基于單片機的WIFI智能小車.doc

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南 京 理 工 大 學畢業(yè)設計(論文)開題報告學 生 姓 名：張明杰學 號：084911204068專 業(yè)：電子工程設計(論文)題目：基于單片機的wifi智能小車指 導 教 師:譚偉東2014年03月13日 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告1結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫2000字左右的文獻綜述：文 獻 綜 述1.課題研究的背景 現(xiàn)在是一個智能化的時代，許多機器設備或電子儀器都在逐步實現(xiàn)自動化和智能化，各種智能化設備正在逐步替代人為的操作，方便我們的工作、生活。智能化設備可以按照預先設定的模式在一個環(huán)境里自動的運作，不需要人為的管理，可應用于軍事領域、科學勘探、和人民生活等方面。目前，在企業(yè)生產(chǎn)技術不斷提高、對自動化技術要求不斷加深的環(huán)境下，智能車輛以及在智能車輛基礎上開發(fā)出來的產(chǎn)品已成為自動化物流運輸、柔性生產(chǎn)組織等系統(tǒng)的關鍵設備。世界上許多國家都在積極進行智能車輛的研究和開發(fā)設計。智能車輛也叫無人車輛，是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策和多等級輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)。智能車輛的主要特點是在復雜的道路情況下，能自動地操縱和駕駛車輛繞開障礙物并沿著預定的道路(軌跡)行進。智能小車也是智能車輛的一個研究方向，它集中地運用了計算機、傳感、信息、通信、導航及自動控制等技術，是典型的高新技術綜合體。它具有道路障礙自動識別、自動報警、自動制動、自動保持安全距離、車速和巡航控等功能。它可以分為三大組成部分：傳感器檢測部分、執(zhí)行部分、CPU?？梢詫崿F(xiàn)自動避障功能，還可以擴展循跡等功能，感知導引線和障礙物。可以實現(xiàn)小車自動識別路線，選擇正確的行進路線，并檢測到障礙物自動躲避。如果加裝無線路由器并實現(xiàn)和計算機實時通信，就可以通過電腦、手機引導WIFI智能小車行駛，實現(xiàn)實時顯示時間、速度、里程，具有自動尋跡、尋光、避障功能，可程控行駛速度、準確定位停車等運動狀態(tài)進行實時控制。智能小車的主要應用領域包括以下幾個方面:a.軍事偵察與環(huán)境探測：現(xiàn)代戰(zhàn)爭對軍事偵察提出了更高的要求，世界各國普遍重視對軍偵察的建設，采取各種有效措施預防敵方的突然襲擊，并廣泛應用先進科學技術，不斷研制多用途的偵察器材和探測設備，在車上裝備攝像機、安全激光測距儀、夜視裝置和衛(wèi)星全球定位儀等設備，通過光纜操縱，完成偵察和監(jiān)視敵情、情報收集、目標搜索和自主巡邏等任務，進一步擴大偵察的范圍，提高偵察的時效性和準確性。b.探測危險與排除險情：在戰(zhàn)場上或工程中，常常會遇到各種各樣的意外。這時，智能化探測小車就會發(fā)揮很好的作用。戰(zhàn)場上，可以使用智能車輛掃除路邊炸彈、尋找和銷毀地雷。民用方面，可以探測化學泄漏物質(zhì)，可以進行地鐵滅火，以及在強烈地震發(fā)生后到廢墟中尋找被埋人員等。c.安全檢測受損評估：在工程建設領域，可對高速公路自動巡跡，進行道路質(zhì)量檢測和破壞分析檢測；對水庫堤壩、海岸護岸堤、江河大壩進行質(zhì)量和安全性檢測。在制造領域，可用于工業(yè)管道中機械損傷，裂紋等缺陷的探尋，對輸油和輸氣管線的泄漏和破損點的查找和定位等。d.智能家居：在家庭中，可以用智能小車進行家具、遠程控制家中的家用電器，控制室溫等等。對這種小車的研究，將為未來環(huán)境探測術上的有力支持。 2.