基于ZigBee技术的无线智能小车软件设计本科毕业设计论文.docx

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基于ZigBee技术的无线智能小车软件设计本科毕业设计论文

毕业设计（论文）任务书

第1页

毕业设计（论文）题目：

基于ZigBee技术的无线智能小车软件设计

毕业设计（论文）要求及原始数据（资料）：

1.综述无线智能小车的应用前景；

2．深入了解无线智能小车的软件设计的相关技术以及使用；

3．熟练掌握基于QT的图形界面开发以及ZigBee无线通讯技术；

4.设计并实现无线智能小车中关于上位机图形界面的开发、上位机与下位机的无线通讯功能；

5．深入分析无线智能小车的关键技术与编写语言；

6．训练检索文献资料和利用文献资料的能力；

7．训练撰写技术文档与学位论文的能力。

第2页

毕业设计（论文）主要内容：

1．综述无线智能小车在各领域中的应用；

2．掌握QT的图形界面开发技术；

3．掌握ZigBee无线通讯技术；

4.设计并实现无线智能小车中关于上位机图形界面的开发；

5.上位机与下位机的无线通讯功能；

5.组装各功能模块，实现上位机对智能小车无线操作以及红外智能避障功能；

6.深入分析无线智能小车的关键技术与整个设计的流程；

学生应交出的设计文件（论文）：

1．内容完整、层次清晰、叙述流畅、排版规范的毕业设计论文；

2．包括毕业设计论文、源程序等内容在内的毕业设计电子文档及其它相关材料。

第3页

主要参考文献（资料）：

1陈淑娟.Zigbee技术简介及其在无线传感网络中的应用研究[C].大连海事大学信息工程学院，2004

2晁楠.基于ZigBee无线网络的小车控制[D].西安科技大学,2009

3戴琪.基于ZigBee的LED路灯智能控制系统[D].西安电子科技大学,2012

4周怡頲,凌志浩,吴勤勤.ZigBee无线通信技术及其应用探讨[J].自动化仪表,2005,（04）

5王浩南,刘益成.基于嵌入式Linux系统下的Qt开发[J].电脑开发与应用,2010,23（01）

6刘艳青，苏桂莲.基于Qt4的图形用户界面程序的设计与实现[J].现代计算机（专业版）,2009（03）,170-173

7张春艳.基于Qt的嵌入式图形用户界面研究与实现[D].大连海事大学,2008

8BonhyunKoo,KyusukHan,JamesJ.（JongHyuk）Park,TaeshikShon.Designandimplementationofawirelesssensornetworkarchitectureusingsmartmobiledevices[J].TelecommunicationSystems,2013,Vol.52（4）,pp.2311-2320

9BojanKuljić,JánosSimon,TiborSzakáll.PathfindingBasedonEdgeDetectionandInfraredDistanceMeasuringSensor[J].ActaPolytechnicaHungarica,2009,Vol.6

（1）,pp.103

10Kaewnopparat,A.,Sooraksa,P.Trackingproblemandobstacleavoidanceofmobilerobotsusingsimplefuzzycontrol[J].SongklanakarinJournalofScienceandTechnology,2004,Vol.26（5）,pp.671

专业班级

软件1005班

学生

王泽彬

要求设计（论文）工作起止日期

2014年3月17日~2014年6月27日

指导教师签字

日期

2014年3月17日

教研室主任审查签字

日期

系主任批准签字

日期

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

基于ZigBee技术的无线智能小车软件设计

摘要

智能化，是现代社会发展到一定阶段的新产物，是以后发展和研究的重点方向。

它无需人为管理，可以在一个特点的环境里按照预先设计好的模式自动运行。

随着计算机、机械电子、自动化、网络、信息和人工智能等技术的高速发展，智能机器人的研究进入了一个崭新的阶段。

随着研究的深入，对智能机器人、无人自主车等领域的各种技术也有了更高的要求。

本次设计的无线智能小车，采用ATmga16单片机作为小车的控制核心；采用ZigBee来实现上位机与智能小车之间的通讯。

本论文重点介绍了QT以及ZigBee技术的相关概念以及应用。

同时，主要介绍了完成无线智能小车上位机设计中QT的应用，以及ZigBee串口通讯程序的编写。

最终，通过ZigBee的无线通讯以实现无线智能小车的无线操控功能。

本设计的智能小车技术发展成熟，结构简单，易于实现。

而且有很高的智能化和人性化特点。

关键词无线智能小车；ZigBee；QT

BasedonthetechnologyofZigBeewirelesssmartcarsoftwaredesign

Abstract

Intelligent,isanewproductofthedevelopmentofmodernsocialdevelopment,isthefocusofthedevelopmentandresearchdirectioninthefuture.Withouthumanmanagement,itcanbeintheenvironmentofacharacteristicaccordingtothepreliminarydesigngoodmodelautomatically.Alongwiththecomputer,machineryandelectronics,automation,network,artificialintelligenceandinformationtechnology,therapiddevelopmentofintelligentrobotresearchhasenteredanewstage.Withthedeepeningoftheresearchofintelligentrobots,unmannedautonomousvehicleinareassuchasallkindsoftechnologyhavehigherrequirements.

