1、本科毕业论文系列开题报告电气工程及其自动化基于单片机的智能避障小车设计（C51 语言编程）一、课题研究意义及现状随着电子技术的飞速发展，电子产品也越来越智能化和微型化。世界玩具市场也因此越来越向电子化发展。根据美国玩具协会调查统计，近年来全球的玩具市场越来越大，但是全球玩具市场的结构却发生了比较巨大的变换。传统玩具的市场份额也在逐年的减少，智能电子玩具的市场份额则越来越多。美国电子玩具工业的发展在 21 世纪出现了一个最大的变革，那就是科技（尤其是互联网）在玩具中的应用。这种改变给玩具工业带来了无限机遇和挑战，美国的玩具市场由 1996 年的 227 亿美元到 2005 年的 230 亿美元。
2、并且在这些玩具中 75%是装有电子设备的高科技玩具，电子玩具的兴起代表着玩具发展的“新时代”的开始。因此，传统玩具中的益智玩具销售将领先。给传统的洋娃娃、毛绒玩具安装上IC，将成一种潮流，机器人玩具过去由于生产成本高，外表缺吸引力，导致发展缓慢，随着生产成本的降低，外形的改进，教育性机器人玩具可能放异彩。我们已经有理由相信：电子玩具的兴起代表着玩具发展的“新时代”的开始，电子玩具多彩的艺术表现形式是吸引孩子们到百货店挑选玩具的兴趣所在。这些数据的表明，高新电子玩具已经成为玩具市场的主流。在这些电子玩具中，智能小车是一个非常热门的玩具产品，智能小车，也称轮式机器人，是一种以汽车电子为背景 ,涵盖
3、控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多学科的科技创意性设计 ，一般主要由路径识别、速度采集 、角度控制及车速控制等模块组成。我国是世界最大的玩具制造国和出口国，但是我国的玩具大部分都是以低廉的劳动力以及传统玩具来取得的，在高新技术以及玩具的附加值上不能与其他国家相比，随着当今智能玩具的发展，国内的玩具结构必须要做出改变，我们必须利用科技创新来提高玩具的附加值。因此，高科技含量的电子互动式玩具必须是中国未来发展的趋势。本次课题准备设计一种能够实时采集传感器信号、智能分析外部环境以及自动实现方向控制等功能的智能小车。二、课题研究的主要内容和预期目标采用模拟电子技术和单片机技术，对传
4、感器电路，电机控制电路和单片机进行研究和设计，实现智能小车的避障。1） 设计目标（1）设计超声波传感器的发送和接收电路；（2）小车自动检测到障碍物并且避开障碍物；（3）用液晶显示障碍物的个数和小车与障碍物的距离；（4）利用无线模块传送数据（5）设计驱动电路是单片机能够驱动小车电机；2） 设计的具体内容（1） 利用模拟电子技术研究传感器电路，设计完成超声波传感器的发送和接收电路。（2） 研究单片机软件控制，使其能分析传感器接收到的信号及驱动电机的运转。（3） 研究显示系统，使其能够显示小车与障碍物的距离及避障物的个数。（4） 研究无线模块，使单片机控制其进行数据的传送。（5） 研究电机驱动电路，
5、使其能在单片机控制下运转。三、课题研究的方法及措施本课题重点研究超声波传感器的发送与接收电路以及单片机程序的设计。由传感器感受外界信号，这些外界信号经过处理后转换成 TTL 电平，在 MCU 接收到这些变化 TTL 电平时，由单片机内的程序判断是否达到要求。如果达到要求，那么 MCU 就应该通过 I/O 口输出 TTL 电平经过处理后驱动外围器件的动作，如果没达到要求，程序则跳转，继续检测外界输入的 TTL 电平，判断是否达到要求，重复上述循环。在全过程中，无线模块一直要处于传送和接收的状态。本课题的关键是超声波传感器的设计和无线模块的程序设计，我打算采用超声波模块，先用单片机产生信号，送到超
6、声波模块，使其发送并接收回波，发送到单片机上计算距离等一些功能。系统设计原理示意图如下： STC89C52（A）STC89C52（ B）显示模块无线模块接收小车运动超声波测距模块无线模块发送四、课题研究进度计划2010 年 10 月 20 日至 12 月 4 日（第一学期）明确任务，收集资料，确定系统总体设计方案，完成外文翻译、文献综述及开题报告。2010 年 12 月 4 日至 2011 年 4 月 20 日12 月 1-12 月 20：完成（主电路）超声波传感器电路设计；12 月 21-11 年 1 月 20 日：完成小车控制系统电路的设计；1 月 20 日-3 月 1：完成小车的软件设计
7、，同时通过软硬件结合调试小车；3 月 2-4 月 10 日：撰写毕业论文，完善与修改毕业论文；做好论文答辩的 PPT 资料，准备答辩，并提交所有电子文档材料。五、参考文献1 王化祥等.现代传感器技术及应用 M.北京：化学工业出版社， 2008,7.2 张淑英，王化祥等.传感器原理及应用M. 天津: 天津大学出版社，2007,2.3 贾伯年，俞朴，宋爱国.传感器技术M. 南京: 东南大学出版社，2007,2. 4 邬国扬.模拟电子技术M.西安：西安电子科技大学出版社，2003,10.5 杨恢先，黄辉先.单片机原理及其应用M.北京：人民邮电出版社，2006,10.6 夏路易.单片机技术基础教程与实
8、践M.北京：电子工业出版社，2008,10.7 李建中.单片机原理及运用M.西安：西安电子科技大学出版社，2007,12.8 谭浩强.C 语言程序设计M.北京：清华大学出版社，2006,5.9 Ramon Pallas-Areny,John G.Webster. Sensors and Sinal ConditioningM.American:John Wiely线性度、灵敏度、迟滞和重复性 8。 传感器动态特性：动态特性是指传感器对于随时间变化的输入量和输出量的响应特性。传感器的动态特性是传感器的输出值能够真实地再现变化着的输入量能力的反应 9。3. 传感器的发展趋势传感器的发展趋势包括社会