智能小車的作用和意義避障控制系統(tǒng)是基于自動導引小車（AVauto-guide vehicle）系統(tǒng)，基于它的智能小車實現(xiàn)自動識別路線，判斷并自動避開障礙，選擇正確的行進路線。使用傳感器感知路線和障礙并作出判斷和相應的執(zhí)行動作。該智能小車可以為三大組成部分：傳感器檢測部分、CPU、執(zhí)行部分。機器人要實現(xiàn)自動避障功能，還可以擴展循跡等功能，感知導引線和障礙物?？梢詫崿F(xiàn)小車自動識別路線，選擇正確的行進路線，并檢測到障礙物自動躲避?；谏鲜鲆螅瑐鞲袡z測部分考慮到小車一般不需要感知清晰的圖像，只要求粗略感知即可，所以可以舍棄昂貴的CCD傳感器而考慮使用價廉物美的紅外反射式傳感器來充當。智能小車的執(zhí)行部分，是由直流電機來充當?shù)?，主要控制小車的行進方向和速度。智能小車的現(xiàn)狀：世界各國在智能微型車領域進行了很多研究，己經(jīng)應用于各個領域，在探測和軍事領域使用特別多。智能小車發(fā)展很快，從智能玩具到其它各行業(yè)都有實質(zhì)成果。其基本可實現(xiàn)循跡、避障、檢測貼片、尋光入庫、避崖等基本功能，近年來，我國也開展了很多研究工作，以滿足不同用途的需要。單片機的應用領域越來越廣泛，無論是在生活，生產(chǎn)上，單片機無處不在。ATMEL公司的AT89S51單片機可以廣泛應用于計算機外部設備、工業(yè)實時控制、儀器儀表、通訊設備、家用電器等各個領域。AT89S51可以說是單片機領域的主流產(chǎn)品，其應用如此廣泛，所以有必要去學習和應用該單片機，以滿足實際產(chǎn)品開發(fā)的需要，也是適應社會智能化、自動化的趨勢。通過構建智能小車系統(tǒng)，培養(yǎng)設計并實現(xiàn)自動控制系統(tǒng)的能力。在實踐過程中，熟悉以單片機為核心控制芯片，設計小車的檢測、驅動和顯示等外圍電路，采用智能控制算法實現(xiàn)小車的智能循跡。靈活應用機電等相關學科的理論知識，聯(lián)系實際電路設計的具體實現(xiàn)方法，達到理論與實踐的統(tǒng)一。在此過程中，加深對控制理論的理解和認識。全國各高校都很重視該題目的學校和研究，全國電子大賽和省內(nèi)電子大賽幾乎每次都有智能小車這方面的題目。這幾屆的電子設計大賽智能小車又在向聲控系統(tǒng)發(fā)展。比較出名的飛思卡爾智能小車更是走在前列。本設計就是在這樣的背景下提出的，本題目是結合科研項目而確定的設計類課題。我此次的設計主要實現(xiàn)循跡、避障這兩個功能。3.單片機驅動直流電機一般有兩種方案：a) 勿需占用單片機資源，直接選擇有PWM功能的單片機，這樣可以實現(xiàn)精確調(diào)速；b) 利用網(wǎng)上大家公認做wifi小車較好的大亞db120-wg無線路由器，作為我們的wifi智能小車的wifi連接模塊，使用我們教學用的51系列單片機89C52做為我們wifi智能小車的控制芯片。利用手里面現(xiàn)有的一些電源、驅動等模塊等制作我們的wifi智能小車。本文選擇第二種方案。CPU使用STC89C52單片機，配合軟件編程實現(xiàn)。 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：一、課題研究內(nèi)容與目的本課題是結合科研項目而確定的設計類課題。本設計的目的是WIFI智能小車能夠在電腦、手機WIFI連接控制行駛及其他的控制方式下，實現(xiàn)實時顯示時間、速度、里程，具有自動尋跡、尋光、避障功能，可程控行駛速度、準確定位停車。如下圖21：路由器模塊89C52單片機電機驅動模塊蜂鳴器電路照明電路攝像頭電腦控制終端電機圖2-1系統(tǒng)結構框圖路由器用于接收電腦等終端設備發(fā)送的指令和將攝像頭采集到的視頻信號傳送到電腦等終端設備；單片機最小系統(tǒng)是整個小車的控制核心，控制著各個模塊統(tǒng)一協(xié)調(diào)工作；電機驅動電路用于驅動電機轉動，可以使電機產(chǎn)生正轉、反轉，從而使車體產(chǎn)生前進、后退、轉彎等動作；電機的作用就是使整個車體運動；電平轉換電路是將路由器輸出的3.3V串口電平轉換為單片機能判斷的高低電平；電源電路作用是為整個小車系統(tǒng)共電；舵機制作成云臺，然后裝上攝像頭，使攝像頭可實現(xiàn)上下、水平方向180度旋轉調(diào)節(jié)；攝像頭用于采集視頻信號；蜂鳴器電路用于報警提示；照明電路為小車在夜間行駛提供照明。