基于AVR单片机的智能小车设计.docx

1、 基于基于 AVR单片机的智能小车设计单片机的智能小车设计 2016届毕业生毕业论文（设计）题目：基于 AVR 单片机的智能小车设计 院(系)别 信息科学与电气工程学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 电气 091 原 创 声 明 本人周国旺郑重声明：所呈交的论文“基于 AVR 单片机的智能小车设计”，是本人在导师丁晓冬的指导下开展研究工作所取得的成果。除文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，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，尊重知识产权，并愿为此承担一切法律责任。论文作者(签字

2、)：日期：2013年 06月 13日 摘 要 智能车作为现代社会的新生产物，是未来的发展的一个重要方向，它可以按照预定的模式在特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期目标。智能车以及在智能车辆基础上开发出来的产品已成为航天、医疗、工业控制、物流等各个领域的关键设备。本设计中的理论方案、分析方法及特色与创新点等对智能化机器人，智能家用电器等自动半自动机器人的设计与普及有一定的参考意义。整个智能小车的设计主要以 AVR 单片机为控制核心，以四轮玩具小车为控制对象，实现小车的循迹运行、躲避障碍物等功能。本设计通过红外线光电传感器,实现循迹功能，通过红外避障传感器实现智能小车的躲避障碍的功

3、能。通过单片机的控制，将各模块有效整合在一起，达到所预期的目标。关键词：AVR 单片机,智能小车,循迹,避障 Abstract Smart car is an important direction for the future development as a new product of modern society.It can operate automatically in a specific environment according to the predetermined pattern and will be able to complete the intended ta

4、rget without users management.Smart car and other products based on smart car has become the key equipment for aerospace,medical,industrial control,logistics and other fields.The design of theory scheme and analytic method,features and innovations etc.which have some reference value on the design an

5、d popularity of semiautomatic robot automatically such as intelligent robots,intelligent household appliances.The design of the smart car is based on AVR microcontroller to control the four-wheel toy car,and eventually to implement tracking operation and avoiding obstacles.This design implement the

6、tracking function through the infrared photoelectric sensor and implement the avoiding obstacles function through the infrared avoidance sensor.Integrating the various modules together by the control of the microcontroller,and eventually achieving the desired objectives.Key words:AVR microcontroller

7、,Smart car,Traction,Obstacle avoidance 1 绪论绪论 1.1 研究的背景和意义研究的背景和意义 随着计算机，微电子技术的快速发展，智能化技术的开发越来越快，智能程度也越来越高，应用的范围也得到了极大的扩展。智能小车系统以迅猛发展的汽车电子技术为背景，涵盖了电子，计算机，机械，传感技术等多个学科。同时，当今机器人技术的发展日新月异，其应用于考古，探测，国防等众多领域。无人飞船，外星探测，智能化生产等等无不得益于机器人技术的发展。一些发达国家已经把机器人设计制作竞赛作为创新教育的战略手段。从某种意义上来说，机器人技术反映的是一个国家综合技术实力的高低，而智能小

8、车是机器人的雏形，它的控制系统的研究与制作将有助于推动智能机器人控制系统的发展。随着智能化技术的发展，对于智能化技术的研究也越来越受关注。全国电子竞赛与各省电子竞赛几乎每次都有智能小车方面的题目，全国各大高校也都重视该项目的研究，可见智能小车具有较大的研究意义。1.2 国内外研究现状国内外研究现状 智能车辆作为智能交通系统的关键技术，是许多高新技术综合集成的载体。智能车辆驾驶是一种通用性术语，指全部或部分完成一项或多项驾驶任务的综合车辆技术。智能车辆的一个基本特征是在一定道路条件下实现全部或者部分的自动驾驶功能，下面简单介绍国内外智能小车研究的发展情况。1.2.1国外智能车辆研究现状 国外智能

9、车辆的研究历史较长，始于上世纪 50年代。它的发展历程大体可以分成三个阶段：第一阶段：20世纪 50年代是智能车辆研究的初始阶段。1954年美国 Barrett Electronics 公司研究开发了世界上第一台自主引导车系统 AGVS（Automated Guided Vehicle System）。该系统只是一个运行在固定线路上的拖车式运货平台，但它却具有了智能车辆最基本得特征即无人驾驶。早期研制 AGVS的目的是为了提高仓库运输的自动化水平，应用领域仅局限于仓库内的物品运输。随着计算机的应用和传感技术的发展，智能车辆的研究不断得到新的发展。第二阶段：从 80年代中后期开始，世界主要发达国

10、家对智能车辆开展了卓有成效的研究。在欧洲，普罗米修斯项目于 1986年开始了在这个领域的探索。在美洲，美国于 1995年成立了国家自动高速公路系统联盟（NAHSC），其目标之一就是研究发展智能车辆的可能性，并促进智能车辆技术进入实用化。在亚洲，日本于 1996年成立了高速公路先进巡航/辅助驾驶研究会，主要目的是研究自动车辆导航的方法，促进日本智能车辆技术的整体进步。进入 80年代中期，设计和制造智能车辆的浪潮席卷全世界，一大批世界著名的公司开始研制智能车辆平台1。第三阶段：从 90年代开始，智能车辆进入了深入、系统、大规模研究阶段。最为突出的是，美国卡内基梅隆大学（Carnegie Mello

