设备，通过光缆操纵，完成侦察和监视敌情、情报收集、目标搜索和自主巡逻等任务，进一步扩大侦察的范围，提高侦察的时效性和准确性。 (2)探测危险与排除险情在战场上或工程中，常常会遇到各种各样的意外。这时，智能化探测小车就会发挥很好的作用。战场上，可以使用智能车辆扫除路边炸弹、寻找和销毁地雷。民用方面，可以探测化学泄漏物质，可以进行地铁灭火，以及在强烈地震发生后到废墟中寻找被埋人员等。 (3)安全检测受损评估在工程建设领域，可对高速公路自动巡
7、迹，进行道路质量检测和破坏分析检测;对水库堤坝、海岸护岸堤、江河大坝进行质量和安全性检测。在制造领域，可用于工业管道中机械损伤，裂纹等缺陷的探寻，对输油和输气管线的泄漏和破损点的查找和定位等。 (4)智能家居在家庭中，可以用智能小车进行家具、远程控制家中的家用电器，控制室温等等。对这种小车的研究，将为未来环境探测术上的有力支持。 目前，国内外的许多大学及研究机构都在积极投入人力、财力研制开发针对特殊条件下的安全监测系统。其中包括研究使用远程、无人的方法来进行实现，如机器人、远程监控等。无线传输的发展使得测量变得相对简单而且使得处理数据的速度变得很快甚至可以达到实时处理”。 该智能小车可以作为机
8、器人的典型代表。它可以分为三大组成部分：传感器检测部分、执行部分、CPU。机器人要实现自动避障功能，还可以扩展循迹等功能，感知导引线和障碍物。可以实现小车自动识别路线，选择正确的行进路线，并检测到障碍物自动躲避。 通过构建智能小车系统，培养设计并实现自动控制系统的能力。在实践过程中，熟悉以单片机为核心控制芯片，设计小车的检测、驱动和显示等外围电路，采用智能控制算法实现小车的智能循迹。灵活应用机电等相关学科的理论知识，联系实际电路设计的具体实现方法，达到理论与实践的统一。在此过程中，加深对控制理论的理解和认识。 二 本课题拟采用的研究手段（途径）和可行性分析 (1) 控制系统方案一：采用MC9S
9、12DG128单片机，该单片机以运算速度很快的CPU12内核为核心的单片机，经过锁相环后，时钟频率可达到40MHz，内部Flash高至128KB，拥有2组各8路10位A/D、16路I/O口，有功能强大的8位PWM输出共8路，以及8路16位增强型定时器（ECT），相比AT90S8535单片机它编程更加简单，反应速度快；但是成本较高且短时间内不易掌握。方案二：AT90S8535单片机是由世界上著名的半导体制造公司(Atmel)制造的一种增强型RISC结构,内嵌Flash的新型单片机.它具有以下特点:a.速度快,功耗低.AT90S8535单片机运用哈佛概念(具有预取指令功能),对程序存取和数据存取采
10、用不同的总线和存储器.这种结构使AT90S8535单片机在8位微处理器市场上具有最高1MIPSmW的处理能力,一般每条指令只需50ns.b.支持C语言编程.虽然高级语言与汇编语言相比,有代码大、执行速度慢的缺点,但由于AT90S8535单片机是针对高级语言设计的,从而潜在的瓶颈得到确认并消除,这样就可利用C语言编写代码,使得系统的开发周期大大缩短其完全可以满足本设计对小车功能的要求，并且价格便宜；所以本设计最终选用AT90S8535单片机作为其控制芯片。（2）避障与寻线传感器方案一：采用US-100超声波测距模块，该模块可实现2cm4.5m的非接触测距功能，拥有2.45.5V的宽电压输入范围，
11、静态工作电流2mA，自带温度传感器对测距结果进行校正，同时具有GPIO，串口等多种通信方式，内带看门狗，工作稳定可靠且方向性好但其近距离反射时干扰较大。方案二：采用八路红外对管及处理模块，该模块可工作在3.3到5V电压下检测距离在1-6厘米，采用多圈式电阻调节检测距离，且尺寸较小可方便的搭载在小车上，同时其平均价格要比US-100要低；其八路的传感器可分别用作测距与检测黑线；综合上述考虑，本设计采用八路红外对管作为其避障与寻线传感器。 总体方案概述： 本设计以AT90S8535单片机系统为控制中心，通过八路红外传感器模块中的两路传感器检测障碍物，四路传感器检测黑线，检测障碍物的两路传感器分别分
12、布在车头的两端，使其能够检测车前较大范围内的障碍物，尽量减小检测盲区；检测黑线的四路传感器分别分布在小车的四角，从而能够保证小车在跑道内行驶。传感器在接通电源后会不断的发送和接收红外线，接收到的信号经过LM324进行放大然后由74HC14D施密特触发器转换成数字信号输出，而当单片机检测到需要转向的传感器信号时，单片机通过改变PWM波的占空比来调整小车两侧的电机转速，从而使其两侧轮产生速度差，以实现小车的转向。避障：在小车行驶过程中，若左侧传感器检测到障碍物而右侧传感器未检测到，则小车首先后退之后向右转；同理，若右侧检测到而左侧未检测到，小车先后退之后左转；如果左右均检测到默认小车先后退之后右转
13、。检测黑线：安装在小车四角的红外传感器负责检测黑线，由于小车是向前行驶所以最先驶出黑线的应该是小车的前端，当左前端传感器检测到黑线时，向单片机发送信号，小车右转；当右前端传感器检测到黑线时，小车左转；当左后端检测到黑线而左前端未检测到时小车先右转再左转，当右后端检测到黑线而左前端未检测到时先左转后右转，当前端两传感器同时检测到黑线时小车先后退之后左转。稳压芯片采用L7805。驱动模块采用L298N驱动芯片。L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率
14、25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。 三 论文工作计划（阶段工作内容及计划完成指标） 第一阶段：（2013.12.24-2013.12.26）：选题，智能公交小车系统的设计。第二阶段：（2013.12.26-2014.3.13）：开题，收集资料，大致了解设计流程及各芯片的功能，掌握智能公交小车系统的设计方法，分析智能小车控制系统的功能，研究实验方案及可行性分析，撰写开题报告。第三阶段：（2014.3.13-2014.4.12）：根据开题报告情况，及指导老师建议，结合设计方案，完成系统各个模块的设计，并进行改进，测试，根据设计内容撰写毕业论文，交毕业论文初稿给指导老师。并做出实物。第四阶段：（2014.4.152014.4.28）：根据指导老师意见修改整理文档，并交第二稿给指导老师。第五阶段：（2014.4.292014.5.25）：根据指导老师要求完成毕业设计定稿，准备答辩。
