開(kāi)題報(bào)告模版..

1、山 東 科 技 大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告題 目 智能車自適應(yīng)控制算法的研究專 題 智能車的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 學(xué) 院 名 稱 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號(hào) 指 導(dǎo) 教 師 填表時(shí)間： 年 月 日填表說(shuō)明1.開(kāi)題報(bào)告作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。2.此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)、相關(guān)系主任審查后生效。3.學(xué)生應(yīng)按照學(xué)校統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式，用A4紙打印。4.參考文獻(xiàn)不少于8篇，其中應(yīng)有適當(dāng)?shù)耐馕馁Y料（一般不少于2篇）。5.開(kāi)題報(bào)告作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料，與畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）一同存檔。第

2、8 頁(yè) 共 7 頁(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目智能車自適應(yīng)控制算法的研究設(shè)計(jì)（論文）類型（劃“”）工程設(shè)計(jì)應(yīng)用研究開(kāi)發(fā)研究基礎(chǔ)研究其它一、本課題的研究目的和意義智能車又稱為輪式移動(dòng)機(jī)器人，是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、自動(dòng)駕駛等多種功能于一體的綜合系統(tǒng)。當(dāng)今半導(dǎo)體在汽車中的應(yīng)用越來(lái)越普及，汽車的電子化已成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，平均每輛車上的電子裝置在整個(gè)汽車制造成本中所占的比例在不斷上升，汽車電子的迅猛發(fā)展必將滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的對(duì)于安全、節(jié)能、環(huán)保以及智能化和信息化的需求。本課題研究的目的就是通過(guò)智能車的硬件部分和自適應(yīng)控制算法的軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)智能車按照預(yù)定的路線穩(wěn)定、快速的行駛。隨著智能機(jī)器人時(shí)代

3、的臨近，國(guó)際上各大品牌的汽車公司都在競(jìng)相推出智能化的概念車。各大汽車公司不斷的推陳出新，優(yōu)化了性能和結(jié)構(gòu)，加入了如全球定位導(dǎo)航、智能遙控等高科技元素。因此，智能化的交通工具也逐漸進(jìn)入人們的視野，并很快成為人們的“高級(jí)寵物”。目前汽車的智能化設(shè)計(jì)是現(xiàn)今科技發(fā)展的又一極寬領(lǐng)域。其設(shè)計(jì)涉及多門(mén)學(xué)科，如機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、材料等，是當(dāng)今前沿科技的重點(diǎn)課題。展望未來(lái)，汽車智能化的腳步毫無(wú)疑問(wèn)地會(huì)踏出輔助駕駛地圈子，進(jìn)入無(wú)人駕駛、自動(dòng)巡航的新階段。智能化汽車可以減輕駕駛員的疲勞，適應(yīng)復(fù)雜的天氣條件，減少交通事故的發(fā)生，幫助殘疾人自由的出入公共場(chǎng)合等等，在將來(lái)具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值1。二、本課題的主要

4、研究?jī)?nèi)容本課題的主要研究?jī)?nèi)容是：以模型車體為基礎(chǔ)架構(gòu)以FreescaleDG128為主控芯片，制作出具有自主道路識(shí)別、自動(dòng)調(diào)速能力的智能小車。其結(jié)構(gòu)模型如下圖1所示：圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)模型圖本課題的主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面。1 硬件設(shè)計(jì)（1）小車的組裝與系統(tǒng)優(yōu)化。(專題)（2）傳感器的選擇與設(shè)計(jì)。（專題）（3）CCD驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)以及數(shù)據(jù)處理程序的編寫(xiě)與調(diào)試。（4）電源模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。（專題）2 軟件設(shè)計(jì)（1）自適應(yīng)控制算法的研究與實(shí)現(xiàn)。3 軟硬件的統(tǒng)調(diào)三、文獻(xiàn)綜述（國(guó)內(nèi)外研究情況及其發(fā)展）車輛的研究始于20世紀(jì)50年代初美國(guó) Barrett Electroni

5、cs公司開(kāi)發(fā)出的世界上第一臺(tái)自動(dòng)引導(dǎo)車輛系統(tǒng)（Automated Guided Vehicle System，AGVS）。1974年，瑞典的Volvo Kalmar轎車裝配工廠與SchiinderDigitron公司合作，研制出一種可裝載轎車車體的AGVS，并由多臺(tái)該種AGVS組成了汽車裝配線，從而取消了傳統(tǒng)應(yīng)用的拖車及叉車等運(yùn)輸工具。 2。20世紀(jì)80年代，日本研制的一種無(wú)人駕駛汽車，由兩臺(tái)電視攝像機(jī)作為眼睛，安裝在汽車大燈的上下；有一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)作為自己的“大腦”，安裝在司機(jī)座位旁邊，由它完成圖像識(shí)別，認(rèn)清道路和環(huán)境，并且進(jìn)行路徑規(guī)劃，計(jì)算出如何運(yùn)用

