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1、山 东 科 技 大 学本科毕业设计（论文）开题报告题 目 基于单片机的简易智能电动车控制系统 学 院 名 称 信息与电气工程学院 专 业 班级 自动化 2007-1 学 生 姓名 袁顺娟 学 号 200701100133 指 导 教 师 武超 填表时间：2011 年 4 月 20 日填表说明1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。2.此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期完成，经指导教师签署意见、相关系主任审查后生效。3.学生应按照学校统一设计的电子文档标准格式，用 A4 纸打印。4.参考文献不少于 8 篇，其中应有适当的外文资料（一般不
2、少于 2 篇）。5.开题报告作为毕业设计（论文）资料，与毕业设计（论文）一同存档。设计（论文） 题目基于单片机的简易智能车控制系统工程设计应用研究开发研究基础研究其它设计（论文） 类型（划“” ）一、本课题的研究目的和意义 其专业知识涉及控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等多个学科， 对学生的知识融合和实践动手能力的培养，对高等学校控制及汽车电子学科学术水平的提高， 具有良好的长期的推动作用。随着赛事的逐年开展，将不仅有助于大学生自主创新能力的提 高，对于相关学科领域学术水平的提升也有一定帮助，最终将有助于汽车企业的自创新，得 到企业的认可。研究面向城市环境的无人自动驾驶车
3、辆，旨在为未来的城市提供一种灵活、 高效、安全、环保的新型公共交通工具。经过研究，人们发现如果能把人放置在车路系 统之外，便可以比较容易降低事故率。因此，车辆自动驾驶是智能交通系统的重要组成部分。二、本课题的主要研究内容（提纲）本课题要完成在基于单片机的自动控制器控制模型车在封闭的跑道上自主运行一圈，在保证模型车运行稳定及不跑出跑道的前提下，跑完一圈的时间越小越好。具体的研究内容有：1. 道路识别模块的设计. 选择满足设计要求的传感器，进行相应的分析和计算2. 电机驱动模块的设计与实现。通过电机驱动模块控制驱动电机两端电压可以使模型车加速，也可对模型车减速，可以使用大功率晶体管、全桥或者半桥电
4、路，输出PWM 波形实现对于电机的控制。3. 舵机的设计与实现。4. 主控制器的选择。根据所选器件的兼容性，功耗要求等选择满足要求的控制器。5. 速度检测模块的设计。车速检测，对车速进行闭环反馈控制，选择合适的电路使模型车运行的更精确。6. 电源的设计。根据各个模块的电源要求设计所需要的稳压电源。7. 调试电路的设计。调试电路用于模型车开发调试阶段，可以显示模型车控制电路的各种信息以及工作参数，而且还可以对工作参数进行现场修改。8. 显示模块的设计。9. 根据算法设计实现硬件电路的设计以及软件模块的设计。 ，软件模块的设计。软件部分主要有 MSP430F149 单片机的时钟初始化；PWM 模块
5、的应用；外部中断模块；定时器模块捕捉功能的实现;AD 模块的应用；模糊 PID 控制算法的实现。 三、文献综述（国内外研究情况及其发展）国外概况国外概况美国国防远景研究规划局 DARPA 从 2004 年开始举办无人车大奖赛，以百万美元的奖金吸引各大高校和企业参与无人驾驶车辆的研究工作。2004 年的比赛在沙漠中进行。但在全长近 250 公里的路线上，最远的一队也仅仅跑了 11.78 公里而已。2005 年的比赛有 5 辆车完成比赛，斯坦福大学 Sebastian Thrun 教授带领的 Stanford RacingTeam 的 Stanley 赛车获得冠军，他们使用了一辆改装过的大众途锐
