智能车制作分析29页PPT

导航策略
当检测到障碍物时，采用绕行、停止等策略进行避障操作。
避障策略
硬件调试
检查电路连接是否正确，电源供电是否稳定，传感器是否工作正常等。
软件调试
采用单步调试、断点调试等方法对程序进行逐步排查，找出问题所在并进行修改。
问题解决方法
针对常见问题，如传感器失灵、小车无法直行等，提供相应的解决方法。同时，也可通过查阅相关资料、请教专业人士等方式寻求帮助。
问题三
智能小车的成本控制仍需改进。建议通过优化设计方案、降低采购成本、提高生产效率等措施，降低小车的制造成本和售价。
随着人工智能、物联网、云计算等技术的不断发展，智能小车将更加智能化、自主化和网络化，实现更高级别的自动驾驶和协同作业。
技术趋势
智能小车将在更多领域得到应用，如智能交通、智慧城市、智能家居等，成为未来智能生活的重要组成部分。
精确性
提高智能小车的导航精度和搬运精度，确保准确无误地完成任务。
设计目标
设计一款具有自主导航、避障、搬运等多种功能的智能小车，实现智能化、自动化运行。
稳定性
确保智能小车在各种环境下都能稳定运行，不出现意外情况。02CHAPTER
智能小车硬件设计
选用高性能、低功耗的微控制器，如STM32系列。
主控芯片类型
主控芯片原理
主控芯片优势
通过内部CPU、存储器和外设接口等资源，实现对小车各项功能的精确控制。
具有高集成度、高可靠性和易于开发等特点，满足智能小车复杂控制需求。
03
02
01
红外传感器
超声波传感器
陀螺仪传感器
加速度传感器
01
02
03
04
用于检测障碍物，实现避障功能。

• 光电传感器
3.3V
• 数字摄像头
5V
• 模拟摄像头
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ12V
• 光电码盘 （测速） 5V
舵机模块
赛车中控制前轮转向；
传感器直接上车说
LASER
• 右图为北科的激光智能车
• 激光车及使用激光为其传感器 并采用其激光的控制策略的智 能小车
• 检测一行数据，快速响应 • 传感器的布局 • 算法的实时性与可靠性 • 重心 机械的稳定性
• 解剖智能车 1) Laser 2) CCD/CMOS 3) electromagnetism
• 学做智能车
总体介绍
•汽车动态分析 •车速控制系统 •方向控制系统 •赛道检测系统 •电子控制系统 •策略规划系统 •行为决策系统 •路况记忆系统 •数据传输系统
MCU
MC9S12XS128 DSC
三、方便软件的编写
机械
• 机械主要包括车体的机械架构 • 传感器的安装（e.g. CCD的安装与激光管的阵列） • 稳定与重量的选择（螺丝的重量与重心） • 机械与风向即空气阻力摩擦阻力 • 有些地方需要数学建模（舵机的架构） • 轮胎：后倾角
外倾角 前束
软件
• 智能车的大脑
• 软件包括： • 数据的采集 • 数据的压缩与存储 • 数据的提取 • 算法的处理 • 速度控制 • 角度控制 • 与上位机（PC机）的沟通 • 通讯协议等协议的处理
• 从五个方面来说
• 1）硬件 • 2）机械 • 3）控制策略 • 4）软件 • 5）打酱油
学做智能车
硬件
• 何为硬件？
• 硬件就是基于底层电路的设计与开发
硬件
2）硬件需要掌握的知识
•

