智能小車文獻(xiàn)綜述

1、表5畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述浙 江 科 技 學(xué) 院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文) 論文 文 獻(xiàn) 綜 述 (2012 屆)題 學(xué) 專 班 學(xué)目 院 業(yè) 級(jí) 號(hào)基于 stc89c51 單片機(jī)智能小車的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 完成日期2011 年 12 月 22 日一本課題的研究意義 隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和制造技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)碼相機(jī)、dvd、洗衣機(jī)、 汽車等消費(fèi)類產(chǎn)品越來越呈現(xiàn)光機(jī)電一體化、智能化、小型化等趨勢(shì)。各種智能化 小車在市場(chǎng)玩具中也占一個(gè)很大的比例。根據(jù)美國(guó)玩具協(xié)會(huì)的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，近年來全 球玩具銷量增幅與全球平均 gdp 增幅大致相當(dāng)。 而全球玩具市場(chǎng)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)比重卻 發(fā)生

2、了重大改變：傳統(tǒng)玩具的市場(chǎng)比重正在逐步縮水，高科技含量的電子玩具則蒸 蒸日上。美國(guó)玩具市場(chǎng)的高科技電子玩具的年銷售額 2004 年交 2003 年增長(zhǎng) 52%， 而傳統(tǒng)玩具的年銷售額僅增長(zhǎng) 3%。英國(guó)玩具零售商協(xié)會(huì)選出的 2001 圣誕節(jié)最受歡 迎的十大玩具中，有 7 款玩具配有電子元件。從這些數(shù)字可以看出，高科技含量的 電子互動(dòng)式玩具已經(jīng)成為玩家行業(yè)發(fā)展的主流。 如今知識(shí)工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)、機(jī)電一體化和工業(yè)一體化等許多領(lǐng)域都在討論智 能系統(tǒng)，人們要求系統(tǒng)變得越來越智能化。顯然傳統(tǒng)的控制觀念是無法滿足人們的 需求，而智能控制與這些傳統(tǒng)的控制有機(jī)的結(jié)合起來取長(zhǎng)補(bǔ)短，提高整體的優(yōu)勢(shì)更 好的滿足人們的

3、需求。 隨著人工智能技術(shù)、 計(jì)算機(jī)技術(shù)、 自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展， 智能控制必將迎來它的發(fā)展新時(shí)代。 計(jì)算機(jī)控制與電子技術(shù)融合為電子設(shè)備智能化 開辟了廣闊前景。因此，遙控加智能的技術(shù)研究、應(yīng)用都是非常有意義而且有很高 市場(chǎng)價(jià)值的1。 智能小車，也稱輪式機(jī)器人，是一種以汽車電子為背埃強(qiáng)刂啤?模式識(shí)別、 傳感技術(shù)、電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多科學(xué)的科技創(chuàng)意性設(shè)計(jì)，一般主要路徑 識(shí)別、速度采集、角度控制及車速控制等模塊組成。一般而言,智能車系統(tǒng)要求小 車在白色的場(chǎng)地上,通過控制小車的轉(zhuǎn)向角和車速,使小車能自動(dòng)地沿著一條任意 給定的黑色帶狀引導(dǎo)線行駛。2 二本課題的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 在 80

4、年代中期，設(shè)計(jì)和制造機(jī)器人的浪潮已席卷全球，世界上一些著名的公 司開始研制移動(dòng)機(jī)器人 （此時(shí)的移動(dòng)機(jī)器人的主要用作大學(xué)實(shí)驗(yàn)室及研究機(jī)構(gòu)的實(shí) 驗(yàn)平臺(tái)） ，并促進(jìn)了移動(dòng)機(jī)器人學(xué)多種研究方向的出現(xiàn)。90 年代以來，以研制高水 平的環(huán)境信息傳感器和信息處理技術(shù)、 高適應(yīng)性的移動(dòng)機(jī)器人控制技術(shù)和真實(shí)環(huán)境 下的規(guī)劃技術(shù)為標(biāo)志，開展了移動(dòng)機(jī)器人的更高層次的研究?，F(xiàn)在機(jī)器人的應(yīng)用越 來越廣，種類也越來越多，但大體上可分為輪式機(jī)器人和足式機(jī)器人。智能小車就 是輪式機(jī)器人中的一種， 雖然是最基本的機(jī)器人雛形， 但其中已包含了大部分功能， 綜合國(guó)內(nèi)外專家解釋，可普遍認(rèn)為機(jī)器人一般是具有如下功能的機(jī)器：（1）動(dòng)作機(jī)構(gòu)

5、具有類似于人或其他生物體某些器官（肢體、感官等）的功 能； （2）有通用性，工作種類多樣，動(dòng)作程序靈活易變； （3）有一定程度的智能，如記憶、感知、推測(cè)、決策和學(xué)習(xí)等； （4）有獨(dú)立性，完整的機(jī)器人系統(tǒng)在工作時(shí)不依賴于人的操縱。 隨著人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，智能控制 必將迎來它的發(fā)展新時(shí)代。機(jī)器人領(lǐng)域近幾年有如下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)： （ 1） 性 價(jià) 比 逐 步 提高 ， 性 能 不 斷 提 高 （高 速 度 、 高 精 度 、 高可 靠 性 、 便于操作和維修） ，而單價(jià)不斷下降。 （2）工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于 pc 機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于 標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化。同時(shí)