6、R5 柴油车。2006 年的比赛难度再次加大，从沙漠移到了城市里，在加州的 Victorville，队伍完全被置身于真实的道路状况之中，包括避让，拥堵，加入车流和遵守交通规则等。卡内基梅隆大学最终获得冠军和 200 万美元的奖励，斯坦福获得第二名和 100 万美元，而第三名被维吉尼亚理工学院夺得。2007 年底在加利福尼亚维克托维尔举办了第三届智能汽车大赛。一款经过改装的智能化雪佛兰太和运动型多功能车在无人操控的情况下行驶了 6 个小时，行程 60 英里(约 96 公里)，夺得大赛冠军。美国国防部希望智能汽车最能够用于军事，以使士兵更加安全；汽车制造商认为，人工智能系统将能帮人们驾驶，最终完全
7、承担驾驶任务；研究者希望他们的技术将有助于减少交通事故。韩国大学生智能模型车竞赛是韩国汉阳大学汽车控制实验室在飞思卡尔导体公司资助下举办的以 HCS12 单片机为核心的大学生课外科技竞赛。组委将提供一个标准的汽车模型、直流电机和可充电式电池，参赛队伍要制作一能够自主识别路线的智能车，在专门设计的跑道上自动识别道路行驶，跑完整个赛程用时最短且技术报告评分较高的参赛队为获胜者。制作智能模型车，要参赛队伍学习和应用嵌入式软件开发工具软件 Codewarrior 和在线开发手段自行设计和制作可以自动识别路径的方案、电机的驱动电路、模型车的车速传感电路、模型车转向伺服电机的驱动以及微控制器 MC9S12
8、DP256 控制软件编程，等等。其专业知识涉及控制、模式识别、传感技术、汽车电子、电气、计算机、机械等多个学科，对学生的知识融合和实践动手能力的培养，对高等学校控制及汽车电子学科学术水平的提高，具有良好的长期的推动作用。随着赛事的逐年开展，将不仅有助于大学生自主创新能力的提高，对于相关学科领域学术水平的提升也有一定帮助，最终将有助于汽车企业的自创新，得到企业的认可。上海交通大学、法国国家信息与自动化研究所(INRIA)和葡萄牙 Coimbra 大学联合组成的 CyberC3 项目组，重点研究面向城市环境的无人自动驾驶车辆，旨在为未来的城市提供一种灵活、高效、安全、环保的新型公共交通工具。经过研
9、究，人们发现如果能把人放置在车路系统之外，便可以比较容易降低事故率。因此，车辆自动驾驶是智能交通系统的重要组成部分。国内概况国内概况“飞思卡尔杯”全国大学生智能汽车竞赛是由教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会主办，飞思卡尔半导体公司协办的全国性的比赛；全国大学生智能汽车竞赛是在统一汽车模型平台上，使用飞思卡尔半导体公司的 8 位、16 位微控制器作为核心控制模块，通过增加道路传感器、设计电机驱动电路编写相应软件以及装配模型车，制作一个能够自主识别道路的模型汽车，按规定路线行进，以完成时间最短者为优胜。与以往的专业竞赛不同，智能汽车竞赛是以快速发展的汽车电子为背景，涵盖了控制、模式识别、传感
10、技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科交叉的科技创新比赛，已经成为各高校示科研成果和学生实践能力的重要途径，同时也为社会选拔优秀的创新人才供了重要平台。我国于 2006 年 8 月举办第一届“飞思卡尔杯”全国大学生智能汽车邀请此次比赛吸引了来自全国 59 所著名学校的 112 支代表队的参与，大赛分预赛决赛两个阶段。我国于 2008 年 8 月举办了第三届“飞思卡尔杯”全国大学生智能汽车邀赛，此次比赛吸引了来自全国的 100 多所著名学校的几百支代表队参与，由于参赛队较多，大赛分为分赛区比赛和全国总决赛；全国共分东北赛区、华赛区、华东赛区、华南赛区及西南赛区五个分赛区；分赛区的前 15 名优
