智能跟随小车设计毕业设计论文

智能跟随小车设计毕业设计论文

**职业学院

毕业设计（论文）题目：智能跟随小车设计

系部：电子工程系

专业：电气自动化技术

学号：2012***23216

学生姓名：

指导教师：

职称：

二O一五年一月二日

**职业学院

毕业论文（设计）任务书

课题名称：智能跟随小车设计

系部：_________电子系____ _____ 专业：_______电气自动化技术_

_ 姓名：______ ___________

学号：______2012***23216________ 指导教师：*****

二O一五年一月二日

一、毕业论文（设计）的目的与要求：

1、设计目的

毕业设计（论文）是教学过程中最后一个重要的实践性教学环节，

是应用在校所学知识、结合工程实际，进行一次系统的、有机的解决

工程实际问题的训练，目的是巩固、扩大和提高所学理论知识，使之

系统化，并提升为解决实际工程技术问题的能力，通过本课题的实施

可初步掌握工业企业的自动化技术改造基本方法和步骤。

通过毕业设计实践，可使学生进一步提高资料检索、计算、绘图、

动手制作和编写说明书的职业技能。

2、题目要求：

目前，设计出具有智能化的产品已经成为商家开发产品的目标之

一，也是学生课外科技活动的热点之一；其中，专门针对具有自主巡

线功能的智能小车的设计更是数不胜数。但大多数智能巡线小车只是

完成了“智能化”所要求的各部分的功能，在小车跟随性方面考虑较

少。

此项目注重要求小车跟随主人的智能性。当你下了飞机，面对一

个智能跟随的小车载着行李跟你走，是否觉得舟车劳累的神经有一些

舒畅。当你走进琳琅满目的超市，有这样一个只能跟随的小车满载着

你选购的物品跟随在身边，不再觉得陪女友逛街是在做兼职苦力。当

上了年岁的老人，陪伴伴侣散步，不再需要推轮椅，而是自动跟随移

动。智能跟随小车将很好的解决这类问题，把行李放在小车上，让智

能跟随小车自动跟随主人。应用范围较广，比如超市购物车，宾馆、

旅店、办公室、医院的人力推车，运输系统的行李提取运输车等等。

因此，课题的提出，具有相当的可行性和实用价值。

1、了解智能控制技术的特点，明确设计目的；

2、确定设计系统原理，制定初步方案；

3、明确控制要求，开发一款Android手机控制软件，制作一款智

能车。智能车包含wifi通信，视频传输，图像的简单识别等功能，采

用电机驱动，超声波测距技术，装备12864液晶显示屏；

4、利用单片机系统进行智能跟随小车系统的设计，包括硬件设计

和软件设计。最终给出相应的设计电路参数、图纸及程序；

5、撰写设计说明书。

序号论文（设计）各阶段名称日期备注1 指导教师召集相关学生，

向学生介绍

毕业设计的相关规定，布置任务。

15年1月

2 论文准备，期间老师不得少于两次指

导学生。15年2-4月准备期间，学生

向指导教师汇报

工作进度和工作

情况，每周不少

于一次。

3 毕业论文送交指导老师阅评15年4月

4 毕业答辩15年5月下旬

公布成绩5月27日前

四、任务执行日期：

自2015年1月2日至2015年5月27日止。

学生（签字）__________

指导教师（签字）__________

系主任（签字）__________

毕业设计（论文）成绩评定表

系部：电子工程系专业：电气自动化班级：12 级3 班姓名郑鹏设

计（论文）总成绩：

设计（论文）题目

智能跟随小车设计

指导教师评语

该生在设计时态度认真、遵守纪律，具有强的分析问题和独立工

作能力，掌握基础理论、专业知识扎实，考虑问题全面，能综合运用

所学知识和参考资料，圆满地完成了规定的任务进程，工作量饱满，

有一定的创新性。论文及图纸的质量高。

评定成绩：签名：年月日

评

阅人评语

该生论文书写认真，确定方案合理，公式引用正确，论述条理清