6、，器件集成度提高。從而，大大提高了系統(tǒng)的可靠性、 易操作性和可維護(hù)性。 （ 3） 傳 感 器 的 作 用日 益 重 要 ， 除 傳 統(tǒng) 的位 置 、 速 度 、 加 速 度等 傳 感 器 外，視覺、聲覺、力覺、觸覺等多種傳感器的融合技術(shù)已用來進(jìn)行環(huán)境建模 及決策控制。 （ 4） 虛 擬 現(xiàn) 實(shí) 技 術(shù)在 機(jī) 器 人 中 的 作 用 已從 仿 真 、 預(yù) 演 發(fā) 展 到用 于 過 程 控制，如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操作機(jī)器 人。 （ 5） 當(dāng) 代 遙 控 機(jī) 器人 系 統(tǒng) 的 發(fā) 展 特 點(diǎn) 不是 追 求 全 自 治 系 統(tǒng) ，而 是 致 力 于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交

7、互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的操作 系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗(yàn)室走入實(shí)用化階段 3 。 三本課題研究的關(guān)鍵問題及方法 （1）主控單元的比較與選擇 方案一：采用各類數(shù)字電路來組成小車的控制系統(tǒng)，對(duì)外圍避障信號(hào)，自動(dòng)尋 跡信號(hào)，無線遙控信號(hào)，語音控制信號(hào)進(jìn)行處理。本方案電路復(fù)雜，靈活性不高， 效率低，不利于小車智能化的擴(kuò)展，對(duì)各路信號(hào)處理比較困難。 方案二：采用 stc89c51 單片機(jī)來作為整機(jī)的控制單元。紅外線探頭采用市面 上通用的發(fā)射管與及接收頭，經(jīng)過比較芯片調(diào)制處理后由控制系統(tǒng)接收。路線尋找 采用紅外線管對(duì)路面信號(hào)采集，送到單片機(jī)系統(tǒng)處理，同樣包括無線遙控信號(hào)和語 音控制信號(hào)。此系

8、統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來解決復(fù)雜的硬件電路部分，使系統(tǒng) 硬件簡(jiǎn)潔化，各類功能易于實(shí)現(xiàn)，能很好地滿足題目的要求。比較以上兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，方案二簡(jiǎn)潔、靈活、可擴(kuò)展性好，更能達(dá)到題目 的設(shè)計(jì)要求，因此采用方案二來實(shí)現(xiàn)4。 （2）避障單元的比較與選擇 方案一：采用超聲波避障，超聲波受環(huán)境影響較大，電路復(fù)雜，而且地面對(duì)超 聲波的反射，會(huì)影響系統(tǒng)對(duì)障礙物的判斷。 方案二：采用紅外線避障，利用單片機(jī)來產(chǎn)生 38khz 信號(hào)對(duì)紅外線發(fā)射管進(jìn)行 調(diào)制發(fā)射，發(fā)射出去的紅外線遇到避障物的時(shí)候反射回來，紅外線接收管對(duì)反射回 來信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，輸出比較電平。外界對(duì)紅外信號(hào)的干擾比較小，且易于實(shí)現(xiàn)，價(jià) 格也比較便宜，故

9、采用方案二。 紅外線避障方法，利用一管發(fā)射另一管接收，接收管對(duì)外界紅外線的接收強(qiáng)弱 來判斷障礙物的遠(yuǎn)近，由于紅外線受外界可見光的影響較大，因此通過調(diào)制信號(hào)產(chǎn) 生 38khz 的載波來減少外界的一些干擾。 只要障礙物在限定范圍內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生相對(duì)的 電平供單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)避障功能56。 （3）尋跡單元的比較與選擇 方案一：采用發(fā)光二極管發(fā)光，用光敏二極管接收。由于光敏二極管受可見光 的影響較大，穩(wěn)定性差。 方案二：利用集成型紅外對(duì)管作為尋跡單元的傳感器，其中紅外線發(fā)射管發(fā)射 紅外線，紅外線二極管進(jìn)行接收。采用紅外線發(fā)射，外面可見光對(duì)接收信號(hào)的影響 較小，再用射極輸出器對(duì)信號(hào)進(jìn)行隔離。本方案也易于實(shí)現(xiàn)，比較可靠，因此采用 方案二。 當(dāng)小車底部的某邊紅外線收發(fā)對(duì)管遇到黑帶時(shí)，可以檢測(cè)到輸入電平為高電 平，反之為低電平。結(jié)合單片機(jī)查詢方式，通過程序控制小車哪邊輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)來改變 方向。這樣不斷循環(huán)檢測(cè)，方向控制，使小車按黑線行走78。 （4）遙控單元的比較與選擇 方案一：由發(fā)射和接收兩大部分組成紅外遙控系統(tǒng)，應(yīng)用編/解碼專用集成電 路芯片來進(jìn)行控制操作，發(fā)射