開題報告模版..

1、山 東 科 技 大 學本科畢業(yè)設計（論文）開題報告題 目 智能車自適應控制算法的研究專 題 智能車的硬件設計與實現 學 院 名 稱 專 業(yè) 班 級 學 生 姓 名 學 號 指 導 教 師 填表時間： 年 月 日填表說明1.開題報告作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據材料之一。2.此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期完成，經指導教師簽署意見、相關系主任審查后生效。3.學生應按照學校統一設計的電子文檔標準格式，用A4紙打印。4.參考文獻不少于8篇，其中應有適當的外文資料（一般不少于2篇）。5.開題報告作為畢業(yè)設計（論文）資料，與畢業(yè)設計（論文）一同存檔。第

2、8 頁 共 7 頁設計（論文）題目智能車自適應控制算法的研究設計（論文）類型（劃“”）工程設計應用研究開發(fā)研究基礎研究其它一、本課題的研究目的和意義智能車又稱為輪式移動機器人，是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、自動駕駛等多種功能于一體的綜合系統。當今半導體在汽車中的應用越來越普及，汽車的電子化已成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。據統計，平均每輛車上的電子裝置在整個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)展必將滿足人們日益增長的對于安全、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智能車的硬件部分和自適應控制算法的軟件設計，實現智能車按照預定的路線穩(wěn)定、快速的行駛。隨著智能機器人時代

3、的臨近，國際上各大品牌的汽車公司都在競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)化了性能和結構，加入了如全球定位導航、智能遙控等高科技元素。因此，智能化的交通工具也逐漸進入人們的視野，并很快成為人們的“高級寵物”。目前汽車的智能化設計是現今科技發(fā)展的又一極寬領域。其設計涉及多門學科，如機械、電子、計算機、材料等，是當今前沿科技的重點課題。展望未來，汽車智能化的腳步毫無疑問地會踏出輔助駕駛地圈子，進入無人駕駛、自動巡航的新階段。智能化汽車可以減輕駕駛員的疲勞，適應復雜的天氣條件，減少交通事故的發(fā)生，幫助殘疾人自由的出入公共場合等等，在將來具有極高的經濟價值和社會價值1。二、本課題的主要

4、研究內容本課題的主要研究內容是：以模型車體為基礎架構以FreescaleDG128為主控芯片，制作出具有自主道路識別、自動調速能力的智能小車。其結構模型如下圖1所示：圖1 系統整體結構模型圖本課題的主要研究內容包括以下幾個方面。1 硬件設計（1）小車的組裝與系統優(yōu)化。(專題)（2）傳感器的選擇與設計。（專題）（3）CCD驅動電路的設計與實現以及數據處理程序的編寫與調試。（4）電源模塊的設計與實現。（專題）2 軟件設計（1）自適應控制算法的研究與實現。3 軟硬件的統調三、文獻綜述（國內外研究情況及其發(fā)展）車輛的研究始于20世紀50年代初美國 Barrett Electroni

5、cs公司開發(fā)出的世界上第一臺自動引導車輛系統（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，并由多臺該種AGVS組成了汽車裝配線，從而取消了傳統應用的拖車及叉車等運輸工具。 2。20世紀80年代，日本研制的一種無人駕駛汽車，由兩臺電視攝像機作為眼睛，安裝在汽車大燈的上下；有一臺電子計算機作為自己的“大腦”，安裝在司機座位旁邊，由它完成圖像識別，認清道路和環(huán)境，并且進行路徑規(guī)劃，計算出如何運用

6、控制驅動系統；驅動控制系統完成駕駛員手和腳的動作：控制方向盤及進行剎車等等。這種無人駕駛車輛行駛速度是每小時20千米。它能自動靠路左邊行駛（日本汽車規(guī)定左側通行），如果遇到障礙物，便能自動向右繞過去，然后再回到左邊行駛。若是障礙物把道路堵塞了，它便能自動停下來。61992年，自動引導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75千米/時。這種自主式車輛上裝有電視攝像機、激光測距機、紅外攝像機和雷達等，是為了獲取道路及環(huán)境有用信息而設置的。為達到高水平控制，采用了組合式高級控制系統。7光電傳感器與CCD/CMOS圖像傳感器是較為常見的應用于路徑識

7、別的傳感器。光電傳感器由于本身物理結構、信號處理方式的簡單而被廣泛應用，但存在檢測距離近的弱點。CCD/CMOS能更早的感知前方的路徑信息，但存在著復雜的信號輸出方式所導致復雜的數據處理方式，從而使很多研究者望而卻步。隨著計算機技術、高級人工智能技術的發(fā)展，CCD/CMOS識別方案的研究也逐漸深入，將CCD/CMOS圖像傳感器應用于智能車的路徑識別是智能車研究的發(fā)展趨勢。8電源電路在整個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正常工作。不僅為單片機提供工作電壓，而且為各個控制芯片提供工作電壓。智能車的能源僅來自一塊7.2V 2000mA Ni-Cd電池，但單片機正常工作需要5V