晰，论文质量高。图纸视图完整、布局合理，标注规范。各项任务完

成情况较好。设计有一定的新颖性。

评定成绩：签名：年月日

答辩小组评语

该生在设计时态度较认真，考虑问题比较全面，较合理地运用设

计资料，完成了规定的工作量，作业文件质量较高；答辩时自述较清

楚，对所提问题的回答基本正确；该生的基础理论和专业知识掌握的

较好，有一定的独立工作能力。

答辩成绩：组长签名：年月日

注：设计（论文）总成绩=指导教师评定成绩（30%）＋评阅人

评定成绩（30%）＋答辩成绩（40%）

智能跟随小车的设计原理

济南职业学院电子工程系郑鹏

摘要：目前，设计出具有智能化的产品已经成为商家开发产品的

目标之一，也是学生课外科技活动的热点之一；其中，专门针对具有

自主巡线功能的智能小车的设计更是数不胜数.但大多数智能巡线小车

只是完成了“智能化”所要求的各部分的功能，在小车跟随性方面考

虑较少。

此项目注重要求小车跟随主人的智能性。当你下了飞机，面对一

个智能跟随的小车载着行李跟你走，是否觉得舟车劳累的神经有一些

舒畅。当你走进琳琅满目的超市，有这样一个只能跟随的小车满载着

你选购的物品跟随在身边，不再觉得陪女友逛街是在做兼职苦力。当

上了年岁的老人，陪伴伴侣散步，不再需要推轮椅，而是自动跟随移

动。智能跟随小车将很好的解决这类问题，把行李放在小车上，让智

能跟随小车自动跟随主人。应用范围较广，比如超市购物车，宾馆、

旅店、办公室、医院的人力推车，运输系统的行李提取运输车等等。

关键词：VB软件安卓软件单片机步进电机102864液晶显示器

wifi模块摄像头

目录

第一章研究背景 (1)

第二章研究内容 (1)

2.1 研究目标 (1)

2.2 研究方法 (1)

2.3 研究计划 (2)

第三章研究过程 (2)

3.1 上位机软件的开发................................................... (2)

3.1.1 VB软件开发 (2)

3.1.2 Android软件开发 (2)

3.2 下位机主控系统...................................................... (3)

3.3 电机驱动模块......................................................... (3)

3.4 测距模块 (3)

3.5 LCD显示模块......................................................... (4)

3.6 WiFi模块 (4)

3.7车体制作 (4)

3.8红外传感器 (5)

第四章研究成果 (6)

4.1 实现WiFi模块与PC或Android通讯 (6)

4.2 完成总体设计框图................................................ (7)

4.3完成系统硬件设计 (8)

4.3.1单片机电路................................................... (9)

4.3.2软件设计 (10)

4.4显示系统............................................................... (10)

4.5电机驱动模块 (11)

4.6电源设计............................................................ (11)

结束语........................................................................ (12)

参考文献 (12)

致谢 (13)

附录............... (14)

