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盐城工学院本科生毕业设计说明书( 2015)

目 录

1.概 述 ......................................................................................................................... 1 2. 选题背景 ....................................................................................................................... 1

2.1国内现状 ............................................................................................................... 2 2.2国外现状 ............................................................................................................... 2 3.方案设计及论证 ............................................................................................................. 4

3.1总体设计 ............................................................................................................... 4

3.2 主控单元方案比较与选择 ................................................................................ 5 3.3 电机单元方案比较与选择 ................................................................................ 6 3.4 电源单元方案比较与选择 ................................................................................ 6 3.5 避障单元方案比较与选择 ................................................................................ 7 4. 硬件系统的设计 ........................................................................................................... 7

4.1 单片机控制模块 ................................................................................................ 7 4.1.1 时钟电路 ................................................................................................... 8 4.1.2 复位电路 ................................................................................................... 9 4.2 电机驱动模块的设计 ........................................................................................ 9 4.3 超声波避障电路的原理与设计 ...................................................................... 11 4.3.1 HC-SR04模块工作原理 ...................................................................... 11 4.3.2 超声波发射模块 ................................................................................... 12

4.3.3 超声波模块接收电路 ......................................................................... 12 4.3.4 超声波模块电路 ................................................................................... 13

5 .软件设计 ...................................................................................................................... 13

5.1 软件调试平台 .................................................................................................. 13 5.2 主程序流程图 .................................................................................................. 14 5.3 发射程序设计 .................................................................................................. 14 5.4 接收部分程序设计 .......................................................................................... 15

5.4.1 自动避障 ............................................................................................... 15 5.4.2 远程控制 ............................................................................................... 16

6 系统测试 .................................................................................................................... 17

6.1 上位机测试 ...................................................................................................... 17 6.2 智能小车测试 .................................................................................................. 18 7. 结束语 ......................................................................................................................... 22 参考文献 .......................................................................................................................... 23 致 谢 .......................................................................................................................... 24 附 录 .......................................................................................................................... 25

基于单片机的智能小车系统设计

附录1：程序清单 ........................................................................................................... 26 附录2 ：原理图纸 ......................................................................................................... 38 附录3：元器件目录表 ................................................................................................... 39

盐城工学院本科生毕业设计说明书( 2015)

基于单片机的智能小车系统设计

1.概 述

当今社会，智能小车在各个领域都得到广泛的应用，特别是那些人无法到达，或者无法接近的地方，智能小车成为了必不可少的工具。像在航空领域，智能小车的运用可以在太空中很顺利的完成那些由人很难完成或者说无法完成的任务。在军事，甚至在我们生活中都有智能小车的身影，它们的出现减轻了了人们工作量，成为了人们生活中的一部分。

现实中的智能小车根据需求的不同，有着自己特有的外形和功能，它们表现出的功能也各有不同。设计的智能小车只能简单处理一些基础的功能，特别是在控制和避障等效果上。

基于单片机的智能小车，在设计上要体现的它的智能化，同时也要根据不同的要求做出不同的反应。最基本的要求就是脱离人的控制，自己可以实现一些简单的功能，避障就是智能小车的一大特点。同时也要求可以人为的控制它实现一些简单的功能，例如：前行，后退，左转，右转，停止等功能。单片机可以实现这些功能处理，再配合其他一些模块的帮助，其中无线模块可以发射与接收信号，可以实现控制指令发送给单片机，使智能小车按照要求准确的行驶。而避障模块部分可以获得小车行驶周围障碍物的信息并及时的传给单片机，通过处理，对智能小车做发出的指令，达到避障的效果。

CC2530是TI公司推出的内置ZigBee协议的8位单片机，本身拥有无线传输模块，保障了在智能小车控制中直接收发指令作用。避障模块可以收集周边的信息通过CC2530的处理，使小车有避障的功能。

2. 选题背景

当今社会随着汽车工业水平的迅速提升，各国对汽车的开发与研究也都加大了力度。在我国各高校对于智能小车的研究都很重视，在全国电子大赛和一些省内电子大赛几乎每次都能见到关于设计智能小车的题目。由此可见对智能小车的研究有着很大的意思，更适合当今社会的在汽车方面发展趋势。设计就是在这样一个汽车工业迅速发展，人们对智能小车的研究日益加深的背景下提出的。基于单片机的智能小车系统设计是与科研项目相结合被提出的。设计的小车可以完成一些常有的功能，例如自动避障与远程控制。

智能化是当今社会高速发展的产物，它适合当今社会发展的方向，也是未来发展的指向灯，全智能化小车能够遵循人们的要求，在一些特定的环境里脱离人的控制运行，可以实现预期要求的目标。遥控小车的各个行为都是在人的控制下执行的，

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基于单片机的智能小车系统设计

如转向、启停等，高端点的遥控车在人的控制之下还能够实现调节速度的大小。常见的小车模型，玩具汽车，都属于遥控小车；智能小车脱离了人的控制，它的启停、行驶方向、速度的控制都通过编程来实现。操作员只需通过修改智能小车的程序就可以修改它各方面功能，也就是说智能小车拥有再次编程其程序的特点，属于机器人的一种。

