智能跟隨小車設計畢業設計論文

智能跟隨小車設計畢業設計論文

**職業學院

畢業設計（論文）題目：智能跟隨小車設計

系部：電子工程系

專業：電氣自動化技術

學號：2012***23216

學生姓名：

指導教師：

職稱：

二O一五年一月二日

**職業學院

畢業論文（設計）任務書

課題名稱：智能跟隨小車設計

系部：_________電子系____ _____ 專業：_______電氣自動化技術_

_ 姓名：______ ___________

學號：______2012***23216________ 指導教師：*****

二O一五年一月二日

一、畢業論文（設計）的目的與要求：

1、設計目的

畢業設計（論文）是教學過程中最后一個重要的實踐性教學環節，

是應用在校所學知識、結合工程實際，進行一次系統的、有機的解決

工程實際問題的訓練，目的是鞏固、擴大和提高所學理論知識，使之

系統化，并提升為解決實際工程技術問題的能力，通過本課題的實施

可初步掌握工業企業的自動化技術改造基本方法和步驟。

通過畢業設計實踐，可使學生進一步提高資料檢索、計算、繪圖、

動手制作和編寫說明書的職業技能。

2、題目要求：

目前，設計出具有智能化的產品已經成為商家開發產品的目標之

一，也是學生課外科技活動的熱點之一；其中，專門針對具有自主巡

線功能的智能小車的設計更是數不勝數。但大多數智能巡線小車只是

完成了“智能化”所要求的各部分的功能，在小車跟隨性方面考慮較

少。

此項目注重要求小車跟隨主人的智能性。當你下了飛機，面對一

個智能跟隨的小車載著行李跟你走，是否覺得舟車勞累的神經有一些

舒暢。當你走進琳瑯滿目的超市，有這樣一個只能跟隨的小車滿載著

你選購的物品跟隨在身邊，不再覺得陪女友逛街是在做兼職苦力。當

上了年歲的老人，陪伴伴侶散步，不再需要推輪椅，而是自動跟隨移

動。智能跟隨小車將很好的解決這類問題，把行李放在小車上，讓智

能跟隨小車自動跟隨主人。應用范圍較廣，比如超市購物車，賓館、

旅店、辦公室、醫院的人力推車，運輸系統的行李提取運輸車等等。

因此，課題的提出，具有相當的可行性和實用價值。

1、了解智能控制技術的特點，明確設計目的；

2、確定設計系統原理，制定初步方案；

3、明確控制要求，開發一款Android手機控制軟件，制作一款智

能車。智能車包含wifi通信，視頻傳輸，圖像的簡單識別等功能，采

用電機驅動，超聲波測距技術，裝備12864液晶顯示屏；

4、利用單片機系統進行智能跟隨小車系統的設計，包括硬件設計

和軟件設計。最終給出相應的設計電路參數、圖紙及程序；

5、撰寫設計說明書。

序號論文（設計）各階段名稱日期備注1 指導教師召集相關學生，

向學生介紹

畢業設計的相關規定，布置任務。

15年1月

2 論文準備，期間老師不得少于兩次指

導學生。15年2-4月準備期間，學生

向指導教師匯報

工作進度和工作

情況，每周不少

于一次。

3 畢業論文送交指導老師閱評15年4月

4 畢業答辯15年5月下旬

公布成績5月27日前

四、任務執行日期：

自2015年1月2日至2015年5月27日止。

學生（簽字）__________

指導教師（簽字）__________

系主任（簽字）__________

畢業設計（論文）成績評定表

系部：電子工程系專業：電氣自動化班級：12 級3 班姓名鄭鵬設

計（論文）總成績：

設計（論文）題目

智能跟隨小車設計

指導教師評語

該生在設計時態度認真、遵守紀律，具有強的分析問題和獨立工

作能力，掌握基礎理論、專業知識扎實，考慮問題全面，能綜合運用

所學知識和參考資料，圓滿地完成了規定的任務進程，工作量飽滿，

有一定的創新性。論文及圖紙的質量高。

評定成績：簽名：年月日

評

閱人評語

該生論文書寫認真，確定方案合理，公式引用正確，論述條理清

