摘 要

　　近年來(lái)由于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展帶來(lái)了汽車(chē)行業(yè)的新時(shí)代.無(wú)人駕駛汽車(chē)也稱(chēng)智能汽車(chē),即不需要人為干預,通過(guò)事先編程好的程序進(jìn)行相應的操作,實(shí)現預期的路徑效果的汽車(chē).本次設計主要在原有的智能汽車(chē)基礎上加載了自動(dòng)滅火的功能,以實(shí)現在發(fā)生火災這種高風(fēng)險的情況下避免沒(méi)有人員傷亡的情況下實(shí)現滅火.

　　本次設計的自動(dòng)循跡小車(chē),利用各種傳感器原件,如紅外傳感器、循跡模塊、超聲波模塊、溫度傳感器等對外部信息進(jìn)行采集再傳遞給單片機,單片機再解析反饋的內容下達指令給電機,從而驅動(dòng)電機控制小車(chē)按照事先預定的軌道行駛從而在行駛的過(guò)程中實(shí)現循跡、避障、遙控以及滅火等功能.在火焰檢測傳感器檢測到火源時(shí)下達指令讓風(fēng)扇轉動(dòng)實(shí)現滅火.最后在完成滅火之后按照預定軌跡返回至初始點(diǎn).

　　軟件方面采用C語(yǔ)言進(jìn)行相關(guān)程序編程,將每一個(gè)模塊分別編寫(xiě)再做匯總, 再對小車(chē)實(shí)物進(jìn)行硬件調試,最終完成能夠實(shí)現預期功能的智能小車(chē).

　　關(guān)鍵詞:單片機 避障 循跡 滅火

　　Abstract

　　In recent years, thanks to the rapid development of Internet technology, theautomobile industry has brought a new era. Driverless cars, also known as smart cars,do not require human intervention to achieve the desired path effect throughprogrammed procedures. This design mainly based on the original smart cars loadedthe function of automatic fire extinguishing, to realize in the case of a fire in the highrisk avoid under the condition of no casualties fire.

　　The design of automatic tracking car, use a variety of original sensor, such asinfrared sensor, tracking module, ultrasonic module, temperature sensor and externalinformation acquisition and passed to the single chip microcomputer and single chipmicrocomputer to parse the content of the feedback give orders to the motor, thusdriving drive motor control the car according to the predetermined orbit in advance soas to realize tracking in the process of moving, avoiding obstacle,remote control andfire fighting, and other functions. When the flame detection sensor detects the sourceof fire, the instructions are sent to the fan to turn the fire. At last, return to the originalpoint according to the predetermined trajectory after extinguishing the fire.

　　Software with C language programming, each module respectively do summary towrite again, again on the car physical hardware debugging, finishing can achieveexpected function of smart car.

　　Key words: single chip microcomputer; Obstacle avoidance; Black line tracking;Put out the fire

