大學生創(chuàng)新訓練項目申報書——甘艷紅

1、大學生創(chuàng)新訓練項目申報書項目名稱 基于三角測距的低成本激光雷達 項目所屬一級學科名稱及代碼 項目編號 項目來源 （）自主立題 （）教師指導選題項目負責人 甘艷紅 填寫日期 2016 年3月24日 二一五年元月制申請者的承諾與成果使用授權 本人自愿牽頭申報廣東省高等學校大學生創(chuàng)新實驗項目建設項目。認可所填寫的2015年度廣東省高等學校大學生創(chuàng)新實驗項目申報表（以下簡稱為申報書）為有約束力的協(xié)議，并承諾對所填寫的申報書所涉及各項內(nèi)容的真實性負責，保證沒有知識產(chǎn)權爭議。項目申請如獲準立項,在專業(yè)建設過程中，接受廣東省教育廳或其授權（委托）單位、以及本人所在單位的管理，并對以下約定信守承諾： 1.遵守

2、相關法律法規(guī)。遵守我國著作權法和專利法等相關法律法規(guī)；遵守我國政府簽署加入的相關國際知識產(chǎn)權規(guī)定。2.遵循學術研究的基本規(guī)范，恪守學術道德，維護學術尊嚴。研究過程真實，不以任何方式抄襲、剽竊或侵吞他人學術成果，杜絕偽注、偽造、篡改文獻和數(shù)據(jù)等學術不端行為；成果真實，不重復發(fā)表研究成果；維護社會公共利益，維護廣東省高等學校大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目的聲譽和公信力，不以項目名義牟取不當利益。3.遵守廣東省高等學校大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目有關管理規(guī)定以及廣東省財務規(guī)章制度。4.凡因項目內(nèi)容、成果或研究過程引起的法律、學術、產(chǎn)權或經(jīng)費使用問題引起的糾紛，責任由相應的項目承擔人員承擔。5.項目立項未獲

3、得資助或獲得批準的資助經(jīng)費低于申請的資助經(jīng)費時，同意承擔項目并按申報預期完成研究建設任務。6.同意廣東省教育廳或其授權（委托）單位有權基于公益需要公布、使用、宣傳申報書內(nèi)容及相關成果。項目主持人（簽章）：_ 年 月 日填 寫 須 知一、大學生創(chuàng)新性實驗計劃申報書請按順序逐項填寫，填寫內(nèi)容必須實事求是，表達明確嚴謹?？杖表椧睢盁o”。二、格式要求：表格中的字體小四號仿宋體，1.5倍行距；需簽字部分由相關人員以黑色鋼筆或水筆簽名，均用A4紙雙面打印，于左側裝訂成冊。 三、申請參加大學生創(chuàng)新訓練項目團隊的人數(shù)含負責人在內(nèi)不得超過5人。四、計劃項目先由所在學校進行組織初審后，推薦上報的計劃項目由學校分

4、管領導在申報書上簽署意見、簽字并加蓋公章后，一式一份，報送省教育廳高等教育處。五、申報過程有不明事宜，請與教育廳高教處聯(lián)系和咨詢。項目名稱基于三角測距的低成本激光雷達理工科( )文科( )項目創(chuàng)新特色概述 （限200字數(shù)以內(nèi)） 本項目基于三角測距原理，通過發(fā)射點狀激光至待測物體，利用搭載高速線性圖像傳感器的光學系統(tǒng)進行接收，通過三角測距原理反演出物體距離，并通過一個閉環(huán)控制的電機進行勻速掃描，從而實現(xiàn)激光雷達功能。該項目利用低成本的光電器件實現(xiàn)了激光測距功能，并通過簡單閉環(huán)控制電機實現(xiàn)雷達的旋轉掃描功能，旨在為家庭機器人提供一套低成本的激光雷達。項目負責人姓名學號學院/專業(yè)電話甘艷紅20141

5、60197電子科學與技術學院/光電信息科學與工程項目組成員喬 丹2014160173電子科學與技術學院/光電信息科學與工程郭柏余2014160258電子科學與技術學院/光電信息科學與工程何中華2014160182電子科學與技術學院/光電信息科學與工程蘇昭偉2014130387信息工程學院/集成電路設計與集成系統(tǒng)指導教師情況姓名徐世祥電話/手機專業(yè)/職稱/職務 教授主要研究方向與成果（1） 基于三角原理的激光測距模塊：利用激光三角測距原理，以點激光為信息獲取工具與載體，結合搭載高速線性圖像傳感器的光學系統(tǒng)獲取反饋信息以及利用信息處理系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)來獲取深度信息的激光雷達的制作，以實現(xiàn)適用于家庭小機

