基于FPGA的智能小车系统开题报告

1、毕业设计的主要内容、重点和难点等

主要内容：

智能小车系统是集计算机技术、智能控制、传感器、电子学、检测等技术于一体的小车。智能小车系统的研究是目前科学领域的重要研究课题之一，智能小车系统各方面性能的提高更是现在研究的热点。智能小车系统能够通过传感器来感知外面的环境，并可以进行动态决策的特性正是智能小车系统性能的一个重要体现。本课题主要内容是利用FPGA设计一个简易智能小车系统的运动控制系统、感知系统，并从硬件上予以实现。

本课题的研究主要包括以下主要内容：

首先，利用传感器对智能小车周围障碍物进行探测，并及时传输给FPGA；其次，确定智能小车的方法及其控制算法；最后，实物进行试验，实现智能小车的实时。

研究开发出一套简易智智能小车系统，要实现的主要目标有：

(1)利用FPGA设计出智能小车系统的硬件系统。

(2)进行系统设计方案的论证和总体设计。

(3)进行系统的硬件设计和软件设计。

(4)完成硬件电路板的PCB设计和调试。

重点和难点：

智能小车系统采用小车底盘作为载体。小车采用前轮驱动，前轮左右两边各用一个直流电机驱动，分别控制两个轮子的转动从而达到转向的目的，后轮是万向轮，起支撑的作用。将红外传感器装在车体的前方，实时监测路面情况并及时传输给FPGA。由FPGA主控核心模块根据感测模块给予的信息控制小车两电机转动工作状态。电机驱动模块驱动两电机转动，实现前进或者左、右转。

2、准备情况（查阅过的文献资料及调研情况、现有设备、实验条件等）

文献资料

[1]胡寿松. 自动控制原理（第五版）[M]. 北京:科学出版社, 2007

[2](美)尾形克彦. 现代控制工程(第四版)[M]. 北京:电子工业出版社, 2007

[3]张义和等. 例说51FPGA（C语言版）. 北京:人民邮电出版社，2009

[4]康华光. 电子技术基础（数电、模电）. 北京:高等教育出版社,2006

[5]袁秀英,李珍．FPGA原理与实验教程．北京:航空航天大学出版社，2006

[6]丹尼斯,克拉克等. 小车设计与控制. 北京:科学出版社，2004

[7]Gordon McComb, Myke Predko. 小车设计与实现. 北京:科学出版社，2007

[8]阎石. 数字电子技术基础(第五版) [M]. 北京:高等教育出版社，2006

[9]赵景波. Prote199SE应用与实例教程[M]. 北京:人民邮电出版社，2009

[10]谭浩强. C程序设计教程[M]. 北京：清华大学出版社，2007

[11]陈大钦.电子技术基础实验.北京:高等教育出版社，2000

[12]李广弟.FPGA基础.北京：北京航空航天大学出版社，2001

[13]徐玮.51FPGA实现进步电机控制.电子制作，2006

[14]柳郭等.FPGA开发应用技能与技巧.北京:中国电力出版社，2008

[15]胡汉才.FPGA原理及其接口技术.清华大学出版社，1996

调研情况：

1.背景与意义

小车作为人类的新型生产工具，在减轻劳动强度，提高生产率，改变生产模式，把人从危险、恶劣、繁重的工作环境下解放出来等方面，显示出极大的优越性。小车的应用越来越广泛，几乎渗透到所有领域。

智能小车是小车学的一个重要分支，而自主式智能小车是智能程度最高的小车，是智能小车的重要发展方向。在科学探索和紧急抢险中经常会遇到对与一些危险或人类不能直接到达的地域的探测，这些就需要用小车来完成。而在小车在复杂地形中行进时自动是一项必不可少也是最基本的功能。因此，自动系统的研发就应运而生。本设计的智能小车系统就是基于这一系统开发而成的。安全具体的实现方法有很多种，主要有超声、视觉、红外传感器、激光、接近觉传感器、微波雷达等方法。