　　目錄

　　1 緒論.........................................................7

　　1.1 課題研究的歷史背景和影響....................................7

　　1.1.1 課題研究的歷史背景........................................7

　　1.1.2 課題研究的影響...........................................7

　　1.2 國內外智能汽車(chē)的發(fā)展情況....................................8

　　1.2.1 國內智能汽車(chē)的發(fā)展情況 ..................................8

　　1.2.2 國外智能汽車(chē)的發(fā)展情況 ..................................8

　　1.2.3 未來(lái)的研究方向 ..........................................8

　　1.3 論文主要內容..............................................9

　　2 設計任務(wù)和方案的確定.........................................10

　　2.1 設計的主要內容要求 .........................................10

　　2.2 總體方案設計 ...............................................10

　　2.3 各電子元件以及模塊部件的選擇及特性 ...........................11

　　2.3.1 主控制模塊 .............................................11

　　2.3.2 電源模塊 ...............................................11

　　2.3.3 循跡模塊 ...............................................11

　　2.3.4 避障模塊 ...............................................11

　　2.3.5 電機模塊 ...............................................12

　　2.3.6 電機驅動(dòng)模塊 ...........................................12

　　2.3.7 火焰檢測模塊 .........................................12

　　2.3.8 滅火模塊 ...............................................12

　　2.4 本章小結..................................................12

　　3 系統硬件電路的設計與實(shí)現......................................13

　　3.1單片機電路 .................................................13

　　3.2 循跡電路設計 ..............................................14

　　3.3避障電路設計 ................................................14

　　3.4滅火電路設計 ................................................15

　　3.5智能防撞報警電路設計 ........................................16

　　3.6 遙控電路設計 ...............................................16

　　3.7 電機驅動(dòng)電路 ...............................................17

　　3.8 本章小結 ..................................................18

　　4 系統軟件設計與實(shí)現 ...........................................19

　　4.1 主控制程序流程圖 .............................................19

　　4.2 循跡程序流程圖 ...............................................20

　　4.3 避障程序流程圖 ...............................................21

　　4.4 報警程序流程圖 ...............................................22

　　4.5 電機驅動(dòng)模塊程序流程圖 .......................................24

　　4.6 本章小結 .....................................................25

　　5 系統調試........................................................26

　　5.1 軟件調試 .....................................................26

　　5.2 硬件調試 .....................................................26

　　5.2.1循跡模塊測試 ............................................26

　　5.2.2 電源模塊調試 ...........................................26

　　5.2.3 紅外避障模塊調試 .......................................27

　　5.3 本章小結 .....................................................27

　　結 論.............................................................28

　　參考文獻..........................................................28

　　致 謝............................................................30

　　附錄1電路原理圖...................................................31

　　附錄2 底板PCB圖....................................................33

　　附錄3 主板PCB圖....................................................34

　　附錄4 硬件實(shí)物圖....................................................35

　　附錄5 元件清單.....................................................36

　　附錄6 部分功能子程序................................................38

　　1 緒論

　　1.1 課題研究的歷史背景和影響

　　1.1.1 課題研究的歷史背景

　　由于人們缺乏相關(guān)的消防意識導致火災現象時(shí)有發(fā)生.尤其在最近幾年科學(xué)技術(shù)的飛速 發(fā)展,高層建筑逐漸增多,再加上人們消防意識的匱乏,火災安全隱患時(shí)刻存在.由于高層建筑的特殊結構,消防員很難在第一時(shí)間趕到火源的位置進(jìn)行滅火.同時(shí)消防員在現場(chǎng)滅火時(shí),由于潛在的易燃易爆物品會(huì )導致爆炸產(chǎn)生沖擊波從而危及消防員的生命,媒體上也常常報道消防員因公殉職的事跡.另外隨著(zhù)人工智能浪潮的席卷,無(wú)人汽車(chē)的 技術(shù)支持越來(lái)越成熟,另外人口的增長(cháng)加上人們生活質(zhì)量的提高加上出行的頻繁.無(wú)人車(chē)的需求日益高漲,再加上傳統人為駕駛汽車(chē)的局限性和危險性,像交通事故造成的人員傷亡每年也時(shí)有報道.所以越早遏制住火災的發(fā)生顯得尤為重要.但是我國對此類(lèi)智能消防循跡小車(chē)的研究才剛剛起步,在技術(shù)和實(shí)踐方面還不夠成熟[1].對于很多高危火災現場(chǎng),例如化工廠(chǎng),易燃易爆的生產(chǎn)廠(chǎng)房乃至加油站,這些地方的消防工作對消防員的生命安全威脅極大,所以智能循跡小車(chē)的消防功能研究顯得尤其突出.

　　為了能夠在求援的黃金時(shí)間求出火災中的受害者,無(wú)人小車(chē)的小巧性可以避免在前往始發(fā)途中突發(fā)的交通堵塞問(wèn)題,從而能夠在第一時(shí)間趕到事故現場(chǎng),而隨著(zhù)人工智能元年的到來(lái),人工智能技術(shù)的日趨成熟使得智能小車(chē)即將成為現實(shí).由于大數據時(shí)代的到來(lái)加上科技的發(fā)展,實(shí)時(shí)監控技術(shù)的完善也給小車(chē)的控制提供了強有力的保障.現在 類(lèi)似的智能機器也已經(jīng)逐漸走進(jìn)人們的生活,常見(jiàn)的家里有清潔機器人和早教機器人,一些工廠(chǎng)也逐步用機器人來(lái)代替人工工作.當然為了保障智能小車(chē)順利高效的完成工作,如何準確的收集外部環(huán)境信息并加以分析就顯得格外重要.

　　1.1.2 課題研究的影響

　　由于大數據時(shí)代的到來(lái),人工智能日趨成熟,無(wú)人車(chē)所具有的功能越來(lái)越豐富復雜,無(wú)人消防車(chē)的運用就可以有效取代消防員這樣的高危職業(yè).然而,相比國外而言我國對無(wú)人車(chē)的領(lǐng)域研究開(kāi)發(fā)還不夠成熟,在技術(shù)層面還比較落后.我國應該加強對智能科技無(wú)人駕駛領(lǐng)域的重視,從根本上提升自主科技水平,當災難發(fā)生時(shí),能夠在黃金時(shí)間采取最佳的營(yíng)救措施,同時(shí)保障消防員,武警等高危職業(yè)的人身安全,最大程度降低災后的損失,維護國家人民的財產(chǎn)和人身安全.