第一章研究背景

现在,在国内市场上暂时还没有具有跟随性的载物小车出现。而在

国外，有一款最接近的产品，叫做“高尔夫球童车”。

因为在国外很多人会打高尔夫，国外的人力球童是很贵的，因而

这个设计有市场。而在中国，打高尔夫的人少之又少，能去买专业的

球通车的就更加少了。因而此产品在中国的网络上搜到的资料很少，

没有中国的销售商。

此外，中国具有跟随性的产品，主要都是有轨机械跟随，用于工

厂的各类生产机车的一部分，或是比赛场的有轨跟随拍摄车，并没有

实际针对餐厅、旅馆、机场、超市等大众场合，或家庭个人的产品。

技术上做到跟随并不难，但是没有应用到生活中的产品方向。基

于长时间对智能小车的不断开发，小车的自动壁障、自动化设计都已

经很纯熟，设计的资源共享度很高。对于开发新型跟随性智能小车技

术上有保障。

第二章研究内容

2.1研究目标

开发一款Android手机控制软件，制作一款智能车。智能车包含

wifi 通信，视频传输、图像的简单识别、电机驱动、红外跟随、超声

波测距和12864液晶显示屏。

2.2 研究方法

研究方法是指在研究中发现新现象、新事物，或提出新理论、新

观点，揭示事物内在规律的工具和手段。这是运用智慧进行科学思维

的技巧，一般包括文献调查法、观察法、思辨法、行为研究法、历史

研究法、概念分析法、比较研究法等。研究方法是人们在从事科学研

究过程中不断总结、提炼出来的。由于人们认识问题的角度、研究对

象的复杂性等因素，而且研究方法本身处于一个在不断地相互影响、

相互结合、相互转化的动态发展过程中，所以对于研究方法的分类目

前很难有一个完全

统一的认识。

2.3研究计划

2014.11.7-2014.11.30小车底盘制作与切割

2014.12.01-2014.12.30 wifi与单片机通信

2015.03.01-2015.03.10单片机与红外传感器调试与编程

2015.03.11-2014.04.11单片机与L298N（电机驱动模块）通信

与步进电机驱动

2015.04.11-2015.04.25 wifi模块与摄像头数据传输

2015.04.25-2015.04.30 整车组装与调试

第三章研究过程

3.1 上位机软件的开发

3.1.1 VB软件开发

Visual Basic是一种由微软公司开发的包含协助开发环境的事件驱

动编程语言。从任何标准来说，VB都是世界上使用人数最多的语言—

—不仅是盛赞VB的开发者还是抱怨VB的开发者的数量。它源自于

BASIC 编程语言。VB拥有图形用户界面（GUI）和快速应用程序开发

（RAD）系统，可以轻易的使用DAO、RDO、ADO连接数据库，或

者轻松的创建ActiveX控件。程序员可以轻松的使用VB提供的组件快

速建立一个应用程序。

3.1.2 Android软件开发

Android是一种基于Linux的自由及开放源代码的操作系统，主

要使用于移动设备，如智能手机和平板电脑，由Google公司和开放

手机联盟领导及开发。尚未有统一中文名称，中国大陆地区较多人使

用“安卓”或“安致”。Android操作系统最初由Andy Rubin开发，

主要支持手机。2005年8月由Google收购注资。2007年11月，

Google与84家硬件制造商、软件开发商及电信营运商组建开放手机

联盟共同研发改良Android系

统。

3.2下位机主控系统

采用单片机作为整个系统的核心，用其控制行进中的小车。其关

键在于实现小车的自动控制，而在这一点上，单片机就显现出来它的

优势——控制简单、方便、快捷。这样一来，单片机就可以充分发挥

其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉

等优点。因此，这种方案是一种较为理想的方案。

针对本设计特点——多开关量输入的复杂程序控制系统，不能用

精简I/O口和程序存储器的小体积单片机，D/A、A/D功能也不必选

用。根据这些分析,我选定了STC12C5A60S2单片机作为本设计的主控

装置，51单片机具有功能强大的位操作指令，I/O口均可按位寻址，

程序空间多达8K，对于本设计也绰绰有余，更可贵的是51单片机价

格非常低廉。

3.3 电机驱动模块

我选用了L298N驱动芯片，L298N是ST公司生产的一种高电压、

大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压

高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持

续工作电流为2A；额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全

桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等

感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不

受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，

使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量

反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两

相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。这种调速方

式有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，能承受频

繁的负载冲击，还可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转等优点。

因此决定采用使用功率三极管作为功率放大器的输出控制步进电机。

3.4 LCD显示模块

带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串

行多

种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形

液晶显示模块；其显示分辨率为128×64, 内置8192个16*16点汉字，

和128个16*8点ASCII字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单、