9、对传感器需求的新动向和传感器新技术的发展趋势两个方面。3.1传感器的需求新动向社会需求是传感器技术发展的强大动力。随着现代科学技术，特别是微电子和信息产业的飞速发展，以及计算机的普及，传感器在新技术革命中的地位和作用将更为突出，一股竞相开发和应用传感器的热潮已经在世界范围内掀起 9-10。3.2传感器的技术发展新趋势传感器技术的发展主要有两个方面：一是传感器本身的基础研究；二是与电子技术以及计算机技术组合在一起的传感器系统研究。前者是研究新型传感器，后者是研究新材料、新工艺以及将检测功能与信号处理技术相结合，向集成化，智能化方向发展。 传感器的固态化以及提高传感器在恶劣环境的生产力：物性型传感
10、器亦称固态传感器，目前发展比较快。他包括半导体、电介质和强磁性体三类 1。 传感器智能化;智能材料是指设计和控制材料的物理、化学、机械、电学等参数，研究出生物体材料所具有的特性或者优于生物体材料性能的人造材料 11，智能传感器的概念最初是美国宇航局研发宇宙飞船过程中提出，宇宙飞船上需要大量传感器不断向地面发送数据，用一台大型计算机很难同时处理这些庞大的数据，于是提出把CPU分散化，从而产生出智能传感器 12 。 传感器多功能集成化：随着半导体集成电路技术的发展，传感器可以越来越多的接口电路及信号处理电路制作在同一芯片上或者封装在同一管壳内，这就是集成传感器 1。多功能化就是把多个功能不同的传感
11、器元件集成在一起，除同时进行多种参数的测量外，还可以对这些参数的测量结果进行综合的处理和评价，可以反映出被测系统的整体状态 11。4.结论现代信息技术的三大基础是信息采集（传感器技术）、信息传输（通信技术）、信息处理（计算机技术）。传感器属于信息技术的前沿尖端产品，由于大规模集成技术的高速发展，计算机及通信技术已得到高速发展，已普及到各个行业，唯独传感器尚处于落后状态，形成瓶颈工业。谁掌握了这项关键技术，谁就是时代的先行者 14。但是传感器技术发展的基础是依附在敏感机理、敏感材料、工艺设备和计测技术。所以，先进的计算 、模拟和设计方法 ；先进的微机械加工技术与设备；先进的封装技术与设备；可靠性
12、技术等方面的研究，是发展传感器技术的关键。所以未来中国传感器技术的发展必须按照这些来进行，并且要以市场为导向，实行需求牵引，只有按照市场需求，不断调整产业结构和产品结构，才能实现传感器产业的全面、协调、持续发展。参考文献1 王化祥等.现代传感器技术及应用 M.北京：化学工业出版社，2008,7.2 张淑英，王化祥等.传感器原理及应用M.天津:天津大学出版社，2007,2.3 贾伯年，俞朴，宋爱国.传感器技术M.南京:东南大学出版社，2007,2.4 唐文彦.传感器M.北京：机械工业出版社，2006,7.5 扬帆.传感器技术M.西安：西安电子科技大学出版社，2008,9.6 朱蕰璞，传感器原理及
13、应用M.北京;国防工业出版社，2005,8.7 刘笃仁，韩保君，刘勒.传感器原理及应用技术M.西安：西安电子科技大学出版.2009,4.8 丁继斌.传感器M.北京：化学工业出版社，2010,1.9 Roman Pallas-Areny, John.Webster.sebsorsand Sinal ConditioningM. American:John Wiely&Sone.2003,8.10 殷淑英.传感器应用技术M.北京：冶金工业出版社，2008，9. 11 程德福，王君，王言章等.传感器原理及应用M.北京：机械工业出版社，2007,12.12 张子栋，吴雪冰，吴慎山.智能传感器原理及应用
14、J.河南科技学院报（自然科学版）2008,6，36（2）:116119.13 Tom Petruzzellis.Electronic Sensors for the Evil GeniusM.American；McGraw-Hill companies,Inc.2006.7. 14 吴伟明.传感器应用与发展J.电子制作.2007,4，30（4）:68.毕业论文（20_ _届）基于单片机的智能避障小车设计（C51 语言编程）摘 要本设计为基于单片机的智能避障小车，设计采用 51 单片机为控制核心，利用超声波传感器检测道路上的障碍，控制电动小汽车的自动避障，和控制无线模块进行数据的传送和接收，并在
15、显示器上显示出小车与障碍物的距离以及小车躲避障碍物的个数。该设计采用 STC89C52 单片机为系统的中间处理端，用 HC-SR04 超声波测距模块作为系统的前端，该模块可以自动发送 8 个 40KHz 的方波信号，并自动检测信号是否返回，测量高电平持续时间来判断小车前面是否有障碍物。用 2 块NRF2401 无线模块进行数据的发送和接收。用 L293D 作为电机的控制芯片，来控制小车的行进方向。用 LCD1602 液晶显示器作为系统的显示，来显示距离和避障的个数。本设计主要应用 STC89C52 为控制核心，硬件电路简单，软件功能比较完善，控制系统可靠，性价比高，测试效果符合要求等特点。关键词：智能避障；超声波传感器；单片机；模块；控制核心