8、的穩(wěn)壓電壓，霍爾也需要5V的工作電壓，為了使舵機轉動性能比較好，需要為舵機提供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7.2V電池電壓進行恰當的轉換，以滿足各部分的電壓等級的要求。10四、擬解決的關鍵問題本設計主要完成硬件部分的設計和實現，需要解決的關鍵問題如下：(1) 智能車的硬件組裝設計與實現；(2) 選擇適當的電路參數提高尋跡的前瞻性，是車對軌道的變化更敏感；(3) 車重心的測速與選取，并通過調整機械結構得以實現；(4) 傳感器的選取應用與車體的組合實現；(5) 電源模塊與速度的協調控制設計與實現；(6) 軟硬件的統調。五、研究思路和方法該智能車模系統以飛思卡爾

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的系統資源，以脈寬調制（PWM）控制方式控制直流電機和舵機，使舵機按照預定路線速度最優(yōu)走完全程。在權衡系統的快速性和穩(wěn)定性上以快速為主兼顧穩(wěn)定。經過仔細研究,制定了智能車的技術開發(fā)流程：首先是總體方案設計；其次是對智能車硬件方案進行分析確定；再次在已有硬件基礎上完成控制策略的開發(fā)研究，并及時的將控制策略編程實現，最后對車軟硬件整車統一調試。1 微處理器模塊 S12系列單片機具有16位解決方案的固有優(yōu)勢，如資源豐富、代碼簡短高效、功耗低、體積小巧、購買和開發(fā)成本低、速度極快可以升級到50MHz，同時能

10、夠達到通常只有32位控制器才能達到的性能水平。主要用于工業(yè)控制，特別適合應用在汽車電子上。MCS-51單片機普遍性強，應用廣泛，但此系列單片機字長有限，處理速度較慢，資源不夠豐富，需要擴展較多的外圍電路，降低了系統的可靠性。難以滿足本設計要求。相比較而言，S12 系列單片機更適用于智能車。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量限制影響，測量誤差較大，無法準確控制車速。采用線陣CCD尋跡，其前瞻性較好，可提早預測彎道情況，做出加速、減速及轉彎的決策；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，降低舵機控制信號的離散度，提高舵機轉向的靈活性；占用硬件資源少。據此，對于“遠景”采用線陣CCD。對于“近景”暫定兩種方案：一、采用紅外。優(yōu)點：單片機處理速度快，程序簡單；有一定實踐經驗可以借鑒。缺點：對軌跡的偏轉檢測有死區(qū)，檢測角度不準確。二、采用線陣CCD。優(yōu)點：對軌跡偏轉有較高的靈敏度無死區(qū)。缺點：結合“遠景”CCD信息處理量較大，程序復雜；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 速度檢測模塊若采用非接觸式測量方式-霍爾測速，雖然使用簡單，但測量精度低，對速度PID控制產生的誤差大；而采用接觸式測量方式-光電編碼器，與車輪同軸，能保證車輪旋轉一

12、圈，編碼器輸出上千個脈沖，精度高，可以大大提高速度PID控制的準確性。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，以達到PID控制策略的目的。4 電源模塊為保證系統的可靠性、穩(wěn)定性，我們選用的供電模塊、電源轉換模塊都要從性價比高、瞬間放電電流大、帶負載能力強等方面考慮選型。由于電池是大賽統一提供的，輸出功率有限，穩(wěn)壓芯片要選用開關式，我組暫定使用低壓差穩(wěn)壓芯片MIC29501-5.0和MIC29502BU來實現電壓之間的相互轉換等。5 電機驅動模塊因為是“車”，所以速度的控制是重點也是難點，要盡可能在車不沖出賽道的情況下速度達到最高，即要求芯片對電機有加速和制動兩類控制。我組暫定使用M

13、C33886，其功能基本可以達到要求。若采用單片驅動芯片MC33886，但它自身驅動能力較差。鑒于此，我們采用多片MC33886并聯或者選用功率較大的驅動模塊，這樣就保證車以足夠的馬力前進，可取得更好的效果。6 機械結構由于今年比賽會出現15度坡道，會對車的外形有限制，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車的機械結構，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、課題的進度安排3月05日3月18日：安排畢業(yè)設計計劃，分配設計任務。3月19日4月01日：了解本課題設計要求，學習相關材料；畢業(yè)實習。

14、4月02日5月27日：CCD尋跡模塊的硬件和軟件設計和制作；完成開題報告以及相關知識點的掌握5月28日6月10日： 完成CCD尋跡模塊的安裝和其他相關硬件整體調試；6月11日6月15日：編寫畢業(yè)設計論文和準備畢業(yè)答辯。七、參考文獻1 Ho W K,Hang C C,Cao L S.Tuning of PID controllers based on gain and phase margin specification.AutomationJ, 1995.2 /韓國比賽技術文檔和文獻,2005年.3 邵貝貝.單片機嵌入式應用的在線開發(fā)方法.北京：清華大學出版社，2004.4 魏永廣，現代傳感技術M，沈陽：東北大學出版社，2001.5 許歡，唐競新，調制光尋線系統及其在自動行走機器人中的應用J，清華大學學報，2002.6 吳建平, 殷戰(zhàn)國, 曹思榕, 李坤垣. 紅外反