专业综合课程设计开题报告

吉林大学珠海学院课程设计报告
多功能智能小车
设计题目专业综合课程设计
所属系部测控技术与仪器
专业班级15 班
学生姓名吴聪
学号03121520
指导教师谷峰老师
设计地点实验楼427实验室
20 15 年9月8日
一．智能小车的作用和意义
智能小车，也就是轮式机器人，最适合在那些人类无法工作的环境中工作，该技术可以应用于无人驾驶机动车，无人生产线，仓库，服务机器人，航空航天等领域。

作为20世纪自动化领域的重大成就，机器人已经和人类社会的生产、生活密不可分。

因此为了使智能小车工作在最佳状态，进一步研究及完善其速度和方向的控制是非常有必要的。

智能小车要实现自动寻迹功能和避障功能就必须要感知导引线和障碍物,感知导引线相当给机器人一个视觉功能.避障控制系统是基于自动导引小车系统,基于它的智能小车实现自动识别路线,判断并自动避开障碍,选择正确的行进路线.使用传感器感知路线和障碍并作出判断和相应的执行动作.
该智能小车可以作为机器人的典型代表.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.考虑使用价廉物美的红外反射式传感器来充当.智能小车的执行部分,是由直流电机来充当的,主要控制小车的行进方向和速度.单片机驱动直流电机一般有两种方案:第一,勿需占用单片机资源,直接选择有PWM功能的单片机,这样可以实现精确调速;第二,可以由软件模拟PWM输出调制,需要占用单片机资源,难以精确调速,但单片机型号的选择余地较大.考虑到实际情况CPU使用51单片机,配合软件编程实现.
二．智能小车国内外研究现状
在现代化运输及物流系统中，SZD智能行小车因其独特的性能优点（整个系统由于是空中运行，地面操作控制，充分地利用厂房空间，有效地减少使用面积，实现地面、空中为一体的立体化自动输送系统，同时，它与输送链相比较，该输送系统运行速度更快，负载更大，抗污染更强，安装更为方面，生产成本更低等优点），在现代汽车生产制造行业中被普遍使用，但到目前为止，SZD智能小车输送线的生产都是单工位控制，双工位智能小车控制系统在国内还是属于空白，在国外著名的日本大福公司也只是进行了部分的研制和开发，虽取得了一些进展，但造价相当昂贵，从目前国内汽车行业的现状看，单工位SZD智能小车输送线的生产已经满足不了汽车行业生产制造的要求，汽车生产厂商纷纷要求开发出具有双工位功能的智能小车系统，因此，此项技术的改进势在必行。

三．方案设计与论证
根据题目的要求，确定如下方案：首先设计出小车的基本模型以及传动方案，并在车上加装红外线对管，实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。

这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制，控制灵活、可靠，精度高，可满足对系统的各项要求。

根据设计要求，我们的自动避障小车主要由六个模块构成：电源及稳压模块、主控模块、红外对管寻迹模块、红外避障模块、电机驱动模块、无线遥控模块组成。

四．模块方案比较与论证
4.1 电源及稳压模块
方案一：采用交流电经直流稳压处理后供电
采用交流电提供直流稳压电源，电流驱动能力及电压稳定性最好，且负载对电源影响也最小。

由于需要电线对小车供电，极大影响了壁障小车行动的灵活性及地形的适应能力。

而且壁障小车极易把拖在地上的电线识别为障碍物，人为增加了不必要的障碍。

故我们放弃了这一方案。

方案二：采用蓄电池供电
蓄电池具有较强的电流驱动能力和较好的电压稳定性能，且成本低廉。

可采用蓄电池经7812芯片稳压后给电机供电，再经过降压接7805芯片给单片机及其他逻辑单元供电。

但蓄电池体积相对庞大，且重量过大，造成电机负载过大，不适合我们采用的小车车架（玩具电动车车架）。

故我们放弃了这一方案。

方案三：采用干电池组进行供电
采用四节干电池降压至5V后给单片机及其他逻辑单元供电，另取六节干电池为电机及光电开关供电。

这样电机启动及制动时的短暂电压干扰不会影响到逻辑单元和单片机的工作。

干电池用电池盒封装，体积和重量较小，同时玩具车底座可以安装四节干电池，正好可为单片机及其他逻辑单元供电。

在稳压方面，起始时考虑使用7805芯片对6V的电池电压进行降压稳压。

但考虑到这样使得7805芯片消耗大量能量，降低电池寿命；同时，由于AT89C52、光电开关、小车电机对于供电电压要求并不苛刻，故我们将6V电池电压接一个二极管降压后直接给单片机及其他逻辑单元供电。