6、控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)完成駕駛員手和腳的動(dòng)作：控制方向盤(pán)及進(jìn)行剎車等等。這種無(wú)人駕駛車輛行駛速度是每小時(shí)20千米。它能自動(dòng)靠路左邊行駛（日本汽車規(guī)定左側(cè)通行），如果遇到障礙物，便能自動(dòng)向右繞過(guò)去，然后再回到左邊行駛。若是障礙物把道路堵塞了，它便能自動(dòng)停下來(lái)。61992年，自動(dòng)引導(dǎo)的車輛只要駕駛員駕駛它在一條道路上行駛一次之后，便不用駕駛員駕駛，即可自行完成全程，速度可達(dá)75千米/時(shí)。這種自主式車輛上裝有電視攝像機(jī)、激光測(cè)距機(jī)、紅外攝像機(jī)和雷達(dá)等，是為了獲取道路及環(huán)境有用信息而設(shè)置的。為達(dá)到高水平控制，采用了組合式高級(jí)控制系統(tǒng)。7光電傳感器與CCD/CMOS圖像傳感器是較為常見(jiàn)的應(yīng)用于路徑識(shí)

7、別的傳感器。光電傳感器由于本身物理結(jié)構(gòu)、信號(hào)處理方式的簡(jiǎn)單而被廣泛應(yīng)用，但存在檢測(cè)距離近的弱點(diǎn)。CCD/CMOS能更早的感知前方的路徑信息，但存在著復(fù)雜的信號(hào)輸出方式所導(dǎo)致復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理方式，從而使很多研究者望而卻步。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、高級(jí)人工智能技術(shù)的發(fā)展，CCD/CMOS識(shí)別方案的研究也逐漸深入，將CCD/CMOS圖像傳感器應(yīng)用于智能車的路徑識(shí)別是智能車研究的發(fā)展趨勢(shì)。8電源電路在整個(gè)電路中起著舉足輕重的作用，電源芯片選擇的好壞直接影響系統(tǒng)正常工作。不僅為單片機(jī)提供工作電壓，而且為各個(gè)控制芯片提供工作電壓。智能車的能源僅來(lái)自一塊7.2V 2000mA Ni-Cd電池，但單片機(jī)正常工作需要5V

8、的穩(wěn)壓電壓，霍爾也需要5V的工作電壓，為了使舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)性能比較好，需要為舵機(jī)提供6V甚至更高的電壓，CCD則需要12V電壓才能正常工作，所以需要對(duì)7.2V電池電壓進(jìn)行恰當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換，以滿足各部分的電壓等級(jí)的要求。10四、擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題本設(shè)計(jì)主要完成硬件部分的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題如下：(1) 智能車的硬件組裝設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；(2) 選擇適當(dāng)?shù)碾娐穮?shù)提高尋跡的前瞻性，是車對(duì)軌道的變化更敏感；(3) 車重心的測(cè)速與選取，并通過(guò)調(diào)整機(jī)械結(jié)構(gòu)得以實(shí)現(xiàn)；(4) 傳感器的選取應(yīng)用與車體的組合實(shí)現(xiàn)；(5) 電源模塊與速度的協(xié)調(diào)控制設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；(6) 軟硬件的統(tǒng)調(diào)。五、研究思路和方法該智能車模系統(tǒng)以飛思卡爾

9、16位微控制器MC9S12DG128B作為核心控制單元，充分利用微控制器MC9S12DG128B的系統(tǒng)資源，以脈寬調(diào)制（PWM）控制方式控制直流電機(jī)和舵機(jī)，使舵機(jī)按照預(yù)定路線速度最優(yōu)走完全程。在權(quán)衡系統(tǒng)的快速性和穩(wěn)定性上以快速為主兼顧穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)仔細(xì)研究,制定了智能車的技術(shù)開(kāi)發(fā)流程：首先是總體方案設(shè)計(jì)；其次是對(duì)智能車硬件方案進(jìn)行分析確定；再次在已有硬件基礎(chǔ)上完成控制策略的開(kāi)發(fā)研究，并及時(shí)的將控制策略編程實(shí)現(xiàn)，最后對(duì)車軟硬件整車統(tǒng)一調(diào)試。1 微處理器模塊 S12系列單片機(jī)具有16位解決方案的固有優(yōu)勢(shì)，如資源豐富、代碼簡(jiǎn)短高效、功耗低、體積小巧、購(gòu)買(mǎi)和開(kāi)發(fā)成本低、速度極快可以升級(jí)到50MHz，同時(shí)能

10、夠達(dá)到通常只有32位控制器才能達(dá)到的性能水平。主要用于工業(yè)控制，特別適合應(yīng)用在汽車電子上。MCS-51單片機(jī)普遍性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛，但此系列單片機(jī)字長(zhǎng)有限，處理速度較慢，資源不夠豐富，需要擴(kuò)展較多的外圍電路，降低了系統(tǒng)的可靠性。難以滿足本設(shè)計(jì)要求。相比較而言，S12 系列單片機(jī)更適用于智能車。最后選擇MC9S12DG128B。2 尋跡傳感器模塊采用紅外光電傳感器，其前瞻性差，制約車體的速度；受外界光線、電路排布和傳感器數(shù)量限制影響，測(cè)量誤差較大，無(wú)法準(zhǔn)確控制車速。采用線陣CCD尋跡，其前瞻性較好，可提早預(yù)測(cè)彎道情況，做出加速、減速及轉(zhuǎn)彎的決策；可提供的信息量較紅外光電傳感器大，比面陣CCD小，但較

