论文题目智能小车自动避障系统的设计与实现

研究背景工厂的流水线需要搬运零件。仓库的货物需要移动。这些工作常常使用小车。现在很多小车需要人遥控。这很费人力。效率也不高。我们希望小车自己能走。自己能避开障碍物。这就是自动避障小车。研究这种小车很有用。它能代替人做重复工作。它能去人不好去的地方。机电专业学习机械、电子、控制。做这个题目能用到学的知识。能把知识合在一起用。这是一个很好的实践。

研究目的我们想做一辆智能小车。这辆小车有几个要求。第一，小车能自己往前走。不需要人用手控制。第二，小车前面有障碍物时，它能发现。第三，发现障碍物后，小车能自己转向。它能避开障碍物。第四，避开之后，小车能继续朝目标走。我们想通过这个设计，弄清楚几个问题。怎么用传感器发现障碍物。怎么让小车的大脑处理信息。怎么让轮子听指挥。我们想把整个系统做出来。做出实物进行测试。看看它能不能真的避开障碍物。

研究意义这个研究有实际用处。在工厂里，这样的小车可以运货。在仓库里，它可以自动搬箱子。在一些危险的地方，比如有辐射的地方，它可以代替人进去。这个研究也有学习意义。做这个设计要用到机械设计。小车要有底盘和轮子。要用到电路知识。要连接各种电子元件。要用到编程。要给小车写控制程序。还要用到自动控制的原理。这对我们学生是全面的锻炼。我们能真正动手做出一个东西。这个研究不算太难。但需要的知识很全。能帮助我们巩固所学的内容。

国内外研究现状外国很早开始研究智能车。大学和公司都在做。他们的技术很先进。有的小车用摄像头看路。有的用激光测距离。他们的算法很复杂。小车能做很多决策。我们国内的研究也很多。很多大学有相关比赛。大学生做的小车能走迷宫。能循着黑线跑。市场上也有卖避障小车的玩具。但很多是简单的。撞到东西才转头。我们想做的比玩具好一些。我们想用更可靠的传感器。我们想让小车的行动更聪明。我们的成本要低。方法要简单有效。这是我们想做的方向。

研究主要内容我们的研究主要做以下几件事。第一件事是设计小车的身体。我们要选小车的底盘。要选电机和轮子。小车要结实。要能带动本身的重量。要能灵活转弯。我们可能用两个主动轮。一个万向轮。这样结构简单。第二件事是给小車装眼睛。我们选择超声波传感器。它像蝙蝠一样发出声音。通过回声判断距离。它价格便宜。测量也准。我们计划在车前装两个。一个朝左边看。一个朝右边看。这样能知道障碍物在哪个方向。第三件事是给小車装大脑。我们选择单片机。单片机是一种小电脑。我们选用常见的型号。它能读取传感器的数据。它能根据数据做出判断。它能向电机发出命令。我们要把程序写进单片机里。第四件事是设计小车的电路。传感器要接电。单片机要接电。电机需要的力量大。要用电机驱动模块。我们要用电池给整个系统供电。我们要画电路连接图。要把所有元件连起来。第五件事是写控制程序。这是最关键的一步。程序要一直让传感器测距离。如果前面距离足够，小车就直走。如果左边距离小，说明左边有障碍。程序就让小车向右转。如果右边距离小，程序就让小车向左转。我们要反复调整转弯的时间。让小车顺利绕开障碍。第六件事是组装和测试。我们把零件买回来。按照设计图组装。然后进行实验。在地上放纸箱当障碍物。看小车能不能成功避开。我们记录测试结果。发现问题就修改程序或调整硬件。

拟解决的关键问题我们预计会遇到几个困难。第一个困难是传感器误判。超声波可能受到干扰。可能把地面的反射当成障碍。我们要想办法处理错误信号。可能要做多次测量取平均值。第二个困难是小车动作不流畅。转向可能太急。可能转得不够。我们要调整程序中的参数。让小车动作平稳。第三个困难是电力供应。电机启动时耗电大。可能影响单片机和传感器。我们要在电路上加电容。稳定电源电压。我们要重点解决这几个问题。

研究方法和技术路线我们使用简单实用的方法。技术路线分几步走。第一步是查资料。看别人怎么做的。学习已有的方案。确定我们自己的方案。第二步是选零件。根据方案买材料。买单片机开发板。买超声波传感器。买直流电机和轮子。买电池和开关。第三步是设计硬件。用软件画出小车结构图。画出电路原理图。确认所有连接正确。第四步是写软件。在电脑上编写程序。用C语言写。先写基本的驱动代码。再写避障的逻辑代码。在电脑上模拟测试。第五步是分步调试。先单独测试传感器。看它测量的数字准不准。再单独测试电机。看它正转反转是否正常。最后把全部连起来测试。第六步是整体测试和改进。观察小车的实际表现。哪里不行就改哪里。直到它能可靠地避障。

实验方案我们准备在一个空房间做实验。房间大小约二十平方米。地面是平整的水泥地。我们设置几种障碍情况。第一种情况是正面一个障碍物。放在小车前进路线上。看小车是左转还是右转。第二种情况是墙角一样的障碍。放在小车的一侧。看小车会不会撞到角落。第三种情况是多个障碍物。摆成一条弯道。看小车能不能穿过去。我们每次实验记录数据。记录成功还是失败。记录避障的距离。记录花费的时间。我们计划实验五十次。计算成功的概率。如果成功率超过百分之九十，我们就认为系统是成功的。

预期成果我们期望得到一辆能跑的小车。这辆小车是我们自己做的。它能实现自动避障功能。我们期望得到一套设计图纸。包括机械装配图和电路图。我们期望得到完整的单片机程序。这些程序可以给其他人参考。我们期望得到一份实验记录。记录测试数据和改进过程。整个作品就是我们的毕业设计。我们要写出详细的论文。说明我们是怎么做的。展示我们最终的结果。

进度安排第一阶段用两周时间。查阅资料。确定最终方案。写好开题报告。第二阶段用三周时间。购买所有需要的零件和工具。第三阶段用四周时间。完成硬件组装和电路焊接。第四阶段用五周时间。编写和调试控制程序。进行初步测试。第五阶段用三周时间。进行系统整体测试。记录实验数据。解决出现的问题。第六阶段用四周时间。撰写毕业论文。整理所有资料。准备毕业答辩。

现有条件我们学校有实验室。实验室里有电烙铁。有万用表。有示波器。这些工具我们可以用。实验室有电脑。可以编程和画图。我们小组有三个人。我们都学过单片机课程。我们都学过机械设计基础。我们有信心完成这个设计。我们的指导老师很有经验。老师会给我们提供建议。我们会自己购买材料。材料费用在我们的预算内。