基于无线传输的智能巡航小车的设计论文.doc
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1、基于无线传输的智能巡航小车的设计基于无线传输的智能巡航小车的设计摘要 随着科学技术的发展,现代智能技术的发展正逐步呈现出自动化和集成化的特点。最初的研究是基于远程控制系统为基础,利用远程控制系统实现远距离自动控制,遥控车作为智能远程控制系统研究的重要组成部分,其运行状态可以人为的自主控制,遥控车可在危险的环境中替代人体进行探测等工作,不但可以减少人员的伤亡,而且也能够准确的完成任务。在当今智能化飞速发展的时代,具有十分重要的研究意义。笔者在本文中提到的这个设计,是在以蓝牙遥控基础上进行的一种多功能智能小车。笔者在本文中,主要针对如何以通过对主控制机来对多功能小车进行远程控制为内容,研究出了一类
2、能够在无线蓝牙控制基础上工作的智能小车。本论文设计分为5个部分:绪论部分介绍智能机器人的发展以及在生活中的应用,智能巡航小车的功能、核心构造。介绍智能巡航小车的设计使用的主要原理和研究方法。在硬件方面,主要对单片机控制模块方面进行了研究、驱动电路、红外对管寻迹模块、无线传输模块以及检测与报警模块等设计。并介绍了整体方案设计以及主控、电源、寻迹、无线传输、电机驱动、检测与报警这六大模块的电路设计。软件设计部分介绍了模糊控制算法的发展和原理,两种调试软件Keil Vision4、STC_ISP_V483,以及主程序框图和部分源程序。最后详细介绍了调试过程,以及整体程序的呈现。关键词:智能小车;单片
3、机;无线蓝牙传输;模糊控制算法;AbstractWith the development of science and technology, the development of modern intelligent technology is gradually showing the characteristics of automation and integration. The first study is a remote control system based on the realization of automatic remote control, remote con
4、trol system, remote control car as an important part of intelligent remote control system, its running state can independently control artificial, remote control car can be in a dangerous environment and replacement of human detection work, not only can reduce casualties. But also can accurately com
5、plete the task. In todays era of rapid development of intelligence, has very important research significance. In order to realize the remote control of the intelligent car by the main control machine, this paper designs a kind of intelligent car based on Wireless Bluetooth control mode. The wireless
6、 remote control robot car can play a special role in the operation of hazardous environment, personnel collection and so on. The choice of multi-functional intelligent car as the object the design of Bluetooth This paper remote control based on. This paper is divided into 5 parts: the introduction p
7、art introduces the development of intelligent robot and its application in life. This paper introduces the principle and method of the design and application of the intelligent cruise car. The hardware design part introduces the design of the single chip microcomputer control module, the drive circu