11、n University）机器人研究所一共完成了 Navlab系列的 10台自主车（Navlab1Navlab10）的研究，取得了显著的成就。目前，智能车辆的发展正处于第三阶段。这一阶段的研究成果代表了当前国外智能车辆的主要发展方向。在世界科学界和工业设计界中，众多的研究机构研发的智能车辆具有代表性的有：德意志联邦大学的研究：1985年，第一辆 VAMORS 智能原型车辆在户外高速公路上以 100km/h的速度进行了测试，它使用了机器视觉来保证横向和纵向的车辆控制。1988年，在都灵的 PROMRTHEUS 项目第一次委员会会议上，智能车辆维塔进行了展示，该车可以自动停车、行进，并可以向后车传

12、送相关驾驶信息。这两种车辆都配备了 UBM视觉系统。这是一个双目视觉系统，具有极高的稳定性。荷兰鹿特丹港口的研究：智能车辆的研究主要体现在工厂货物的运输。荷兰的Combi road 系统，采用无人驾驶的车辆来往返运输货物，它行驶的路面上采用了磁性导航参照物，并利用一个光阵列传感器去探测障碍。荷兰南部目前正在讨论工业上利用这种系统的问题，政府正考虑已有的高速公路新建一条专用的车道，采用这种系统将货物从鹿特丹运往各地。日本大阪大学的研究：大阪大学的 Shirai实验室所研制的智能小车，采用了航位推测系统（Dead Reckoning System），分别利用旋转编码器和电位计来获取智能小车的转向角

13、，从而完成了智能小车的定位。1.2.2国内智能车辆研究现状 相比于国外，我国开展智能车辆技术方面的研究起步较晚，开始于 20世纪 80年代。而且大多数研究处在于针对某个单项技术研究的阶段。虽然我国在智能车辆技术方面的研究总体上落后于发达国家，并且存在一定得技术差距，但是我们也取得了一系列的成果。中国第一汽车集团公司和国防科技大学机电工程与自动化学院与 2003年研制成功我国第一辆自主驾驶轿车。该自主驾驶轿车在正常交通情况下的高速公路上，行驶的最高稳定速度为 13km/h，最高峰值速度达 170km/h，并且具有超车功能，其总体技术性能和指标已经达到世界先进水平。南京理工大学、北京理工大学、浙江

14、大学、国防科技大学、清华大学等多所院校联合研制了军用室外自主车，该车装有彩色摄像机、激光雷达、陀螺惯导定位等传感器。其体系结构以水平式结构为主，采用传统的“感知建模规划执行”算法，其直线跟踪速度达到 20km/h，避障速度达到 5-10km/h。智能车辆研究也是智能交通系统 ITS的关键技术。目前，国内的许多高校和科研院所都在进行 ITS关键技术、设备的研究。随着 ITS研究的兴起，我国已形成一支 ITS技术研究开发的技术专业队伍。并且各交通、汽车企业越来越加大了对 ITS及智能车辆技术研发的投入，整个社会的关注程度在不断提高。交通部已将 ITS研究列入“十五”科技发展计划和 2010年长期规

15、划。相信经过相关领域的共同努力，我国 ITS及智能车辆的技术水平一定会得到很大提高2。可以预计，我国飞速发展的经济实力将为智能车辆的研究提供一个更加广阔的前景。我们要结合我国国情，在某一方面或某些方面，对智能车进行深入细致的研究，为它今后的发展及实际应用打下坚实的基础。1.3 本次设计的主要任务本次设计的主要任务 本课题是设计一款能自动寻迹避障的智能小车。智能小车能具有以下两个功能。（1）循迹功能，能按照路面的黑色轨迹行驶；（2）自动避障功能，小车在行驶过程中能识别障碍物，做到准确无误的躲避障碍物。本课题研究的任务主要有以下几个方面。（1）根据系统功能的要求，进行系统的硬件与软件的整体设计。（

16、2）选择性价比最佳的器件来进行硬件设计，采用模块化的软件设计方法，使程序结构清晰，可读性强。（3）系统硬件方面设计包括：外围电路的合理设计。主要内容有：核心控制模块，电机驱动模块，循迹模块，避障模块的方案选择与设计。（4）系统软件方面设计包括系统主程序，过程控制程序，外部中断程序等。根据课题功能要求，本文采取以下研究步骤来实现：系统整体功能分析与可行性研究、划分功能模块、各功能模块的电路原理设计、各功能模块的软件设计与调试、系统整体电路与软件调试。在满足各项性能指标的前提下，不仅要考虑系统的易用性，还要降低成本，使其经济实用，满足本身本次设计的要求，实现智能小车的寻迹和避障。2 系统方案设计系统方案设计 2.1 总体设计框图总体设计框图 此系统是以单片机为控制核心，处理执行各个外部传感器检测得到的电平信号，其中外部信号有两部分得到：红外对管循迹模块，红外避障模块。最后把处理结果传递给小车电机，使小车做出正确的反应。系统组成框图如图 2.1所示。红外对管循迹模块使用四个红外对管检测地面的黑线，单片机通过四个红外对管的高低电平变化控制小车的移动方向；红外避障模块将红外避障传感器固定于小车前