而电机和光电开关的电源不做稳压处理。

这样只需在小车遥控上加两个调速按钮，根据电池电量选择合适功率即可，甚至于可直接在软件里设置自动换挡。

综合考虑，我们采用方案三，示意图如图1所示。

图1 电源模块设计
4.2 主控模块
由于智能小车的要求不是很高，主要都是一些简单的控制，AT89C52是我们在《单片机原理与应用技术》
学习过的，且价格便宜容易购
买，所以最终我们直接选用了课
程主要介绍的，Atmel公司的单
片机作为主控模块，如图2所
示。

AT89C52的主要性能参数
●与Mcs-51产品指令和
引脚完全兼容。

●8字节可重擦写FLASH 闪速存储器图2
AT89C52单片机
●1000 次擦写周期
●全静态操作：0HZ-24MHZ
●三级加密程序存储器
●256X8字节内部RAM
●32个可编程I/0口线
●3个16 位定时／计数器
●8个中断源
●可编程串行UART通道
●低功耗空闲和掉电模式
4.3 红外对管寻迹模块
方案一：采用发光二极管发光，用光敏二极管接收。

由于光敏二极管受可见光的影响较大，稳定性差。

方案二：利用集成型红外对管作为寻迹单元的传感器，其中红外线发射管发射红外线，红外线二极管进行接收。

采用红外线发射，外面可见光对接收信号的影响较小，再用射极输出器的信号进行隔离。

本方案也易于实现，比较靠谱，因此采用方案二。

4.4 红外避障模块
方案一：采用超声波避障，超声波受环境影响较大，电路复杂，而且地面对
超声波的反射，会影响系统对障碍物的判断。

方案二：采用红外线避障，利用单片机来产生38KHz信号对红外线发射管进行调制发射，发射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来，红外线接收管对反射回来信号进行解调，输出比较电平。

外界对红外信号的干扰比较小，且易于实现，价格也比较便宜，股采用方案二。

4.5 无线电遥控模块
方案一：由发射和接收两大部分组成红外遥控系统，应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作，发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发生器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路等。

相对结构比较复杂，而且使用的时候必须将遥控器的前红外发射孔对准接收管才可以。

方案二：无线电遥控也由发射和接收两大部分组成，由于无线电遥控模块在市场上非常普及，加上无线电遥控有传输距离远、抗干扰能力强、无方向性等，对于小车的控制是个不错的选择。

因此，最终选择用电量、发射、接收功率都不大，一般的小障碍也可以穿越，而且遥控无方向性的无线电遥控。

4.6 电机驱动模块
本系统为智能小车，对于智能小车来说，其驱动轮的驱动电机的选择就显得十分重要。

由于本实验要实现对路径控制定位和速度测量不是要求太高，精度也不是太高，所以我们综合考虑了一下两种方案。

方案1：采用步进电机作为该系统的驱动电机。

由于其转过的角度可以精确的定位，可以实现小车前进路程和位置的精确定位。

虽然采用步进电机有诸多优点，步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统，经综合比较考虑，我们放弃了此方案。

方案2：采用直流电机。

直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。

遥控车马达/小直流电机电机 RF-500TB-ZD供电电压：直流DC3-9V，转速2400r/m是自制玩具车等模型理想选择。

能够较好的满足系统的要求，因此我们选择了方案2。

四．综合设计进度安排
1. 9月7号，老师布置综合课程设计任务和告知相关设计任务时间安排。

2. 9月8号，学生确定综合课程设计题目和具体上课时间。

3. 9月9号—9月12号约4天左右时间收集相关资料并进行整理。

4. 9月13号—9月19号约7天左右时间对系统各模块零件进行组装和焊接。

5. 9月20号—10月14号约25天左右时间进行各模块的软件编程和软件
调试。

6. 10月15号—10月23号约8天左右时间进行系统调试。

7. 10月24号—10月30号约7天左右时间写专业综合课程设计报告。