中国开始研究智能化是从1978年开到的，因为那年在国家科学技术发展规划中，“智能模拟”被作为主要研究课题。智能化从被作为概念引进，到被实现先是在实验室，然后发展到当今高端领域的应用，例如：勘探、航空、军事等，这些都为未来智能化的全面发展奠定基石。智能化得以全面的发展的原因是当今社会要求资源必须合理，充分的被利用，也符合当今社会用最少的的投入换取最大的收益的要求，它的使用使工业生产的效率得以提高，实现现有工业生产水平跨进智能化的时代，实现当今智能化面向大众发展。随着当今社会电子产业的飞速发展，集成芯片的功能日益强大，同时体积越来越小，为智能产业的生成与发展打好了良好的物质基础。

智能小车，是一个集环境感知、远程控制、自动行驶等功能于一体的系统，它集中地运用了计算机、通信、单片机、信息、传感、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术产物的代表。 2.1国内现状

我国于20世纪80年代开始了对用在车辆上的智能技术的研究，和国外相比是比较落后的。由于技术上的不成熟和人才的匮乏，在智能车辆上的研究常常着重于某方面的技术，也因此我国在总体技术上明显落后于西方那些在智能化研究比较成熟的国家，可是我们也取得了一系列的成果，主要有：

a）中国第一辆可以自主驾驶轿车于2003年研制成功，参与研究的是中国第一汽车集团公司、自动化学院、国防科技大学机电工程。在正常交通状况下，这辆轿车在高速公路上，行驶最高稳定的速度是13km/h,最高速度却达170km/h，并且拥有超车的功能，对于它的总体技术指标与性能都已经位居世界先进水平。

b）7B.8军用室外自主车装有彩色激光雷达、摄像机、陀螺惯导定位等传感器，它是由南京理工大学、国防科技大学、清华大学、北京理工大学、浙江大学等多所高校联合研制成功，它的主系统使用两台Sun10，这两台Sun10主要用来处理信息融合、路径规划，路边抽取识别是由两台PC486处理完成，定位计算和车辆自动驾驶的功能是靠8098单片机完成。它在直线跟踪这一功能上速度是20km/h，避障这方面的速度在5-10km/h之间。

可以预计，随着我国经济实力的飞速发展，人们生活质量的提高，必将对智能车辆要求越来越高，依照我国现在的情况，对智能车研究力度必将日益加大，这些都为智能车的发展奠定了基础。 2.2国外现状

从上世纪50年代，国外智能车辆就已经开始研制，与国内相比，研究史较长。

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它的发展历程大体可以分成三个阶段：

第一阶段 智能车辆研究起源于20世纪50年代，这一时期被称为初始时期。世界上第一台自主引导车系统Automated Guided Vehicle System简称AGVS是在1954年被研究开发的，它的研发者是美国的Barrett Electronics 公司。虽说该系统只是一个运行在固定线路上的拖车式运货平台，但它是在脱离人的操作下独立运行的，也就是说无人驾驶，这点就可以把它划入智能化。早期研制AGVS应用领域就是为了仓库内的物品运输，为了适应当时的社会，开发智能车的目的仅仅是为了提高仓库运输的自动化水平。在后来，计算机的应用与传感技术的飞速发展，使得在智能车辆方面的研究也在不断得到新的突破。

第二阶段 世界主要发达国家对智能车辆的研发日益看重是在上世纪80年代中后期。在欧洲，1986年普罗米修斯项目开始在智能车辆方面的探索。在美洲，在1995年，国家自动高速公路系统联盟简称NAHSC由美国成立，它们的目标之一就是智能车辆在现实生活中的可实现性，为以后智能车辆的实现打下了基础。在亚洲，在1996年，高速公路先进巡航/辅助驾驶研究会由日本成立，它的目的就是研究智能车辆关于导航方面的问题，也正因为这个研制使得日本智能车辆在整体技术上都得到很大的提升。在上世纪80年代，研制开发智能车辆形成一种潮流，世界上各大著名汽车制造商都把矛头指向智能车辆的研发上，使得智能车辆在这一时期得到飞速的发展。

第三阶段 在上世纪90年代时，对智能车辆研制进入白热化，许多国家都看到智能车辆发展前景与迫切性，在这一时期智能车辆研制，开发，生产都得到空前提升。最为突出的是Navlab系列的10台自主车（Navlab1—Navlab10）的研究在美国卡内基.梅隆大学（Carnegie Mellon University）机器人研究所完成，取得了显著的成就。

目前，智能车辆的第三阶段仍然在继续，现在国外智能车辆的发展方向也是由第三阶段的成果作为代表。在世界工业设计和界科学界中，在众多的研究机构中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智能原型车辆设计成功，这种采用机器视觉的智能车户外高速公路上为100km/h，这个速度是当时进行速度测试的速度，而机器视觉保证了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，拥有自动行进、停车，而且可以向它后面的车发送相关驾驶信息智能车辆维塔（VITA,7t）在这次会议上展示。UBM视觉系统是这两辆车的系统，这是一个具有极高的稳定性双目视觉系统。

荷兰鹿特丹港口的研究 根据自身需求，荷兰鹿特丹港口研究的智能车辆主要应用在工厂货物的运输这一方面。荷兰的Combi road系统，货物的运输都是靠无人驾驶的车辆完成的，这些车辆行驶的路面是经过特别处理的，应用额磁性导航参照物，智能车辆探测障碍物只靠一个光矩阵检测。荷兰政府对这系统比较青睐，在荷兰南部，在讨论关于这种系统的问题，他们计划修建这种道路，用荷兰鹿特丹港口研究的智能车辆把货物运输到荷兰各个地方，减少了对人的需求，而且也会减少各

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