Thedesignofwirelesssmartcar,useATmga16singlechipmicrocomputerascontrolcoreofthecar;ZigBeeisusedtorealizecommunicationbetweenPCandthesmartcar.ThispapermainlyintroducestherelatedconceptsandapplicationsofQTandZigBeetechnology.Atthesametime,mainlyintroducedthecompleteQTinthedesignofwirelesssmartcarPCapplications,andZigBeewriteaserialportcommunicationprogram.Intheend,throughtheZigBeewirelesscommunicationsinordertorealizethewirelesssmartcarradiocontrolfunctions.Thedesignoftheintelligentcartechnologydevelopmentmature,simplestructure,easytoimplement.Andhasahighintelligenceandhumancharacteristics.

Keywords:

Wirelesssmartcar;ZigBee;QT

1绪论

1.1课题研究背景及意义

信息化时代的到来，人们对网络通信技术的要求越来越高。

传统的数字化设备的有线连接给人的生活带来了诸多不便。

发展无线网络技术，将设备从有限连接的束缚中解脱出来，方便人们的使用，已经成为一种趋势，将无线技术运用到智能车设计中，从而使汽车轻松实现无线数据传输、语言通讯、目标跟踪、自动报警等功能已经是必然趋势，但是传统的无线技术大多成本高、结构复杂、不利于无线技术的推广。

近些年来，一些公司和标准化组织就开始在探寻在不同领域的无线网络连接技术。

并且开发出一系列技术标准。

无线传感网络技术的研究热潮掀起了一场后PC时代的革命。

无线传感器网络是由大量无处不在的微小传感器节点，随机布设在无人值守的监控区域而构成的，能够根据环境自主完成指定任务的自治监控网络系统。

它已经引起了学术界和工业界的高度重视，是对21世纪产生巨大影响力的技术之一，在很多领域也具有广阔的应用前景。

2004年，在IEEE802.15.4基础上建立了ZigBee标准，进而推出符合该标准的芯片和开发平台。

ZigBee标准包括IEEE802.15.4协议制定的物理层和介质访问层，以及ZigBee联盟制定的网络层和部分应用层。

ZigBee协议标准作为一种全新的无线传感网络技术应运而生，并展示了迅猛发展的良好势头，引起了国内外广大科技工作者的极大兴趣和关注。

该技术以微消耗能量、强组网能力、低营运成本、高可靠性为特点，可方便地组成一个功耗低、数据传输距离短且速率不高的低营运成本“无线局域网”，广泛应用到军事无人值守和灵巧网络通讯、工业自动控制、大中城市空气质量监控、医院医护监视、高速公路自动收缴费、居民水电气自动收缴费、消费类电子设备、PC外设的无线连接等领域。

国内已有很多高校和科研院所开展了这一领域的研究工作，研究内容含盖无线传感器节点硬件设计、操作系统、网络路由技术、节能技术、覆盖控制技术等。

1.2国内外研究现状及发展趋势

1.2.1国外研究现状

国外对于ZigBee技术的研究较早，技术也更加成熟。

ZigBee联盟成立于2002年8月份，为推动ZigBee技术的发展，Ember、Freescale、Honeywell、Mistubishi/Mtotrola、Philips和Sansung等公司共同成立了ZigBee联盟（ZigBeeAlliance）。

现如今已经吸引了上百家芯片公司、无线设备公司和开发商的加入，其中包括有去多IC设计、家电、通讯设备、IP服务提供、玩具等产商。

目前，该联盟已经包括好过150多家会员。

ZigBee的研究主要集中于硬件和软件2个方面。

硬件方面，目前在2.4GHz的I芯片，以国外的Chipcon市场占有率较高，其RF芯片CC2420搭配AtmelAVR8bits微处理器的平台，也是很多数人接触道德ZigBee的第一个开发平台。

