大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目申報(bào)書——甘艷紅

1、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目申報(bào)書項(xiàng)目名稱 基于三角測(cè)距的低成本激光雷達(dá) 項(xiàng)目所屬一級(jí)學(xué)科名稱及代碼 項(xiàng)目編號(hào) 項(xiàng)目來(lái)源 （）自主立題 （）教師指導(dǎo)選題項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 甘艷紅 填寫日期 2016 年3月24日 二一五年元月制申請(qǐng)者的承諾與成果使用授權(quán) 本人自愿牽頭申報(bào)廣東省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)項(xiàng)目。認(rèn)可所填寫的2015年度廣東省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目申報(bào)表（以下簡(jiǎn)稱為申報(bào)書）為有約束力的協(xié)議，并承諾對(duì)所填寫的申報(bào)書所涉及各項(xiàng)內(nèi)容的真實(shí)性負(fù)責(zé)，保證沒(méi)有知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議。項(xiàng)目申請(qǐng)如獲準(zhǔn)立項(xiàng),在專業(yè)建設(shè)過(guò)程中，接受廣東省教育廳或其授權(quán)（委托）單位、以及本人所在單位的管理，并對(duì)以下約定信守承諾： 1.遵守

2、相關(guān)法律法規(guī)。遵守我國(guó)著作權(quán)法和專利法等相關(guān)法律法規(guī)；遵守我國(guó)政府簽署加入的相關(guān)國(guó)際知識(shí)產(chǎn)權(quán)規(guī)定。2.遵循學(xué)術(shù)研究的基本規(guī)范，恪守學(xué)術(shù)道德，維護(hù)學(xué)術(shù)尊嚴(yán)。研究過(guò)程真實(shí)，不以任何方式抄襲、剽竊或侵吞他人學(xué)術(shù)成果，杜絕偽注、偽造、篡改文獻(xiàn)和數(shù)據(jù)等學(xué)術(shù)不端行為；成果真實(shí)，不重復(fù)發(fā)表研究成果；維護(hù)社會(huì)公共利益，維護(hù)廣東省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目的聲譽(yù)和公信力，不以項(xiàng)目名義牟取不當(dāng)利益。3.遵守廣東省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目有關(guān)管理規(guī)定以及廣東省財(cái)務(wù)規(guī)章制度。4.凡因項(xiàng)目?jī)?nèi)容、成果或研究過(guò)程引起的法律、學(xué)術(shù)、產(chǎn)權(quán)或經(jīng)費(fèi)使用問(wèn)題引起的糾紛，責(zé)任由相應(yīng)的項(xiàng)目承擔(dān)人員承擔(dān)。5.項(xiàng)目立項(xiàng)未獲

3、得資助或獲得批準(zhǔn)的資助經(jīng)費(fèi)低于申請(qǐng)的資助經(jīng)費(fèi)時(shí)，同意承擔(dān)項(xiàng)目并按申報(bào)預(yù)期完成研究建設(shè)任務(wù)。6.同意廣東省教育廳或其授權(quán)（委托）單位有權(quán)基于公益需要公布、使用、宣傳申報(bào)書內(nèi)容及相關(guān)成果。項(xiàng)目主持人（簽章）：_ 年 月 日填 寫 須 知一、大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃申報(bào)書請(qǐng)按順序逐項(xiàng)填寫，填寫內(nèi)容必須實(shí)事求是，表達(dá)明確嚴(yán)謹(jǐn)。空缺項(xiàng)要填“無(wú)”。二、格式要求：表格中的字體小四號(hào)仿宋體，1.5倍行距；需簽字部分由相關(guān)人員以黑色鋼筆或水筆簽名，均用A4紙雙面打印，于左側(cè)裝訂成冊(cè)。 三、申請(qǐng)參加大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的人數(shù)含負(fù)責(zé)人在內(nèi)不得超過(guò)5人。四、計(jì)劃項(xiàng)目先由所在學(xué)校進(jìn)行組織初審后，推薦上報(bào)的計(jì)劃項(xiàng)目由學(xué)校分