11、胜者参加全国的总决赛。本届比赛在第一届比赛的基础上增加了赛道的难度，增加弯道和蛇形道在整个赛道中的比重，在决赛中还增加了不同角度的坡道，这对参赛选手及智能模型车系统提出了更高的要求。全国大学生智能汽车竞赛已经成功举办了三届，比赛规模不断扩大、比成绩不断提高。通过比赛促进了高等学校素质教育，培养大学生的综合知识用能力、基本工程实践能力和创新意识，激发大学生从事科学研究与探索的兴趣和潜能，倡导理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神，为优秀人才的脱颖而出创造条件。当前在嵌入式领域 8 位、16 位、32 位的 CPU 种类繁多，各有定位和特色，且一个芯片中集成 2 个甚至 3 个 CPU
12、也不难见到。更复杂的应用可以使用多个 CPU 的分布式系统，因此 CPU 的运算能力不再是设计者首先考虑的。半导体技术的发展的不平衡往往表现在存储器上。因此有人提出，嵌入式系统的设计应该不再以 CPU 为核心，而是以存储器为核心。四、拟解决的关键问题设计自动控制器是制作智能车的核心环节，作为能够自动识别道路运行的智能车，车模和控制器可以看成一个自动控制系统，它可以分为传感器、信息处理、控制算法、执行机构四个部分。本次设计需要制作出一个能够自主识别道路并行驶的智能车。在模型车的制作过程中，最关键的问题就是如何探寻黑线，如何施以合适的控制策略来确保小车在不违背规则的前提下沿赛道尽可能快速稳定的前进
13、。而探寻黑线的准确与否将直接影响小车行进的稳定性，故而，设计出准确的寻线系统是该智能车制作过程中最重要的环节。另外基于模糊控制的赛车 PID 控制算法的研究也是稳定运行的重点。五、研究思路和方法 1 收集并整理设计所需原始材料，有针对性地复习掌握与设计相关的内容为确定设计方案 做准备。 2.控制方案设计包括总体方案概述和系统的工作原理 3 硬件设计及说明 包括光电传感器的设计和电机驱动模块的设计与实现电源模块的设计，舵机的控制 4 软件设计说明 涉及 MSP430F149 单片机的时钟初始化、PWM 模块的应用、AD 模块的应用、模糊 PID 控 制算法的实现。在设计整个软件架构和算法之前一定
14、要对整个车模的机械结构有一个 感性的认识，然后建立相应的数学模型，并在实际的调试过程中不断的改进和提高。 5 将硬件和软件进行最优化，是小车运行达到一个相对稳定且速度较快的状态六 本课题的进度安排3 月 1 日3 月 24 日 完成开题报告3 月 25 日4 月 10 日 系统概要设计4 月 11 日4 月 24 日 实习4 月 25 日5 月 1 日 程序调试5 月 2 日5 月 20 日 提交初步设计结果5 月 20 日5 月 23 日 设计优化5 月 23 日6 月 14 日 毕业论文及毕业答辩六、参考文献 1 公茂法等 单片机原理与实践 北京航空航天大学出版社 2 第三届“飞思卡尔”杯
15、全国大学生智能汽车邀请赛技术报告 上海交通大学 3 第三届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛技术报告 东北大学 4 卓晴 智能汽车自动控制器方案设计，清华大学自动化系，2006 5 谭浩强 C 语言程序设计（第二版） ，北京：清华大学出版社，1999 6 MSP430F1系列单片机常用模块应用原理 http:/ 7基于超低功耗的MSP430系列单片机http:/ 8 电力电子技术 王旭光等 中国石油大学出版社 9 数字电子技术基础第五版 阎石主编 高等教育出版社 10 Document order number: MC33886 Rev 7.0, Freescale Semiconductor，07/200511 MC9S12XS256 Reference Manual ，Freescale Semiconductor 02/2009指导教师意见指导教师（签名）： 2011 年 月 日所在系（所）意见负责人（签章）： 2011 年 月 日