8、it design, the design of infrared tracking module, the design of wireless transmission module and the design of detection and alarm module. It also introduces the design of six modules, including the overall design, the main control, power supply, tracking, wireless transmission, motor drive, detect
9、ion and alarm. The software design part introduces the development and principle of fuzzy control algorithm, two kinds of debugging software Keil Vision4, STC_ISP_V483, as well as the main program block diagram and part of the source program. Finally, the paper introduces the following three kinds o
10、f debugging: hardware debugging, software debugging, debugging, and the whole program. The self control circuit, as well as the main program block diagram and part of the sourcethe control program and the mechanical structure of the four wheel trolley are combined to make the multifunctional intelli
11、gent vehicle.Key words: intelligent car; MCU; wireless Bluetooth transmission; fuzzy control algorithm;目录第一章绪论41.1研究目的及意义41.2国内外研究情况51.3理论依据71.4任务及目标7第二章硬件设计72.1总体设计72.2单片机控制模块设计102.3驱动模块设计102.4寻迹模块设计112.5无线蓝牙传输模块设计122.6检测报警模块设计13第三章电路设计153.1主控模块电路设计153.2电源模块电路设计163.3寻迹模块电路设计163.4电机驱动模块电路设计173.5无线传输
12、模块电路设计183.6报警模块电路设计18第四章软件设计204.1模糊控制算法的发展204.2模糊控制算法的原理214.3主程序框图和部分源程序22第五章系统调试265.1测试环境265.2测试方法275.3测试结果分析27第六章结束语27参考文献28第一章绪论1.1研究目的及意义目的:运用在校期间学习的知识为基础,自主探索无线传输为基础的智能巡航小车的设计,从而加深对智能机器人技术的理解使智能机器人技术能更好地应用到更多的领域,加深对控制理论的理解与认识。意义:通过实际动手对智能寻迹小车的软硬件进行设计和实现,加深对已经学过的单片机和模糊控制算法的理解,对大学学习的理论知识进行综合运用。同时
13、,对目前世界范围内该方面的研究水平有一个全方位的了解,对当代智能研究系统领域有更加深刻的认识,为将来自主研发的智能系统提供多方面的参考和研究思路。1.2国内外研究情况第一台独立的智能车是由NilsNi ssen和CharlenRosen等人在1972年历时6年完成研制,智能车名字叫shakey。从二十世纪开始,美国国防高级研究计划局开始对智能车研究的序幕;卡内基梅隆大学书店计划完全采用视觉导航,智能车根据图像的视觉定位和导航; 1997登上火星的的智能汽车检测小车sojna,是由美国国家航空航天局开发的, sojna 装载的5台激光传感器对周围环境侦察信息,并得以实现;美国军械制造商诺斯洛普格
14、鲁门公司制造的安德罗斯 F6A型排爆机器人,该机器人可以完成搜索位置并拆炸弹代替人体从事对人体有害的危险行业等,该职能车独特的设计结构可以完成自动避障、爬楼梯、爬沟等一些行为。2000年到2006年,经过6年的不断改进,日本成功改进了具有模仿人体结构的机器人ASIMO,机器人ASIMO身高与未成年人相近,体重不过百斤,能以正常人行走速度行动,同时也可以像人一样躲避障碍。该机器人的出现代表世界最高水平。在2011国际机器人展日本推出了一个导盲机器狗,这种机器狗可以带盲人过马路等一些生活,从它的轮部来看,其采用了车轮和脚车轮作为其结构支撑,一般在地面中移动时,使用的是车轮,如果在台阶上,其会采用四
15、足进行移动。可以在不同的路面环境行走,导盲犬机器人依靠机器人头部的高科技的距离图像识别传感器识别行驶路面及环境,从而达到引导的作用,日本预计在2020可以投入市场。Magnus Lindhe和okhatib两种系统,精准智能的设计巧妙的将多个智能小车情况下如何对一般的障碍物进行躲避这一问题解决,其主要是通过对传统的导航算法以及覆盖控制算法进行完善之后的结构。M.soorki naderi等人。提出了一种新的多智能车避障策略,结合两种不同的方法和策略,领导车运行路线和舰队部署获得智能车团队系统的稳定条件,此为虚拟智能小车自动避障策略。郭华烨在对Agent系统做出解决问题时,主要对其动态规划以及在