4、管領(lǐng)導(dǎo)在申報(bào)書上簽署意見(jiàn)、簽字并加蓋公章后，一式一份，報(bào)送省教育廳高等教育處。五、申報(bào)過(guò)程有不明事宜，請(qǐng)與教育廳高教處聯(lián)系和咨詢。項(xiàng)目名稱基于三角測(cè)距的低成本激光雷達(dá)理工科( )文科( )項(xiàng)目創(chuàng)新特色概述 （限200字?jǐn)?shù)以內(nèi)） 本項(xiàng)目基于三角測(cè)距原理，通過(guò)發(fā)射點(diǎn)狀激光至待測(cè)物體，利用搭載高速線性圖像傳感器的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行接收，通過(guò)三角測(cè)距原理反演出物體距離，并通過(guò)一個(gè)閉環(huán)控制的電機(jī)進(jìn)行勻速掃描，從而實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)功能。該項(xiàng)目利用低成本的光電器件實(shí)現(xiàn)了激光測(cè)距功能，并通過(guò)簡(jiǎn)單閉環(huán)控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)的旋轉(zhuǎn)掃描功能，旨在為家庭機(jī)器人提供一套低成本的激光雷達(dá)。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人姓名學(xué)號(hào)學(xué)院/專業(yè)電話甘艷紅20141

5、60197電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院/光電信息科學(xué)與工程項(xiàng)目組成員喬 丹2014160173電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院/光電信息科學(xué)與工程郭柏余2014160258電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院/光電信息科學(xué)與工程何中華2014160182電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院/光電信息科學(xué)與工程蘇昭偉2014130387信息工程學(xué)院/集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)指導(dǎo)教師情況姓名徐世祥電話/手機(jī)專業(yè)/職稱/職務(wù) 教授主要研究方向與成果（1） 基于三角原理的激光測(cè)距模塊：利用激光三角測(cè)距原理，以點(diǎn)激光為信息獲取工具與載體，結(jié)合搭載高速線性圖像傳感器的光學(xué)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(lái)獲取深度信息的激光雷達(dá)的制作，以實(shí)現(xiàn)適用于家庭小機(jī)

6、器人避障的應(yīng)用。（2） 基于閉環(huán)控制的旋轉(zhuǎn)臺(tái)模塊：通過(guò)閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)測(cè)距傳感器的掃描，以獲得一個(gè)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(zhuǎn)速度并且能輸出當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度。一、前期基礎(chǔ)（1000字以內(nèi)）（研究成員的知識(shí)條件，研究興趣，相關(guān)經(jīng)歷及開(kāi)展本項(xiàng)目的基礎(chǔ)）項(xiàng)目組全體成員均是大二的學(xué)生，其中甘艷紅、喬丹、郭柏余，何中華這四位同學(xué)主修光電信息科學(xué)與工程專業(yè)（光通信與光傳感方向），蘇昭偉同學(xué)則是信工學(xué)院集成系的學(xué)生。一方面，我們四位光信專業(yè)的學(xué)生都受過(guò)光電技能實(shí)訓(xùn)課程培訓(xùn)，具有一定的光學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力。全體成員都有利用C語(yǔ)言和MATLAB軟件進(jìn)行編程的能力，對(duì)數(shù)電模電知識(shí)有一定程度的掌握。

7、此外，蘇昭偉同學(xué)熟悉Verilog, Proteus軟件的使用。何中華同學(xué)則對(duì)電腦方面的知識(shí)比較熟悉，對(duì)編程感興趣，接受過(guò)圖書館社科信息課程的培訓(xùn)，懂得如何準(zhǔn)確查找所需文獻(xiàn)。另一方面，在申報(bào)這個(gè)項(xiàng)目之前，甘艷紅同學(xué)和蘇昭偉同學(xué)均有參加過(guò)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目的經(jīng)歷。除了平時(shí)自學(xué)單片機(jī)之外，我們倆還參加了丁金妃老師開(kāi)設(shè)的聚徒學(xué)習(xí)班，進(jìn)一步學(xué)習(xí)單片機(jī)，對(duì)其基本模塊及應(yīng)用有一定的認(rèn)識(shí)與了解。實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)目的基礎(chǔ)就在于：第一，項(xiàng)目組成員對(duì)激光測(cè)距有著濃厚的興趣；第二，項(xiàng)目所需要的相關(guān)知識(shí)大部分都與專業(yè)相關(guān)，我們專業(yè)課程的學(xué)習(xí)將為完成本項(xiàng)目提高理論支撐；第三，有強(qiáng)有力的技術(shù)指導(dǎo)。我們小組團(tuán)隊(duì)的指導(dǎo)老師為徐世祥教