　　這篇論文研究的基于單片機的智能循跡小車(chē)應用十分廣泛,就滅火功能的實(shí)現就可以應用在消防領(lǐng)域,未來(lái)發(fā)展前景十分廣闊,對很多高危險職業(yè)來(lái)說(shuō)是一次福音.智能小車(chē)其實(shí)本質(zhì)上是一種智能機器人,它可以完成一些人類(lèi)才能完成的工作.這次設計出來(lái)的智能循跡小車(chē),不同于市面上的高級人工智能機器人,它在結構和電路方面都比較簡(jiǎn)單,在未來(lái)此類(lèi)滅火小車(chē)的不斷完善能夠有效的促進(jìn)消防行業(yè)的進(jìn)步.

　　現在,智能車(chē)在各個(gè)領(lǐng)域具有無(wú)限潛在的發(fā)展可能.類(lèi)似飛機的無(wú)人駕駛技術(shù)也可以應用在日常家用汽車(chē)中,其中自動(dòng)巡航,避障等功能還可以有效提高交通效率.在一些暴雨,暴雪天氣,交通事故很容易發(fā)生,但是通過(guò)超聲波或者紅外避障就能避免交通事故的發(fā)生.這些技術(shù)的發(fā)展都能夠有效提高人們的出行和生活質(zhì)量.

　　1.2 國內外智能汽車(chē)的發(fā)展情況

　　1.2.1 國內智能汽車(chē)的發(fā)展情況

　　在上個(gè)世紀八十年代起我國對于智能汽車(chē)的研究才剛剛有了萌芽.在最開(kāi)始的幾年由于我國還未改革開(kāi)放外加技術(shù)的落后,相關(guān)科研進(jìn)度還比較緩慢.后來(lái)國家出臺了相關(guān)政策措施促進(jìn)了我國機器人研究的發(fā)展,如現在的家用機器人乃至百度人工智能小度都與之密不可分.這幾年,工廠(chǎng)采用機器人代替人工的措施也促進(jìn)了相關(guān)工作生產(chǎn)的效率.由于機器人的科技進(jìn)步加上成本的降低,人們對于它們代替簡(jiǎn)單勞動(dòng)的期望日益增加.

　　可以預料到隨著(zhù)我國科技的不斷進(jìn)步加上綜合國力的增強,我國在智能汽車(chē)領(lǐng)域也會(huì )越來(lái)越重視,并且會(huì )出臺有關(guān)政策促進(jìn)智能車(chē)事業(yè)的發(fā)展.科技興國指日可待.

　　1.2.2 國外智能汽車(chē)的發(fā)展情況

　　國外對于無(wú)人車(chē)的研究比較早,最早可以上述到上個(gè)世紀五十年代美國一家公司于1954年自主研發(fā)出了世界上首臺自動(dòng)循跡汽車(chē)系統AGVS(Automated Guided VehicleSystem).這個(gè)系統的本質(zhì)其實(shí)就是無(wú)人駕駛技術(shù).AGVS最初應用于公司內部材料、貨物的運輸.由于當時(shí)技術(shù)和需求的局限性并沒(méi)有深入的拓展功能和活動(dòng)范圍,直到后來(lái)智能化的發(fā)展,此項技術(shù)開(kāi)始廣泛應用于各個(gè)領(lǐng)域.

　　1.2.3 未來(lái)的研究方向

　　智能汽車(chē)綜合了車(chē)輛工程,人工智能,計算機科學(xué)與技術(shù),機械及其自動(dòng)化等多個(gè)專(zhuān)業(yè)和領(lǐng)域,同時(shí)這也是未來(lái)必然的發(fā)展趨勢.此次課題所設計的智能小車(chē)本質(zhì)上就是智能汽車(chē)的概念映射.隨著(zhù)圖像識別計算機技術(shù)和算法設計的不斷提高.智能汽車(chē)已成為未來(lái)汽車(chē)領(lǐng)域一個(gè)重要的分支,同時(shí)滅火功能的完善對于消防領(lǐng)域也有著(zhù)重要的提升:

　　相信在不久的未來(lái),智能汽車(chē)能夠克服復雜的環(huán)境因素,成為人們生活中的必需品.