11、其信息處理難度低，降低舵機(jī)控制信號(hào)的離散度，提高舵機(jī)轉(zhuǎn)向的靈活性；占用硬件資源少。據(jù)此，對(duì)于“遠(yuǎn)景”采用線陣CCD。對(duì)于“近景”暫定兩種方案：一、采用紅外。優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)纹瑱C(jī)處理速度快，程序簡(jiǎn)單；有一定實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。缺點(diǎn)：對(duì)軌跡的偏轉(zhuǎn)檢測(cè)有死區(qū)，檢測(cè)角度不準(zhǔn)確。二、采用線陣CCD。優(yōu)點(diǎn)：對(duì)軌跡偏轉(zhuǎn)有較高的靈敏度無(wú)死區(qū)。缺點(diǎn)：結(jié)合“遠(yuǎn)景”CCD信息處理量較大，程序復(fù)雜；近處CCD需要加照明燈，否則信息誤差較大,但燈要損耗一定功率。3 速度檢測(cè)模塊若采用非接觸式測(cè)量方式-霍爾測(cè)速，雖然使用簡(jiǎn)單，但測(cè)量精度低，對(duì)速度PID控制產(chǎn)生的誤差大；而采用接觸式測(cè)量方式-光電編碼器，與車輪同軸，能保證車輪旋轉(zhuǎn)一

12、圈，編碼器輸出上千個(gè)脈沖，精度高，可以大大提高速度PID控制的準(zhǔn)確性。因此我們采用光電編碼器可以大大提高車速度的控制精度，以達(dá)到PID控制策略的目的。4 電源模塊為保證系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性，我們選用的供電模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊都要從性價(jià)比高、瞬間放電電流大、帶負(fù)載能力強(qiáng)等方面考慮選型。由于電池是大賽統(tǒng)一提供的，輸出功率有限，穩(wěn)壓芯片要選用開(kāi)關(guān)式，我組暫定使用低壓差穩(wěn)壓芯片MIC29501-5.0和MIC29502BU來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓之間的相互轉(zhuǎn)換等。5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊因?yàn)槭恰败嚒?，所以速度的控制是重點(diǎn)也是難點(diǎn)，要盡可能在車不沖出賽道的情況下速度達(dá)到最高，即要求芯片對(duì)電機(jī)有加速和制動(dòng)兩類控制。我組暫定使用M

13、C33886，其功能基本可以達(dá)到要求。若采用單片驅(qū)動(dòng)芯片MC33886，但它自身驅(qū)動(dòng)能力較差。鑒于此，我們采用多片MC33886并聯(lián)或者選用功率較大的驅(qū)動(dòng)模塊，這樣就保證車以足夠的馬力前進(jìn)，可取得更好的效果。6 機(jī)械結(jié)構(gòu)由于今年比賽會(huì)出現(xiàn)15度坡道，會(huì)對(duì)車的外形有限制，如前部傳感器的安排和高度。從穩(wěn)定性、重心、重量及美觀等各方面考慮，重點(diǎn)在尋跡傳感器位置排放，放低重心，均衡車身重量等方面改進(jìn)車的機(jī)械結(jié)構(gòu)，使其能夠很好地配合軟硬件策略，保證車以最佳的狀態(tài)行駛。六、課題的進(jìn)度安排3月05日3月18日：安排畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)劃，分配設(shè)計(jì)任務(wù)。3月19日4月01日：了解本課題設(shè)計(jì)要求，學(xué)習(xí)相關(guān)材料；畢業(yè)實(shí)習(xí)。

14、4月02日5月27日：CCD尋跡模塊的硬件和軟件設(shè)計(jì)和制作；完成開(kāi)題報(bào)告以及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握5月28日6月10日： 完成CCD尋跡模塊的安裝和其他相關(guān)硬件整體調(diào)試；6月11日6月15日：編寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文和準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。七、參考文獻(xiàn)1 Ho W K,Hang C C,Cao L S.Tuning of PID controllers based on gain and phase margin specification.AutomationJ, 1995.2 /韓國(guó)比賽技術(shù)文檔和文獻(xiàn),2005年.3 邵貝貝.單片機(jī)嵌入式應(yīng)用的在線開(kāi)發(fā)方法.北京：清華大學(xué)出版社，2004.4 魏永廣，現(xiàn)代傳感技術(shù)M，沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社，2001.5 許歡，唐競(jìng)新，調(diào)制光尋線系統(tǒng)及其在自動(dòng)行走機(jī)器人中的應(yīng)用J，清華大學(xué)學(xué)報(bào)，2002.6 吳建平, 殷戰(zhàn)國(guó), 曹思榕, 李坤垣. 紅外反