二、本課題所要研究和解決的問題：由電腦終端，通過WIFI無線網(wǎng)絡連接到路由器，再通過電腦應用軟件，向路由器發(fā)送控制命令及數(shù)據(jù)。路由器接收到數(shù)據(jù)后通過內(nèi)部的串口發(fā)送軟件，將接收到的命令和數(shù)據(jù)，通過路由器串口發(fā)送到89C52單片機的串口端，單片機接收到這些命令后執(zhí)行相應的指令，如：驅動小車運動、舵機運動、蜂鳴器鳴叫、照明電路的開關等。視頻信號，通過攝像頭采集之后通過路由器發(fā)送到電腦終端，并在其應用軟件中顯示攝像頭采集到的視頻信號。三、研究途徑根據(jù)題目的要求，確定如下方案：利用所學單片機知識設計一個控制系統(tǒng)，實現(xiàn)用單片機控制小車。在現(xiàn)有玩具電動車的基礎上，加裝光電、紅外線、超聲波傳感器及金屬探測器，實現(xiàn)對電動車的速度、位置、運行狀況的實時測量，并將測量數(shù)據(jù)傳送至單片機進行處理，然后通過改變PWM信號的占空比，進而單片機控制舵機的轉向和電機轉速，才可以控制小車快慢速行駛，以及自動停車，自動尋跡等功能。進而實現(xiàn)對小車的智能控制。四、研究方法1準備工作 認真詳細的閱讀任務書，深刻了解主要的內(nèi)容和要求。 查閱與智能小車相關的書籍，了解智能小車的工作原理。 了解歷年全國大學生電子競賽有關智能小車的資料。 根據(jù)控制要求初步確定所使用的元器件。 復習單片機的相關知識，查閱與所需硬件相關的電路設計。2. 實施步驟 明確控制要求，繪制電路連接圖。 參考文獻，檢查電路圖的正確性。 根據(jù)電路連接圖焊接電路板，制作智能小車模型。 分析操作流程，繪制程序流程圖。 編寫程序代碼。 運用電腦軟件初步對程序進行調(diào)試。配合智能小車硬件部分，并完善功能，達到設計要求3. 方案設計： 了解智能小車的組成與控制原理； 選擇處理器和相應傳感器； 設計硬件電路； 編寫程序，實現(xiàn)各種實時控制情況； 軟硬件聯(lián)調(diào)，保證實時控制的準確性； 制作樣機。五、完成本課題的工作方案及進度計劃第56周：消化課題，收集有關資料，選擇參考方案；第78周：確定設計方案并熟悉部分器件的用途；第910周：劃分功能模塊，設計單元電路，軟件模塊設計；第1112周：分析電路原理，完成設計過程，仿真電路（制作實物）；撰寫論文初稿。第1314周：按畢業(yè)論文的各項要求，整理論文；修改、完善論文，檢查定稿；制作PPT，準備答辯；第1516周：畢業(yè)答辯。參考文獻1 張永楓單片機應用實訓教程北京：清華大學出版社，20082 劉守義單片機應用技術西安：西安電子科技大學出版社，20073 趙克林C語言實例教程北京：人民郵電出版社，20094 徐 瑋C51單片機高效入門北京：機械工業(yè)出版社，20065 劉建清從零開始學單片機技術北京：國防工業(yè)出版社，20066 劉建清從零開始學單片機C語言北京：國防工業(yè)出版社，20067 王靜霞單片機應用技術（C語言版）北京：電子工業(yè)出版社，20098 李伯成嵌入式系統(tǒng)可靠性設計北京：電子工業(yè)出版社，20069 先鋒工作室單片機程序設計實例西安：清華大學出版社，200310 馬忠梅單片機的C語言應用程序設計北京：北京航空航天大學出版社，198811 李群芳單片微型計算機與接口技術北京：電子工業(yè)出版社，200712 曾增烽，劉浩，李雪，基于51單片機的串行通信協(xié)議的實現(xiàn)J，中國礦業(yè)大學 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