方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。

可以显示8×4行16×16点阵的汉字。也可完成图形显示。低电压

低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的

图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁

得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块

3.5 WiFi模块

RM04模块为串口或TTL电平转WIFI通信的一种传输转换产品，

Uart-Wifi模块是基于Uart接口的符合wifi无线网络标准的嵌入式模

块，内置无线网络协议IEEE802.11协议栈以及TCP/IP协议栈，能够

实现用户串口或TTL电平数据到无线网络之间的转换。

一般架设无线网络的基本配备就是无线网卡及一台AP，如此便能

以无线的模式，配合既有的有线架构来分享网络资源，架设费用和复

杂程度远远低于传统的有线网络。如果只是几台电脑的对等网，也可

不要AP，只需要每台电脑配备

无线网卡。AP为AccessPoint简称，一般翻译为“无线访问节

点”，或“桥接器”。它主要在媒体存取控制层MAC中扮演无线工作

站及有线局域网络的桥梁。有了AP，就像一般有线网络的Hub一般，

无线工作站可以快速且轻易地与网络相连。特别是对于宽带的使用，

WiFi更显优势，有线宽带网络（ADSL、小区LAN等）到户后，连接

到一个AP，然后在电脑中安装一块无线网卡即可。普通的家庭有一个

AP已经足够，甚至用户的邻里得到授权后，则无需增加端口，也能以

共享的方式上网。

3.6 车体制作

我选择的车体是亚克力透明板材。亚克力的中文名称由英文

Acrylics 音译而来，中文俗名有压克力、阿克力。是丙烯酸类和甲基

丙烯酸类化学品的通称。包括单体、板材、粒料、树脂以及复合材料。

亚克力板由

甲基烯酸甲酯单体（MMA）聚合而成，即聚甲基丙烯酸甲酯

（PMMA）板材有机玻璃，是一种经过特殊工艺加工的有机玻璃。有

“塑料皇后”之美誉。亚克力的研究开发，距今已有一百多年的历史。

亚克力板具有水晶一般的透明度，透光率达92%以上，用染料着

色的亚克力板又有很好的展色效果，此外，亚克力板：具有极佳的耐

候性，较高的表面硬度和表面光泽以及较好的耐高温性能。亚克力板

有良好的加工性能，按生产工艺可分为浇铸型和挤压型两种。既可采

用热成型（包括模压，吹塑和真空吸塑），也可用机械加工方式如钻、

车、洗、切割等。用微电脑控制的机械切刮和雕刻不仅使加工精度大

为提高，而且还可制作出比传统方式更精美的图案和造型。另外，亚

克力板可采用激光切割和激光雕刻，制作效果奇特的制品。

硬度是最能体现浇注亚克力板生产工艺和技术的参数之一，是品

质控制中的重要一环。硬度能反映出原料MMA纯度、板材耐候性以

及耐高温性能等。硬度直接影响到板材是否会收缩弯曲变形，加工时

表面是否会出现皲裂等情况。硬度是评判压克力板品质好坏硬性指标

之一。浇注亚克力板具有目前最高的硬度指标平均达洛氏硬度值90度。

亚克力板且有极佳的耐候性，尤其应用于室外，居其他塑胶之冠，

并兼具良好的表面硬度与光泽，加工可塑性大，可制成各种所需要的

形状与产品。其板材的种类繁多色彩丰富（含半透明的色板），另一

特点是厚板仍能维持高透明度。

3.7红外传感器

我选用E18-D80NK型红外避障传感器，红外避障传感器（以下

简称红外）。红外具有一对红外信号发射与接收二极管，发射管发射

一定频率的红外信号，接收管接收这种频率的红外信号，当红外的检

测方向遇到障碍物（反射面）时，红外信号反射回来被接收管接收，

经过处理之后，通过数字传感器接口返回到机器人主机，机器人即可

利用红外波的返回信号来识别周围环境的变化。

第四章研究成果

4.1 实现WiFi模块与PC或Android通讯

通过小型路由器来实现。该方案是在小车端安装一个小型路由器，

是小车周围一定范围具有WIFI覆盖，然后将手机连接到路由器IP地

址，对其发送指令，路由器接收指令后对单片机串口发送数据指令，

实现控制。系统框图如下：

手机端发送

控制指令

小车端路由

器收指令

小车端路由

器收指令

小车响应控

制

图1 通讯程序系统框图

通过比较以上两种方案。方案一虽然可以实现小车超远程控制，

但开发成本较高，相对于大一学生来说技术难度较大，而且控制过程

要消耗上网流量。而方案二则相对简单，开发难度较低，适合制作玩

具小车，因此我们选择了方案二。

4.2 完成总体设计框图

遥控小车系统总框图如图2所示。

图 2 控制流程图

4.3 硬件系统设计

4.3.1单片机电路

1.单片机电路

在这里，单片机要实现对电机驱动模块的控制，同时还要有路由

器进行串口通信，为了能够控制电机转速，可以使用单片机的定时器

来实现，利用单片机定时器功能控制IO 口产生脉冲，通过脉冲调节电

机转速。

考虑到单片机要实现以上功能，选择使用STC12C5A60S2来构成

电路。STC12C5A60S2是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，

具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位

CPU 和在系统可编程Flash ，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用

系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k 字节

Flash ，512字节RAM ， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB

EEPROM ，MAX810复位电路，三个16 位 定时器/计数器，一个6

向量2级中断结构，全双工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 静态

逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工

作，允许RAM 、定时器/ 单片机 电机驱动模块 小型路由器

直流电机

12864显示 安卓手机 通信