导航技术是智能车的指南针，它能够让 车辆在复杂的道路和交通环境中找到正
确的路径并引导驾驶员到达目的地。
导航技术包括GPS定位、地图匹配、路 径规划等技术，它们能够提供高精度、 高可靠性的导航服务，以支持智能车的
各种应用场景。
导航技术的发展需要不断优化和升级， 以提高其性能和可靠性。
03
智能车的实际应用
智能车的发展历程
总结词
智能车的发展阶段和里程碑
详细描述
智能车的发展历程可以分为四个阶段。第一阶段是辅助 驾驶阶段，主要是利用一些传感器和控制器来实现简单 的驾驶辅助功能。第二阶段是部分自动驾驶阶段，车辆 可以在特定情况下自主驾驶，但驾驶员仍需保持警惕并 随时接管控制。第三阶段是高度自动驾驶阶段，车辆可 以在大多数情况下自主驾驶，但仍有一定的限制和条件 。第四阶段是完全自动驾驶阶段，车辆可以在任何情况 下自主驾驶，无需驾驶员的干预和操作。
公共出行
01
02
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智能公交
通过智能化技术改造公交 车，实现实时监控、路线 规划、自动报站等功能， 提高公共交通服务水平。
共享单车
利用智能化技术管理共享 单车，实现车辆的定位、 预约、租借等功能，方便 市民出行。
智能出租车
通过智能化技术改造出租 车，实现预约、支付、评 价等功能，提高出租车服 务质量和效率。
无人驾驶出租车
无人驾驶技术
利用先进的传感器、计算机视觉等技术实现车辆的自主驾驶，提 高行驶安全性和舒适性。
远程监控与控制
通过远程监控与控制系统，实现对无人驾驶出租车的实时监控和远 程控制，确保行驶安全。
无人驾驶出租车运营模式
探讨无人驾驶出租车的运营模式，包括车辆调度、路线规划、收费 标准等，为实际运营率、人权等价值问题是关 键。

通过对参赛智能车机械设计的调查分析发现，并不 是所有的调整都对提高智能车的性能具有明显的作用， 其中前轮定位参数优化、转向舵机力臂增大和底盘重心 位置对于智能车的机械性能有着较大的影响。
武汉科技大学信息科学与工程学院

4.1.2 AutoCAD 简介
AutoCAD是机械设计中常用的软件之一，它是一种可自定 义、可扩展的CAD软件，具有二维绘图、设计文档和简单 的三维设计等功能。AutoCAD从V1.0，V1.17，V2.5， V2.6，R9～R14，2000，2000i，2004，2005至今天的 2006版，历经了多次的改版更新，由于其在平面设计方 面的功能比较齐全，其市场占有率很高。
（2）常用机构及传动设计 研究机构的组成原理、运动分 析及力分析方法，并重点介绍根据运动要求和工作条件 设计常用机构及传动的技术和方法。
（3）通用零件设计 研究通用零件的设计和选用问题，包 括零件工作能力设计和结构设计，以及标准零、部件的 选用等问题。
（4）有关机械总体设计中的一些问题 介绍机械传动系统 方案设计、控制系统设计及机座与箱体结构设计等问题。
武汉科技大学信息科学与工程学院

4.1.2 AutoCAD 简介
（5）新提供的动态输入功能，可以使用户将精力集中在 设计绘图而非软件功能上。
（6）可以方便地将零件图组装成装配图，能够验证零件 尺寸是否正确、零件之间是否会出现干涉等装配问题， 同时还可以利用AutoCAD的复制和粘贴功能，方便地通过 装配图拆分出零件图。
武汉科技大学信息科学与工程学院