8、授他具有豐富的光學(xué)專業(yè)知識(shí)和厚實(shí)的科學(xué)研究基礎(chǔ)。相信在他的指導(dǎo)下，我們能夠順利完成項(xiàng)目；最后，項(xiàng)目所需成本相對(duì)較低，在有限的資金支持下，能夠支持整個(gè)項(xiàng)目運(yùn)行的花銷。二、項(xiàng)目實(shí)施思路（3000字以內(nèi)）1研究意義與目的，同類研究工作國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與存在的問(wèn)題等 在智能家居產(chǎn)品中，激光雷達(dá)是以發(fā)射激光束探測(cè)外界事物的位置、速度等特征量的測(cè)距系統(tǒng)，是移動(dòng)機(jī)器人研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。機(jī)器人周圍的環(huán)境信息可以用來(lái)導(dǎo)航、避障和執(zhí)行特定的任務(wù)，獲取這些信息的傳感器既需要足夠大的視場(chǎng)來(lái)覆蓋整個(gè)工作區(qū)，又需要較高的采集速率以保證在運(yùn)動(dòng)的環(huán)境中能夠提供實(shí)時(shí)的信息。近年來(lái)，激光雷達(dá)在移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航中的應(yīng)用日益增多。這主

9、要是由于激光的距離測(cè)量技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，特別是其具有較高的精度。激光雷達(dá)與其它距離傳感器相比，能夠同時(shí)考慮精度要求和速度要求，這一點(diǎn)特別適用于移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域。根據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)（IFR）的統(tǒng)計(jì)報(bào)告，工業(yè)機(jī)器人2013年全球銷售量約17.9萬(wàn)臺(tái)，需求達(dá)到了歷史最高點(diǎn)，同比增長(zhǎng)12%；其中，在中國(guó)銷售量約3.7萬(wàn)臺(tái)，銷售量全球排名第一，同比增長(zhǎng)60%。中國(guó)成為最大的機(jī)器人消費(fèi)國(guó)。據(jù)Allied市場(chǎng)研究公司最新報(bào)告，全球工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)從2013年到2020年期間將以5.4%的復(fù)合年增長(zhǎng)率發(fā)展，到2020年其銷售額將達(dá)到411.7億美元。而目前依舊存在的問(wèn)題是，市面上大部分的激光雷達(dá)的成本較高，導(dǎo)致

10、其普及程度還不高。2 研究?jī)?nèi)容及工作方案 研究?jī)?nèi)容： 研究利用點(diǎn)激光掃描獲取待測(cè)事物的信息，研究利用線結(jié)構(gòu)傳感器接收信息，以及用MATLAB等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 工作方案： 工作方案分兩組進(jìn)行：（1）基于三角原理的激光測(cè)距模塊; （2）基于閉環(huán)控制的旋轉(zhuǎn)臺(tái)模塊；最后進(jìn)行綜合調(diào)試。工作方案（基于三角原理的激光測(cè)距模塊）利用激光三角測(cè)距原理，以點(diǎn)激光為信息獲取工具與載體，結(jié)合搭載高速線性圖像傳感器的光學(xué)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(lái)獲取深度信息的激光雷達(dá)的制作，以實(shí)現(xiàn)適用于家庭小機(jī)器人避障的應(yīng)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(xué)鏡頭、激光頭驅(qū)動(dòng)電路和控制器。高

11、速線性圖像傳感器激光頭驅(qū)動(dòng)電路光電信息轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)信息處理系統(tǒng)光學(xué)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(zhuǎn)臺(tái)模塊）基于閉環(huán)控制的旋轉(zhuǎn)臺(tái)模塊：通過(guò)閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)測(cè)距傳感器的掃描，以獲得一個(gè)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(zhuǎn)速度并且能輸出當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度。通過(guò)編碼盤進(jìn)行速度測(cè)量，把速度值通過(guò)光電傳感器檢測(cè)并通過(guò)比較器與給定速度值進(jìn)行比較，得到偏差值反饋到控制器?？刂破魑⒄{(diào)電機(jī)供電電壓控制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速，如此循環(huán)，使偏差值趨近于零，從而使旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)獲取均勻的旋轉(zhuǎn)速度，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。系統(tǒng)主要包括：比較器、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、直流電機(jī)、編碼盤、光電傳感器和控制器。獲取距離信息測(cè)距傳感器給

12、定速度搭載比較器供電控制器直流電機(jī)信息處理系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)搭載光電傳感器編碼盤獲取速度信息3 擬解決主要問(wèn)題1、解決在最大測(cè)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(dá)工作的理論模型；3、系統(tǒng)激光信號(hào)的識(shí)別，排除實(shí)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(shí)間措施等）。4研究支持條件（使用儀器或設(shè)備） 主要是依托于學(xué)校實(shí)驗(yàn)室已有的器材，比如南區(qū)電子樓的電子創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的各類型電子器材、科技樓10樓的光學(xué)實(shí)驗(yàn)室激光器、電腦等設(shè)備。此外需要網(wǎng)購(gòu)一些裝備，比如攝像頭、濾光片、光學(xué)傳感器、電機(jī)、編碼盤等器件。5 預(yù)期研究成果（研究論文、設(shè)計(jì)、專利、產(chǎn)品、鑒定、推廣應(yīng)用等） 完成激光雷達(dá)