16、避障方面的问题中采用了路径规划流原理和人工势场法的方法。动态联盟(动态关联)算法优化了系统形成和自动避障的性能,解决了多Agent之间的冲突问题。Dong Hun Kim设计了智能车编队系统的分散控制结构,自动避开障碍物。清华大学在该方面的研究位于全国首列。该智能汽车可以实现自动驾驶。2013年,中国科学院与清华大学联合开发了一款新型智能家居机器人,可以实现自由行驶、智能监控、与人交流、照顾老人等功能。刘俊昌,卢丽斌等在智能车辆信息采集系统的研究方面利用三个相同的远红外探测器,探测范围达到最大化,实现空间中的障碍物检测在180度的前端智能汽车。卞云松设计的智能车载信息采集系统由STC 12,单
17、片机tl851,TL852,超声波接收和发射超声波构成。顾志华、徐晓辉胡设计由多个测距传感器安装在智能小车车头,然后根据多个传感器检测到障碍的数量,完成转向控制。蔡卓帆设计了智能车的前轮安装转向器,转向通过转向齿轮完成避障动作。付志强、裴小敏两人主要通过在设计智能车的过程中,加入了超声波传感器作为其在移动过程中的路线问题做出了解决,该设计使其在检测到路线有障碍时,首先回对障碍的方位做出分析运算,其次会依据自身当前方位以及如何对障碍物进行躲避进行PWM(脉冲宽度调制)波进行对电机的控制以及在移动过程中的障碍物躲避方式。上述信息采集系统和避障策略设计基本能满足避障的要求,但红外接近开关、红外二极管
18、、超声波发射电路、超声波接收作为避障传感器只能感知智能车前方的障碍物,不能对在于智能汽车相距问题上得到准确的数据分析,这导致多功能小车在这样一个环境下的躲避障碍物问题得不到该有的解决方式。超声波测距传感器的安装会引起传感器之间的相互干扰。同时,设计只考虑小车前部检测障碍物,不考虑车辆两侧的障碍物,检测信息不全面。从其在躲避障碍物的角度出发,其循线壁障的形式导致多功能小车在移动过程中,只能做到以规定好的路线进行移动,没有独自的适应能力。而且,避障后没有回到原来的运动方向,没有完全绕过障碍物,避障功能不完善。1.3理论依据依据计算机技术、机械电子、人工智能、探测系统基于红外传感器、烟雾传感器技术及
19、控制技术、最重要的一点是以STC89C52单片机在模糊控制算法的基础上,以对蓝牙技术的运用等实现小车的智能寻迹,远程控制等功能。1.4任务及目标通过运用在校期间学习的知识为基础,自主探索无线传输为基础的智能巡航小车的设计,检验了大学期间的学习成果的同时,更能加深对智能机器人技术的理解使智能机器人技术能更好地应用到更多的领域,加深对控制理论的理解与认识。通过实际动手对智能寻迹小车的软硬件进行设计和实现,加深对已经学过的单片机和模糊控制算法的理解,对大学学习的理论知识进行综合运用。与此同时,从我国当前对只能机器人的研究领域出发,会有一个新的研究突破以及宏观角度上的一个新的价值,对我国当前在智能机器
20、人领域中对不同软硬件的应用会有一个更重要的领域突破,对我国今后在智能机器人领域研究领域提供一个更稳定丰富的环境。研究方法:对比选择、多次调试论证、综合处理、模块独立分析。第二章硬件设计2.1总体设计本设计研发的智能巡航小车统结由两大部分组成,系统构框图如图1所示。 图1 小车整体设计图俯看小车整体设计侧视以蓝牙作为基础传输模式的智能车,其主要通过竹控制模块和控制部分(小车)来对信号系统做出分析,依照上图所展示的结构模式框架来看,不难分析出其第一部分主要是对小车的系统控制方面的刻画,从整体角度出发,其主要应用了模块化的研究理论思路。在控制方面,其主要通过对STC_ISP_V483单片机的应用作核
21、心处理,从其系统方面来看,其主要由电源、无线蓝牙的传输模块、电机驱动模块、寻迹模块、检测报警模块进行合成。第二个部分是系统的主控制模块,是显示和发送终端,也是整个系统的“司令部”,主控制模块仪器设计软件开发系统应用Keil Vision4虚拟仪器设计软件开发系统。小车工作原理:打开小车电源时,STC_ISP_V483单片机通过无线传输模块发出启动提示。当主控制模块准备好后,Keil Vision4端控制软件通过无线控制模块向单片机发出指令,芯片进入指令发射模式;小车由STC_ISP_V483单片机控制,在接收到主控制指令后电机驱动模块首先运行, 同时寻迹模块中的红外发射管发出相应码制的红外进攻
22、信号;传感器采集回来的数据,经过数据分析,对驱动模块发号施令,协调左右两侧的电机,使小车完成直线行走、转弯,等功能。采集回来的数据通过无线传输模块反馈主控制模块,完成检测,报警的功能。2.2单片机控制模块设计主控单元电路通过STC_ISP_V483单片机来对1电机和2电机、无线数据收发模块、无线信号指示等控制功能的完成。(如下图所示) 单片机控制系统图2.3驱动模块设计本系统采用“二制动四驱动”型小车:(如下图) 驱动模块实物图其中有2个车轮有驭动电机,另外两个为带有驱动杆的支撑轮,(保证同向两个轮能同转数同向运动)因此需要两个电机控制输出端口,同时小车无方向舵,所以在小车的左右转向,是以左、
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