6、器人避障的應用。（2） 基于閉環(huán)控制的旋轉臺模塊：通過閉環(huán)控制實現(xiàn)測距傳感器的掃描，以獲得一個平面內(nèi)所有掃描物體的距離信息。該模塊需提供均勻的旋轉速度并且能輸出當前旋轉角度。一、前期基礎（1000字以內(nèi)）（研究成員的知識條件，研究興趣，相關經(jīng)歷及開展本項目的基礎）項目組全體成員均是大二的學生，其中甘艷紅、喬丹、郭柏余，何中華這四位同學主修光電信息科學與工程專業(yè)（光通信與光傳感方向），蘇昭偉同學則是信工學院集成系的學生。一方面，我們四位光信專業(yè)的學生都受過光電技能實訓課程培訓，具有一定的光學基礎實驗動手能力。全體成員都有利用C語言和MATLAB軟件進行編程的能力，對數(shù)電模電知識有一定程度的掌握。

7、此外，蘇昭偉同學熟悉Verilog, Proteus軟件的使用。何中華同學則對電腦方面的知識比較熟悉，對編程感興趣，接受過圖書館社科信息課程的培訓，懂得如何準確查找所需文獻。另一方面，在申報這個項目之前，甘艷紅同學和蘇昭偉同學均有參加過實驗室開放基金項目的經(jīng)歷。除了平時自學單片機之外，我們倆還參加了丁金妃老師開設的聚徒學習班，進一步學習單片機，對其基本模塊及應用有一定的認識與了解。實現(xiàn)此項目的基礎就在于：第一，項目組成員對激光測距有著濃厚的興趣；第二，項目所需要的相關知識大部分都與專業(yè)相關，我們專業(yè)課程的學習將為完成本項目提高理論支撐；第三，有強有力的技術指導。我們小組團隊的指導老師為徐世祥教

8、授他具有豐富的光學專業(yè)知識和厚實的科學研究基礎。相信在他的指導下，我們能夠順利完成項目；最后，項目所需成本相對較低，在有限的資金支持下，能夠支持整個項目運行的花銷。二、項目實施思路（3000字以內(nèi)）1研究意義與目的，同類研究工作國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與存在的問題等 在智能家居產(chǎn)品中，激光雷達是以發(fā)射激光束探測外界事物的位置、速度等特征量的測距系統(tǒng)，是移動機器人研究的關鍵技術之一。機器人周圍的環(huán)境信息可以用來導航、避障和執(zhí)行特定的任務，獲取這些信息的傳感器既需要足夠大的視場來覆蓋整個工作區(qū)，又需要較高的采集速率以保證在運動的環(huán)境中能夠提供實時的信息。近年來，激光雷達在移動機器人導航中的應用日益增多。這主

9、要是由于激光的距離測量技術具有很多優(yōu)點，特別是其具有較高的精度。激光雷達與其它距離傳感器相比，能夠同時考慮精度要求和速度要求，這一點特別適用于移動機器人領域。根據(jù)國際機器人聯(lián)合會（IFR）的統(tǒng)計報告，工業(yè)機器人2013年全球銷售量約17.9萬臺，需求達到了歷史最高點，同比增長12%；其中，在中國銷售量約3.7萬臺，銷售量全球排名第一，同比增長60%。中國成為最大的機器人消費國。據(jù)Allied市場研究公司最新報告，全球工業(yè)機器人市場從2013年到2020年期間將以5.4%的復合年增長率發(fā)展，到2020年其銷售額將達到411.7億美元。而目前依舊存在的問題是，市面上大部分的激光雷達的成本較高，導致

10、其普及程度還不高。2 研究內(nèi)容及工作方案 研究內(nèi)容： 研究利用點激光掃描獲取待測事物的信息，研究利用線結構傳感器接收信息，以及用MATLAB等軟件進行數(shù)據(jù)處理。 工作方案： 工作方案分兩組進行：（1）基于三角原理的激光測距模塊; （2）基于閉環(huán)控制的旋轉臺模塊；最后進行綜合調(diào)試。工作方案（基于三角原理的激光測距模塊）利用激光三角測距原理，以點激光為信息獲取工具與載體，結合搭載高速線性圖像傳感器的光學系統(tǒng)獲取反饋信息以及利用信息處理系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)來獲取深度信息的激光雷達的制作，以實現(xiàn)適用于家庭小機器人避障的應用。系統(tǒng)主要包括：激光頭、高速線性圖像傳感器、濾光片，光學鏡頭、激光頭驅動電路和控制器。高

11、速線性圖像傳感器激光頭驅動電路光電信息轉換驅動信息處理系統(tǒng)光學鏡頭濾光激光頭發(fā)射掃描物體濾光片工作方案（基于閉環(huán)控制的旋轉臺模塊）基于閉環(huán)控制的旋轉臺模塊：通過閉環(huán)控制實現(xiàn)測距傳感器的掃描，以獲得一個平面內(nèi)所有掃描物體的距離信息。該模塊需提供均勻的旋轉速度并且能輸出當前旋轉角度。通過編碼盤進行速度測量，把速度值通過光電傳感器檢測并通過比較器與給定速度值進行比較，得到偏差值反饋到控制器。控制器微調(diào)電機供電電壓控制旋轉機構的轉速，如此循環(huán)，使偏差值趨近于零，從而使旋轉機構獲取均勻的旋轉速度，實現(xiàn)閉環(huán)控制。系統(tǒng)主要包括：比較器、旋轉機構、直流電機、編碼盤、光電傳感器和控制器。獲取距離信息測距傳感器給