晰，論文質量高。圖紙視圖完整、布局合理，標注規范。各項任務完

成情況較好。設計有一定的新穎性。

評定成績：簽名：年月日

答辯小組評語

該生在設計時態度較認真，考慮問題比較全面，較合理地運用設

計資料，完成了規定的工作量，作業文件質量較高；答辯時自述較清

楚，對所提問題的回答基本正確；該生的基礎理論和專業知識掌握的

較好，有一定的獨立工作能力。

答辯成績：組長簽名：年月日

注：設計（論文）總成績=指導教師評定成績（30%）＋評閱人

評定成績（30%）＋答辯成績（40%）

智能跟隨小車的設計原理

濟南職業學院電子工程系鄭鵬

摘要：目前，設計出具有智能化的產品已經成為商家開發產品的

目標之一，也是學生課外科技活動的熱點之一；其中，專門針對具有

自主巡線功能的智能小車的設計更是數不勝數.但大多數智能巡線小車

只是完成了“智能化”所要求的各部分的功能，在小車跟隨性方面考

慮較少。

此項目注重要求小車跟隨主人的智能性。當你下了飛機，面對一

個智能跟隨的小車載著行李跟你走，是否覺得舟車勞累的神經有一些

舒暢。當你走進琳瑯滿目的超市，有這樣一個只能跟隨的小車滿載著

你選購的物品跟隨在身邊，不再覺得陪女友逛街是在做兼職苦力。當

上了年歲的老人，陪伴伴侶散步，不再需要推輪椅，而是自動跟隨移

動。智能跟隨小車將很好的解決這類問題，把行李放在小車上，讓智

能跟隨小車自動跟隨主人。應用范圍較廣，比如超市購物車，賓館、

旅店、辦公室、醫院的人力推車，運輸系統的行李提取運輸車等等。

關鍵詞：VB軟件安卓軟件單片機步進電機102864液晶顯示器

wifi模塊攝像頭

目錄

第一章研究背景 (1)

第二章研究內容 (1)

2.1 研究目標 (1)

2.2 研究方法 (1)

2.3 研究計劃 (2)

第三章研究過程 (2)

3.1 上位機軟件的開發................................................... (2)

3.1.1 VB軟件開發 (2)

3.1.2 Android軟件開發 (2)

3.2 下位機主控系統...................................................... (3)

3.3 電機驅動模塊......................................................... (3)

3.4 測距模塊 (3)

3.5 LCD顯示模塊......................................................... (4)

3.6 WiFi模塊 (4)

3.7車體制作 (4)

3.8紅外傳感器 (5)

第四章研究成果 (6)

4.1 實現WiFi模塊與PC或Android通訊 (6)

4.2 完成總體設計框圖................................................ (7)

4.3完成系統硬件設計 (8)

4.3.1單片機電路................................................... (9)

4.3.2軟件設計 (10)

4.4顯示系統............................................................... (10)

4.5電機驅動模塊 (11)

4.6電源設計............................................................ (11)

結束語........................................................................ (12)

參考文獻 (12)

致謝 (13)

附錄............... (14)