Chipcon已在2005年第3季推出型号为CC2430的系统芯片（soc）,包含RF与微处理器，大大减低了未来ZIgBee相关产品的成本，简化设计产品周期。

2.4GHz的RF芯片厂商Freescale,也又渐渐迎头赶上的趋势。

其IXII芯片公分三种型号：

MCI3191、MCI3192和MCI3193，搭配不同的协议软件，提供给厂商进行不同产品的开发。

软件方面，国际上已经有很多公司提供ZigBeeStack。

例如，Ember、AirBee、Figure8Wireless等，其中以Figure8Wireless（F8W）所设计的Z.Stack最负盛名。

Chipcon把F8W买下之后，是的Chipcon成为ZIgBee的完全解决方案的提供者。

Fresscale也是搭配F8W的Z.Stack。

这样，ChipconCC24Z.Stack以及Freescalel3193+Z.Stack都成为ZigBee的开发的黄金平台。

1.2.2国内研究现状

国内ZigBee的研究起步较晚，国内市场主要由国外占领。

现状国内还未见成熟的自主研制的ZigBee产品，只是有一些研究性和简单应用的文章出现在期刊杂志。

但是随着技术的发展，很多高校和研究机构已经开始无线组网技术的研究和应用。

像中科院计算所的宁波分所就在专业从事无线技术的研究，侧重于无线网络化的智能传感器，计算所自主开发出了低功耗的CPU、多点网络动态组网拓扑协议、网络节点管理软件。

国内的一些个大学，如山东大学、浙江大学也在进行ZigBee组网和应用的研究，利用国外厂商的开发平台和芯片创建ZigBee网络，并且应用在智能家居、物流管理方面。

相信随着无线技术的研究的深入，将有更多的国产的ZigBee产品。

1.2.3研究方向

ZigBee路由协议是基于AODV专用网络路南协议来实现的。

ZigBee路由器主要的功能是：

路径的开发和选择、路径保持维护、路径期满处理。

Z-Stack提供了完善高效的路由算法，兵器路由对对于应用层来说是完全透明的。

用户在实现路由算法时，主要通过路由记录表的配置来实现，这个重要的配置文件是fSwConfig.c用户可以通过配置文件中的ROUTE_EXPIRY_TIME配置路径满期时间，通过MAX_RTG_ENTRIES配置路由表的大小，通过MAX_TEQ_ENTRIES配置并发查找路径的大小。

另基于ZigBee技术的传感器网络应用非常广泛，可以帮助人们更好地实现生活梦想。

ZigBee技术应用在数字家庭中，可使人们随时了解家里的电子设备状况，并可用于对家中病人的监控，观察病人状况是否正常以便作出反应。

ZigBee传感器网络用语楼宇自动化可减低运营成本。

如：

检点里遍布空调供暖（HVAC）设备，如果在每台空调设备上加上ZigBee节点，就能对这些空调系统进行实时控制，节约能源消耗。

此外，通过在手机上集成ZigBee芯片，可将手机作为ZigBee传感器网络的网关，实现对智能家庭的自动化控制、进行移动商务（利用手机购物）等诸多功能。

据BobHeile介绍，目前意大利TIM移动公司已经推出了基于ZigBee技术的Z-sim卡，用于移动电话与电视机顶盒、计算机、家用电器之间的通信及停车场收费等。

1.3设计概要

该智能小车是一辆双轮驱动的小车。

通过ATmega16主控芯片控制传感器输入输出的信号；使用L298N做为电机驱动；ZigBee作为无线通讯装置；HJ-IR2红外传感器用于发射和接收红外线。

以实现无线智能小车的无线操控以及智能避障功能。

本论文主要简述了无线智能小车中所使用的部分技术，即：

QT和ZigBee技术。

并且详细介绍了ZigBee串口通讯程序的编写流程。

最后，介绍了ZigBee模块电路的各个接口，以方便最终智能小车的组装。

2技术简介

2.1QT简介

2.1.1QT概念及其主要模块

QT是一个1991年由奇趣科技开发的多平台的C++图形用户界面应用程序框架。

广泛用于开发GUI程序，这种情况下又被称为部件工具箱。

也可用于开发非GUI程序，比如控制台工具和服务器。

它是Digia公司的产品。

QT使用标准的C++和特殊的代码生成扩展（称为元对象编译器（MetaObjectCompiler,moc））以及一些宏。

通过语言绑定，其他的编程语言也可以使用QT。

QT是自由且开放源代码的软件，在GNU较宽松公共许可证条款下发布。

所有版本都支持广泛的编译器，包括GCC的C++编译器和VisualStudio。

它提供给应用程序开发者建立艺术级的图形用户界面所需的所用功能。

Qt是完全面向对象的很容易扩展，并且允许真正地组件编程。

自从1996年早些时候，Qt进入商业领域，它已经成为全世界范围内数千种成功的应用程序的基础。

经过多年发展，Qt不但拥有了完善的C++图形库，而且近年来的版本逐渐集成了数据库、OpenGL库、多媒体库、网络、脚本库、XML库、WebKit库等等，其核心库也加入了进程间通信、多线程等模块，极大的丰富了Qt开发大规模复杂跨平台应用程序的能力。

QT的主要模块有图形界面、信号与槽、布局管理、图形工具、障碍环境、语言系统、线程支持、言语绑定等模块。

2.1.2QT的发展历史

1996OctKDE组织成立

1998Apr05Trolltech的程序员在5天之内将Netscape5.0从Motif移植到Qt上

1998Apr08KDEFreeQt基金会成立

1998Jul09Qt1.40发