4.1.1 机械设计原理
机械设计的基本要求包括以下几个方面：
（1）功能要求 机械产品必须完成规定的功能，并保证功 能参数在限定的范围内。

2、1 智能小车硬件设计
2、电机及驱动模块的选择方案
方案一:选择普通直流电机。 直流电机能够通过减速齿轮 增大扭力,提高带负载能力。直流 电机的优点是:价格廉价,驱动控 制容易,但不能做到精确控制是其 一大弱点。
2、1 智能小车硬件设计
方案二:选择步进电机。 步进电机的特点是:能够精确控 制电机选择步数与角度,能良好的达 到题目要求的精确度。 考虑到题目性能要求,我们选择 了步进电机,同时采纳电机驱动芯片 BA6845FS。BA6845FS包罗两个独立 的H桥电路。直截了当给芯片上电, 即可实现电机的驱动。此芯片集成 度高,电路简单,控制方便可靠,体积 小,效率高。
智能小车设计
主要报告内容
一、题目要求及设计思路简介 二、智能小车系统设计 三、系统关键问题分析及解决方案 四、系统实现及测试 五、指导教师点评
主要报告内容
一、题目要求及设计思路简介 二、智能小车系统设计 三、系统关键问题分析及解决方案 四、系统实现及测试 五、指导教师点评
1、1 题目要求简介
题目要求两辆小车在如右图所示的赛道上 实现如下功能: 1、 基本要求
1、2 设计思路介绍
智能小车功能需求
精准寻迹 快速行进 位置同步 自主超车
完成功能需求 所需的模块
光电检测模块
电机及驱动模块 无线通讯模块
主处理模块 供电系统模块
解决方案
红外传感器 +
步进电机 +
ARM控制板 +
无线收发
主要报告内容
一、题目要求及设计思路简介 二、智能小车系统设计 三、系统关键问题分析及解决方案 四、系统实现及测试 五、指导教师点评
2、1 智能小车硬件设计
3、位置同步方案

决策与学习算法
要点一
总结词
用于根据环境信息和历史经验做出决策，并不断学习和优 化
要点二
详细描述
决策与学习算法是智能车的“大脑”，它根据感知与识别 算法获取的环境信息、历史经验以及预设规则，做出相应 的行驶决策。决策与学习算法需要具备高度的自适应性， 能够根据不同环境和状态调整自身的行为。此外，它还需 要具备学习能力，通过不断的学习和优化，提高智能车的 行驶性能和安全性。常见的学习方法包括强化学习、深度 学习等。
智能车的发展趋势
总结词
未来智能车的发展趋势包括技术不断创新、成本不断 降低、法规不断完善等。
详细描述
随着传感器技术、计算机视觉技术、人工智能技术的 不断发展，智能车的性能将得到进一步提升，实现更 加高级的自动驾驶功能。同时，随着技术的成熟和规 模化生产，智能车的成本将逐渐降低，使得更多的人 能够享受到智能出行的便利。此外，政府将制定更加 完善的法律法规，规范智能车的研发、测试、使用和 管理，保障道路交通安全和数据隐私。
总结词
用于智能车行驶路径的计算和控制
详细描述
路径规划算法是智能车软件算法的重要组成部分，它负责根据起始点和目标点，结合环境信息，计算出最优或可 行的行驶路径。常见的路径规划算法包括Dijkstra算法、A*算法、动态规划等。这些算法通过不断地优化路径， 确保智能车能够高效、安全地到达目的地。
运动控制算法
。
详细描述
智能车的特点包括高度的自动化、智能化、安全性、舒适性和节能环保等。它可以自主 完成大部分驾驶任务，减轻驾驶者的负担，提高驾驶安全性。同时，智能车能够根据驾 驶者的习惯和需求进行个性化设置，提供更加舒适和便捷的出行体验。此外，智能车还
具备节能环保的优势，能够有效地降低能源消耗和排放污染物。

特点
具有自主导航、避障、搬运、定位、 无线通信等多种功能，可广泛应用 于工业自动化、智能物流、服务机 器人等领域。
发展历程及现状
发展历程
智能小车经历了从遥控车到自主导航车的演变，随着传感器、计算机视觉、人 工智能等技术的不断发展，智能小车的性能和应用范围得到了显著提升。
现状
目前，智能小车已经成为机器人领域的研究热点之一，国内外众多高校和企业 都在积极开展相关研究，并取得了丰硕的成果。
设计电源管理模块，实现电源的充电、 放电、保护等功能。
04
CATALOGUE
软件系统开发与调试
嵌入式操作系统选型及移植
01
常见的嵌入式操作系统 比较：如Linux、 FreeRTOS、uCOS等
02
选定操作系统的理由与 优势分析
03
操作系统移植的步骤与 注意事项
04
移植过程中可能遇到的 问题及解决方案
02
CATALOGUE
智能小车关键技术解析
传感器技术
红外传感器
用于检测障碍物、测距等。
超声波传感器
实现非接触式测量，常用于泊车 辅助系统。
摄像头与图像传感器
用于环境感知、道路识别等视觉 任务。
雷达传感器
提供高精度距离和速度信息，用 于自动驾驶系统。
控制器与执行器技术
微控制器
作为智能小车的“大 脑”，负责数据处理和
机器人教育
智能小车作为机器人教育的载体，可帮助学生了解机器人原理、编 程等知识。
教学实验平台
智能小车可作为教学实验平台，支持学生进行各种创新性实验和项 目实践。
比赛竞技
智能小车比赛可激发学生创新精神和团队协作能力，培养学生综合素 质。
06