第一章研究背景

現在,在國內市場上暫時還沒有具有跟隨性的載物小車出現。而在

國外，有一款最接近的產品，叫做“高爾夫球童車”。

因為在國外很多人會打高爾夫，國外的人力球童是很貴的，因而

這個設計有市場。而在中國，打高爾夫的人少之又少，能去買專業的

球通車的就更加少了。因而此產品在中國的網絡上搜到的資料很少，

沒有中國的銷售商。

此外，中國具有跟隨性的產品，主要都是有軌機械跟隨，用于工

廠的各類生產機車的一部分，或是比賽場的有軌跟隨拍攝車，并沒有

實際針對餐廳、旅館、機場、超市等大眾場合，或家庭個人的產品。

技術上做到跟隨并不難，但是沒有應用到生活中的產品方向。基

于長時間對智能小車的不斷開發，小車的自動壁障、自動化設計都已

經很純熟，設計的資源共享度很高。對于開發新型跟隨性智能小車技

術上有保障。

第二章研究內容

2.1研究目標

開發一款Android手機控制軟件，制作一款智能車。智能車包含

wifi 通信，視頻傳輸、圖像的簡單識別、電機驅動、紅外跟隨、超聲

波測距和12864液晶顯示屏。

2.2 研究方法

研究方法是指在研究中發現新現象、新事物，或提出新理論、新

觀點，揭示事物內在規律的工具和手段。這是運用智慧進行科學思維

的技巧，一般包括文獻調查法、觀察法、思辨法、行為研究法、歷史

研究法、概念分析法、比較研究法等。研究方法是人們在從事科學研

究過程中不斷總結、提煉出來的。由于人們認識問題的角度、研究對

象的復雜性等因素，而且研究方法本身處于一個在不斷地相互影響、

相互結合、相互轉化的動態發展過程中，所以對于研究方法的分類目

前很難有一個完全

統一的認識。

2.3研究計劃

2014.11.7-2014.11.30小車底盤制作與切割

2014.12.01-2014.12.30 wifi與單片機通信

2015.03.01-2015.03.10單片機與紅外傳感器調試與編程

2015.03.11-2014.04.11單片機與L298N（電機驅動模塊）通信

與步進電機驅動

2015.04.11-2015.04.25 wifi模塊與攝像頭數據傳輸

2015.04.25-2015.04.30 整車組裝與調試

第三章研究過程

3.1 上位機軟件的開發

3.1.1 VB軟件開發

Visual Basic是一種由微軟公司開發的包含協助開發環境的事件驅

動編程語言。從任何標準來說，VB都是世界上使用人數最多的語言—

—不僅是盛贊VB的開發者還是抱怨VB的開發者的數量。它源自于

BASIC 編程語言。VB擁有圖形用戶界面（GUI）和快速應用程序開發

（RAD）系統，可以輕易的使用DAO、RDO、ADO連接數據庫，或

者輕松的創建ActiveX控件。程序員可以輕松的使用VB提供的組件快

速建立一個應用程序。

3.1.2 Android軟件開發

Android是一種基于Linux的自由及開放源代碼的操作系統，主

要使用于移動設備，如智能手機和平板電腦，由Google公司和開放

手機聯盟領導及開發。尚未有統一中文名稱，中國大陸地區較多人使

用“安卓”或“安致”。Android操作系統最初由Andy Rubin開發，

主要支持手機。2005年8月由Google收購注資。2007年11月，

Google與84家硬件制造商、軟件開發商及電信營運商組建開放手機

聯盟共同研發改良Android系

統。

3.2下位機主控系統

采用單片機作為整個系統的核心，用其控制行進中的小車。其關

鍵在于實現小車的自動控制，而在這一點上，單片機就顯現出來它的

優勢——控制簡單、方便、快捷。這樣一來，單片機就可以充分發揮

其資源豐富、有較為強大的控制功能及可位尋址操作功能、價格低廉

等優點。因此，這種方案是一種較為理想的方案。

針對本設計特點——多開關量輸入的復雜程序控制系統，不能用

精簡I/O口和程序存儲器的小體積單片機，D/A、A/D功能也不必選

用。根據這些分析,我選定了STC12C5A60S2單片機作為本設計的主控

裝置，51單片機具有功能強大的位操作指令，I/O口均可按位尋址，

程序空間多達8K，對于本設計也綽綽有余，更可貴的是51單片機價

格非常低廉。

3.3 電機驅動模塊

我選用了L298N驅動芯片，L298N是ST公司生產的一種高電壓、

大電流電機驅動芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點是：工作電壓

高，最高工作電壓可達46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達3A，持

續工作電流為2A；額定功率25W。內含兩個H橋的高電壓大電流全

橋式驅動器，可以用來驅動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等

感性負載；采用標準邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不

受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，

使內部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量

反饋給控制電路。使用L298N芯片驅動電機，該芯片可以驅動一臺兩

相步進電機或四相步進電機，也可以驅動兩臺直流電機。這種調速方

式有調速特性優良、調整平滑、調速范圍廣、過載能力大，能承受頻

繁的負載沖擊，還可以實現頻繁的無級快速啟動、制動和反轉等優點。

因此決定采用使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制步進電機。

3.4 LCD顯示模塊

帶中文字庫的128X64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串

行多

種接口方式，內部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形

液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64, 內置8192個16*16點漢字，

和128個16*8點ASCII字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡單、