12、定速度搭載比較器供電控制器直流電機信息處理系統(tǒng)旋轉機構搭載光電傳感器編碼盤獲取速度信息3 擬解決主要問題1、解決在最大測量距離與最好精確值上選擇最優(yōu)化；2、建立精確仿真本激光雷達工作的理論模型；3、系統(tǒng)激光信號的識別，排除實際中出現(xiàn)的光的干擾（如濾光片的選擇，調(diào)整攝像頭曝光時間措施等）。4研究支持條件（使用儀器或設備） 主要是依托于學校實驗室已有的器材，比如南區(qū)電子樓的電子創(chuàng)新實驗室的各類型電子器材、科技樓10樓的光學實驗室激光器、電腦等設備。此外需要網(wǎng)購一些裝備，比如攝像頭、濾光片、光學傳感器、電機、編碼盤等器件。5 預期研究成果（研究論文、設計、專利、產(chǎn)品、鑒定、推廣應用等） 完成激光雷達

13、成品的制作，嘗試推廣應用在家用智能小機器人上。爭取申請實用新型專利一項。6項目創(chuàng)新之處（原始創(chuàng)新：重大科學發(fā)現(xiàn)、技術發(fā)明；集成創(chuàng)新：融合多種相關技術，形成新產(chǎn)品、新產(chǎn)業(yè)；引進消化吸收再創(chuàng)新：在引進國內(nèi)外先進技術的基礎上，學習、分析、借鑒，形成具有自主知識產(chǎn)權的新技術） 在適用于家庭小機器人的避障領域上，與普通微波雷達相比,激光雷達由于使用的是激光束,工作頻率較微波高了許多，因此其有以下特別：（1）分辨率高。激光雷達可以獲得極高的角度、距離和速度分辨率，同時測量精度最大達到6 m遠；（2）隱蔽性好、抗有源干擾能力強.與微波雷達易受自然界廣泛存在的電磁波影響的情況不同，自然界中能對激光雷達起干擾作

14、用的信號源不多，因此激光雷達抗有源干擾的能力很強；（3）體積小、質量輕。通常普通微波雷達的體積龐大，而激光雷達的結構相對簡單，維修方便，操縱容易，價格也較低。本項目創(chuàng)新之處在于以低成本實現(xiàn)激光雷達的測量。三、項目管理（800 字以內(nèi)）1、 項目人員分工總負責人：甘艷紅。負責監(jiān)督項目的執(zhí)行狀況，與組內(nèi)成員協(xié)同，分工合作。資金管理：何中華。負責對項目下發(fā)的資金進行保管以及采購并登記項目所需的材料。資料收集：喬丹、郭柏余。負責對相關資料進行采集并整理匯總。成果整理：蘇昭偉。對研究的成果進行整理并記錄。2、 項目研究時間安排（查閱資料 、選題、項目研究方案、開題報告、實驗研究、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、處理與分析、研

15、制開發(fā)、結題、撰寫研究論文和總結報告、參加結題答辯和成果推廣等）查閱資料：貫穿整一個項目（2016年3月到2017年3月）成品制作與測試：2016年7月到2017年1月撰寫研究論文和總結報告：2017年2月參加結題答辯：2017年3月四、計劃項目條件保障（800字以內(nèi)）1、經(jīng)費預算及使用計劃（材料費、資料費、版面費、鑒定費、專利費等） 經(jīng)費主要用于材料的選購以及資料費上面。硬件名稱數(shù)量價格（元）光學鏡頭55*70=350光學傳感器55*200=1000濾光片55*50=250電機55*50=250編碼盤55*10=50PCB制板費若干2000其他電子元器件若干600資料各類資料若干1050其他容錯性預留費用等/2000總額/75502、資源保障（實驗教學示范中心、科研實驗室、研究所、科教實踐基地、儀器設備、文獻資料等）實驗室：科技樓10樓光學實驗室、南區(qū)電子樓實驗室。文獻資料：深圳大學南圖書館，深圳大學內(nèi)部網(wǎng)上圖書館數(shù)據(jù)庫，校外圖書館。儀器設備：科技樓10樓的光學器材、南區(qū)電子樓實驗室的電子設備以及網(wǎng)購制作材料。五、指導教師意見（600字以內(nèi)）1、項目研究的選題意義 該項目具有一定的挑戰(zhàn)性，可以培養(yǎng)學生的自學能力以及動手實踐能力，真正做到把專業(yè)知識應用與科學實踐與生活應用當中。2、 項目研究方案的科學