关键技术与挑战
关键技术
包括传感器技术、控制算法、导航定位技术、通信技术、电源管理技术等。
挑战
在实现智能小车自主导航、环境感知、动态决策等功能时，需要解决传感器精 度与稳定性问题、复杂环境下的导航定位问题、多智能小车协同控制问题等。
02
单片机原理及选型
单片机工作原理
01
02
03
04
05
中央处理器（ CPU）
编程语言选择
C语言或汇编语言，推荐使用C语言进行开发，可读性和可移植性更好
主程序流程图设计思路
初始化
包括单片机、传感器、电机等模块的 初始化
循环检测
不断检测传感器输入信号，判断小车 当前状态
控制算法
根据传感器输入信号，通过控制算法 计算出控制量
输出控制
将控制量输出到电机驱动模块，控制 小车运动
关键算法实现方法探讨
常见单片机类型及特点
8051系列
经典的单片机系列，具有简单 的结构和丰富的外设接口，适
合初学者使用。
AVR系列
高性能、低功耗的单片机，具 有快速的执行速度和丰富的外 设接口，适用于高端应用。
PIC系列
精简指令集（RISC）单片机， 具有高性能、低功耗和易于编 程的特点，广泛应用于各种领 域。
ARM系列
测试智能小车的避障、防撞等安全功 能，确保其能够在复杂环境下安全运 行。
性能优化方向和建议
算法优化
优化控制算法，提高智能小车的运动精度和稳定性。例如，采用更先 进的控制算法，如模糊控制、神经网络控制等。
硬件升级
升级硬件设备，提高智能小车的性能。例如，采用更高性能的电机、 更精确的传感器等。
系统集成
32位高性能单片机，具有强大 的处理能力和丰富的外设接口

、定位精度高的优点，但受信号遮挡和多径效应等因素影响。
2024/3/26
02 03
超声波定位
利用超声波传感器发射超声波并接收反射波，通过测量反射时间计算小 车与障碍物之间的距离和位置信息。具有成本低、实现简单的优点，但 受环境噪声和温度等因素影响。
视觉定位
通过摄像头捕捉图像信息并利用计算机视觉技术对图像进行处理和解析 ，提取出特征点并进行匹配和定位。具有信息丰富、精度高的优点，但 受光照、天气等环境因素影响较大。
选型建议
02
根据项目需求和预算，选择合适的硬件平台；
硬件连接与配置
03
电源、电机、传感器等设备的连接与配置方法。
28
软件编程环境与工具介绍
编程环境安装与配置
如Arduino IDE、Visual Studio Code等；
编程语言选择
C/C、Python等，根据项目需求和硬件平台选择；
调试工具与方法
2024/3/26
16
2024/3/26
04
CATALOGUE
导航与定位技术
17
导航方式分类及特点
2024/3/26
惯性导航
利用陀螺仪和加速度计等惯性传感器测量小车的加速度和角速度，通过积分计算得到小车 的位置和姿态信息。具有自主性强、不受外界干扰的优点，但存在误差累积问题。
视觉导航
通过摄像头捕捉图像信息，利用计算机视觉技术对图像进行处理和解析，提取出道路、障 碍物等特征信息，实现小车的导航。具有信息丰富、精度高的优点，但受光照、天气等环 境因素影响较大。
实现方法
开发手机APP，实现用户界面和控制逻辑；在小车上搭载无线通讯模块和控制器，接收并执行手机 APP发送的控制指令。