　　1.3 論文主要內容

　　本次畢業(yè)設計智能循跡小車(chē)的關(guān)鍵就在于對于外部環(huán)境信息的收集和分析.本次設 計的智能小車(chē)配備有多個(gè)傳感器,這些傳感器可以對外部信息進(jìn)行采集將結果傳給單片機,再由單片機發(fā)布相應的操作指令,簡(jiǎn)言之這次設計的智能小車(chē)具備循跡,避障,遙控,滅火等功能,可以看成是一個(gè)智能消防車(chē)的微型縮影.這次小車(chē)的循跡功能主要是循跡黑線(xiàn)并且不脫離軌道.這次設計的黑線(xiàn)我采用了16毫米寬的黑色絕緣膠,通過(guò)對于 黑線(xiàn)的檢測改變電機的電壓進(jìn)行差速轉向,從而實(shí)現設計本身的功能需求.通過(guò)單片機控制對各傳感器感應的信息進(jìn)行分析和反饋,以此實(shí)現小車(chē)的循跡、避障和滅火等功能.論文分為以下五個(gè)章節:

　　第一章:緒論,本章詳細闡明了這次畢業(yè)設計課題的歷史和發(fā)展過(guò)程,簡(jiǎn)要說(shuō)明了國內外智能汽車(chē)的發(fā)展現狀和趨勢,并且展望了未來(lái)無(wú)人汽車(chē)的發(fā)展前景.

　　第二章:設計任務(wù)和方案的確定,本章節通過(guò)小車(chē)所要實(shí)現的相關(guān)功能提出對應的具體方案,同時(shí)確定各個(gè)零部件以及電子元件的選擇和優(yōu)缺點(diǎn)分析.

　　第三章:系統硬件電路設計與實(shí)現,本節主要是闡述了各個(gè)模塊的電路原理圖和設 計思想.

　　第四章:系統軟件設計與實(shí)現,本章主要以流程圖的形式來(lái)表示各功能實(shí)現的原理過(guò)程.

　　第五章:系統調試,本章將硬件和軟件兩個(gè)部分分開(kāi)敘述,同時(shí)簡(jiǎn)述在最后小車(chē)焊接以后運行中所存在的問(wèn)題及解決辦法.

　　在本文的最后,對此次設計進(jìn)行總結.

　　…………由于本文篇幅較長(cháng),部分內容省略,詳細全文見(jiàn)文末附件

　　結 論

　　本次課程設計題目為"基于單片機的圖規劃智能循跡小車(chē)設計",小車(chē)以STC89C2為主控制單元對各個(gè)模塊傳感器的信息進(jìn)行分析,并發(fā)布命令完成小車(chē)所要實(shí)現的功能.這 次畢業(yè)設計的未來(lái)前景是無(wú)人汽車(chē).盡管無(wú)人汽車(chē)撞人的事情屢次發(fā)生,甚至在近一次美國的無(wú)人駕駛汽車(chē)撞到了一名行人并致其死亡.但人們對于無(wú)人汽車(chē)技術(shù)的向往依舊十分強烈.同時(shí)在本次設計的應用技術(shù)層面我們加上了滅火功能,這一功能應用本質(zhì)上是模擬消防汽車(chē).由于傳統消防汽車(chē)體積的問(wèn)題導致很多特殊地點(diǎn)無(wú)法準確到達,導致救援的延誤.所以智能小車(chē)的研究拓展顯得尤為重要.

　　致 謝

　　經(jīng)過(guò)×××老師的耐心指導和幫助外加上自己不懈地學(xué)習和努力,設計完成的智能循跡小車(chē)也已經(jīng)能夠完成實(shí)現預期的功能.在做畢業(yè)設計的這幾個(gè)月內,×老師對于相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識的掌握力和教學(xué)水平讓我很是收益.此外還要感謝飛思卡爾車(chē)隊的學(xué)弟們幫助我對小車(chē)進(jìn)行了故障排除和軟硬件調試,在此表示深深的感激.經(jīng)過(guò)這次畢業(yè)設計讓我重新認識了我的專(zhuān)業(yè)以及汽車(chē)專(zhuān)業(yè)和其他專(zhuān)業(yè)的交叉融合,相輔相成,同時(shí)也為我今后的考研,乃至工作提供的專(zhuān)業(yè)導向,是人生中不可或缺的一段經(jīng)歷.

　　通過(guò)本此畢業(yè)設計,我收獲良多,尤其是在C語(yǔ)言上的理解要比以往更深一個(gè)層次,同時(shí)對單片機也有了一定的了解,當然在硬件調試時(shí)由于自身的一些原因出現了很多方面的問(wèn)題,像電壓的選擇錯誤導致單片機無(wú)法正常工作等等,但是最后通過(guò)咨詢(xún)×老師和學(xué)弟們讓我順利的解決了存在的問(wèn)題.最后由于自身專(zhuān)業(yè)水平有限,可能在本次設計中還存在有一些不對的地方,還希望各位老師能夠指出來(lái)加以點(diǎn)評.
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