方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面。

可以顯示8×4行16×16點陣的漢字。也可完成圖形顯示。低電壓

低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構成的液晶顯示方案與同類型的

圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結構或顯示程序都要簡潔

得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊

3.5 WiFi模塊

RM04模塊為串口或TTL電平轉WIFI通信的一種傳輸轉換產品，

Uart-Wifi模塊是基于Uart接口的符合wifi無線網絡標準的嵌入式模

塊，內置無線網絡協議IEEE802.11協議棧以及TCP/IP協議棧，能夠

實現用戶串口或TTL電平數據到無線網絡之間的轉換。

一般架設無線網絡的基本配備就是無線網卡及一臺AP，如此便能

以無線的模式，配合既有的有線架構來分享網絡資源，架設費用和復

雜程度遠遠低于傳統的有線網絡。如果只是幾臺電腦的對等網，也可

不要AP，只需要每臺電腦配備

無線網卡。AP為AccessPoint簡稱，一般翻譯為“無線訪問節

點”，或“橋接器”。它主要在媒體存取控制層MAC中扮演無線工作

站及有線局域網絡的橋梁。有了AP，就像一般有線網絡的Hub一般，

無線工作站可以快速且輕易地與網絡相連。特別是對于寬帶的使用，

WiFi更顯優勢，有線寬帶網絡（ADSL、小區LAN等）到戶后，連接

到一個AP，然后在電腦中安裝一塊無線網卡即可。普通的家庭有一個

AP已經足夠，甚至用戶的鄰里得到授權后，則無需增加端口，也能以

共享的方式上網。

3.6 車體制作

我選擇的車體是亞克力透明板材。亞克力的中文名稱由英文

Acrylics 音譯而來，中文俗名有壓克力、阿克力。是丙烯酸類和甲基

丙烯酸類化學品的通稱。包括單體、板材、粒料、樹脂以及復合材料。

亞克力板由

甲基烯酸甲酯單體（MMA）聚合而成，即聚甲基丙烯酸甲酯

（PMMA）板材有機玻璃，是一種經過特殊工藝加工的有機玻璃。有

“塑料皇后”之美譽。亞克力的研究開發，距今已有一百多年的歷史。

亞克力板具有水晶一般的透明度，透光率達92%以上，用染料著

色的亞克力板又有很好的展色效果，此外，亞克力板：具有極佳的耐

候性，較高的表面硬度和表面光澤以及較好的耐高溫性能。亞克力板

有良好的加工性能，按生產工藝可分為澆鑄型和擠壓型兩種。既可采

用熱成型（包括模壓，吹塑和真空吸塑），也可用機械加工方式如鉆、

車、洗、切割等。用微電腦控制的機械切刮和雕刻不僅使加工精度大

為提高，而且還可制作出比傳統方式更精美的圖案和造型。另外，亞

克力板可采用激光切割和激光雕刻，制作效果奇特的制品。

硬度是最能體現澆注亞克力板生產工藝和技術的參數之一，是品

質控制中的重要一環。硬度能反映出原料MMA純度、板材耐候性以

及耐高溫性能等。硬度直接影響到板材是否會收縮彎曲變形，加工時

表面是否會出現皸裂等情況。硬度是評判壓克力板品質好壞硬性指標

之一。澆注亞克力板具有目前最高的硬度指標平均達洛氏硬度值90度。

亞克力板且有極佳的耐候性，尤其應用于室外，居其他塑膠之冠，

并兼具良好的表面硬度與光澤，加工可塑性大，可制成各種所需要的

形狀與產品。其板材的種類繁多色彩豐富（含半透明的色板），另一

特點是厚板仍能維持高透明度。

3.7紅外傳感器

我選用E18-D80NK型紅外避障傳感器，紅外避障傳感器（以下

簡稱紅外）。紅外具有一對紅外信號發射與接收二極管，發射管發射

一定頻率的紅外信號，接收管接收這種頻率的紅外信號，當紅外的檢

測方向遇到障礙物（反射面）時，紅外信號反射回來被接收管接收，

經過處理之后，通過數字傳感器接口返回到機器人主機，機器人即可

利用紅外波的返回信號來識別周圍環境的變化。

第四章研究成果

4.1 實現WiFi模塊與PC或Android通訊

通過小型路由器來實現。該方案是在小車端安裝一個小型路由器，

是小車周圍一定范圍具有WIFI覆蓋，然后將手機連接到路由器IP地

址，對其發送指令，路由器接收指令后對單片機串口發送數據指令，

實現控制。系統框圖如下：

手機端發送

控制指令

小車端路由

器收指令

小車端路由

器收指令

小車響應控

制

圖1 通訊程序系統框圖

通過比較以上兩種方案。方案一雖然可以實現小車超遠程控制，

但開發成本較高，相對于大一學生來說技術難度較大，而且控制過程

要消耗上網流量。而方案二則相對簡單，開發難度較低，適合制作玩

具小車，因此我們選擇了方案二。

4.2 完成總體設計框圖

遙控小車系統總框圖如圖2所示。

圖 2 控制流程圖

4.3 硬件系統設計

4.3.1單片機電路

1.單片機電路

在這里，單片機要實現對電機驅動模塊的控制，同時還要有路由

器進行串口通信，為了能夠控制電機轉速，可以使用單片機的定時器

來實現，利用單片機定時器功能控制IO 口產生脈沖，通過脈沖調節電

機轉速。

考慮到單片機要實現以上功能，選擇使用STC12C5A60S2來構成

電路。STC12C5A60S2是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，

具有 8K 在系統可編程Flash 存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位

CPU 和在系統可編程Flash ，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用

系統提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k 字節

Flash ，512字節RAM ， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內置4KB

EEPROM ，MAX810復位電路，三個16 位 定時器/計數器，一個6

向量2級中斷結構，全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 靜態

邏輯操作，支持2種軟件可選擇節電模式。空閑模式下，CPU 停止工

作，允許RAM 、定時器/ 單片機 電機驅動模塊 小型路由器

直流電機

12864顯示 安卓手機 通信