13、成品的制作，嘗試推廣應(yīng)用在家用智能小機(jī)器人上。爭(zhēng)取申請(qǐng)實(shí)用新型專利一項(xiàng)。6項(xiàng)目創(chuàng)新之處（原始創(chuàng)新：重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)、技術(shù)發(fā)明；集成創(chuàng)新：融合多種相關(guān)技術(shù)，形成新產(chǎn)品、新產(chǎn)業(yè)；引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新：在引進(jìn)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)、分析、借鑒，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)） 在適用于家庭小機(jī)器人的避障領(lǐng)域上，與普通微波雷達(dá)相比,激光雷達(dá)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(dá)可以獲得極高的角度、距離和速度分辨率，同時(shí)測(cè)量精度最大達(dá)到6 m遠(yuǎn)；（2）隱蔽性好、抗有源干擾能力強(qiáng).與微波雷達(dá)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(duì)激光雷達(dá)起干擾作

14、用的信號(hào)源不多，因此激光雷達(dá)抗有源干擾的能力很強(qiáng)；（3）體積小、質(zhì)量輕。通常普通微波雷達(dá)的體積龐大，而激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，維修方便，操縱容易，價(jià)格也較低。本項(xiàng)目創(chuàng)新之處在于以低成本實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)的測(cè)量。三、項(xiàng)目管理（800 字以內(nèi)）1、 項(xiàng)目人員分工總負(fù)責(zé)人：甘艷紅。負(fù)責(zé)監(jiān)督項(xiàng)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(fù)責(zé)對(duì)項(xiàng)目下發(fā)的資金進(jìn)行保管以及采購(gòu)并登記項(xiàng)目所需的材料。資料收集：?jiǎn)痰ぁ⒐赜?。?fù)責(zé)對(duì)相關(guān)資料進(jìn)行采集并整理匯總。成果整理：蘇昭偉。對(duì)研究的成果進(jìn)行整理并記錄。2、 項(xiàng)目研究時(shí)間安排（查閱資料 、選題、項(xiàng)目研究方案、開(kāi)題報(bào)告、實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、處理與分析、研

15、制開(kāi)發(fā)、結(jié)題、撰寫研究論文和總結(jié)報(bào)告、參加結(jié)題答辯和成果推廣等）查閱資料：貫穿整一個(gè)項(xiàng)目（2016年3月到2017年3月）成品制作與測(cè)試：2016年7月到2017年1月撰寫研究論文和總結(jié)報(bào)告：2017年2月參加結(jié)題答辯：2017年3月四、計(jì)劃項(xiàng)目條件保障（800字以內(nèi)）1、經(jīng)費(fèi)預(yù)算及使用計(jì)劃（材料費(fèi)、資料費(fèi)、版面費(fèi)、鑒定費(fèi)、專利費(fèi)等） 經(jīng)費(fèi)主要用于材料的選購(gòu)以及資料費(fèi)上面。硬件名稱數(shù)量?jī)r(jià)格（元）光學(xué)鏡頭55*70=350光學(xué)傳感器55*200=1000濾光片55*50=250電機(jī)55*50=250編碼盤55*10=50PCB制板費(fèi)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(cuò)性預(yù)留費(fèi)用等/2000總額/75502、資源保障（實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、科研實(shí)驗(yàn)室、研究所、科教實(shí)踐基地、儀器設(shè)備、文獻(xiàn)資料等）實(shí)驗(yàn)室：科技樓10樓光學(xué)實(shí)驗(yàn)室、南區(qū)電子樓實(shí)驗(yàn)室。文獻(xiàn)資料：深圳大學(xué)南圖書館，深圳大學(xué)內(nèi)部網(wǎng)上圖書館數(shù)據(jù)庫(kù)，校外圖書館。儀器設(shè)備：科技樓10樓的光學(xué)器材、南區(qū)電子樓實(shí)驗(yàn)室的電子設(shè)備以及網(wǎng)購(gòu)制作材料。五、指導(dǎo)教師意見(jiàn)（600字以內(nèi)）1、項(xiàng)目研究的選題意義 該項(xiàng)目具有一定的挑戰(zhàn)性，可以培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力以及動(dòng)手實(shí)踐能力，真正做到把專業(yè)知識(shí)應(yīng)用與科學(xué)實(shí)踐與生活應(yīng)用當(dāng)中。2、 項(xiàng)目研究方案的科學(xué)