随着计算机、智能控制、传感器技术、信息技术、FPGA技术等的进一步发展，人们对小车性能的要求也越来越高。智能小车系统可以在“了解＂周围环境的情况下自己进行逻辑判断和分析，在无人控制的情况下，自主完成任务。小车在完成任务的过程中面临着如何去检测路面上的障碍物并选择最佳的路径绕开障碍物的问题，即智能小车的问题。对的研究具有十分重要的现实意义，为交通运输业带来巨大的变革，也为车辆的自主导航和无人驾驶车辆的实现提供了重要技术。

2.国内外同类设计的概况综述

1962年第一台工业小车Unimate在美国通用汽车公司投入使用，标志着第一代小车的诞生。现代小车从诞生到现在，已经发展到了第三代。

第一代小车主要指以“示教一再现”方式工作的小车。示教内容为小车操作机构的空间轨迹、作业条件、作业顺序等。

第二代小车具有一定的感觉装置，能获取作业环境操作对象的简单信息，通过计算机分析处理后，由小车做一定的推理，对动作进行反馈控制，表现出低级的智能。

第三代小车是指具有高度适应性和自主决策能力的小车，它具有复杂的感知和检测功能，可进行复杂的逻辑判断、自主规划和决策，在作业环境中独行动。

在国外，研究工作有：

（1）室外几种典型应用的智能小车：由美国NASA资助研制的“丹蒂II”八足行走小车，是一个能提供对高移动性小车运动的了解和远程小车探险的行走小车。美国NASA研制的火星探测小车索杰那于1997年登上火星，这一事件向全世界进行了报道。德国研制了一种轮椅小车，并在乌尔姆市中心车站的客流高峰期的环境和1998年汉诺威工业商品博览会的展览大厅环境中进行了实地现场表演。

（2）高完整性小车。意指小车在工作时一定是正确的，并不一定要连续工作。

（3）遥控智能小车。

（4）环境与小车集成。像人需要道路、交通信号灯等一样，小车为了在一个动态变化的环境中行动，也同样需要基础设施。

（5）生态小车学（生物小车学）。

（6）多小车系统。主要是获取小车团队协调和控制技术，并将其应用于战略重要情况。

在国内，对智能小车的研究起步较晚，主要的研究工作有：

（1）清华大学智能智能小车于1994年通过鉴定。

（2）中国科学院沈阳自动化研究所的AGV和防暴小车。

（3）哈工大小车技术有限公司开发研制成功了我国第一台智能型服务小车。采用了先进的传感系统（CCD摄像机、红外、红外等），智能水平很高，小车带有的视觉系统、语音系统和运动系统使其言行举止更像人。

（4）2003年1月，中科院自动化所成功研制开发了集多种传感器、视觉、语音识别与会话功能于一体的智能智能小车。基本结构由传感器、控制器和运动机构构成。

综上所述，智能小车技术已经取得了很多可喜的进展，研究成果令人鼓舞，但还远未达到实用要求。随着传感技术、智能技术和计算机技术等的不断提高，智能智能小车一定能够在生产和生活中某种程度上扮演人的角色。

现有设备、实验条件：

1.计算机一台，包含软件：keil uVision、Proteus、电子线路CAD软件（如Protel 99SE等）；

2.开发板一套、万用表一台、烧录机一部、电烙铁一把、焊锡丝若干、元器件及其他材料若干。

3、实施方案、进度实施计划及预期提交的毕业设计资料

实施方案：

经过上面的思考和分析最终确定智能小车系统的最终方案如下：

(1)采用FPGA作为整个电路的控制核心。

(2)采用可充电镍镉电池组提供基准电源。

(3)采用小车底盘作为小车载体，强磁直流减速电机作为小车系统的驱动电机。

(4)采用电机专用驱动芯片L298N作为直流电机的驱动芯片。

(5)采用红外传感器进行障碍检测。

进度计划：

第1-2周（元月11-22日                题目分析与资料收集，完成开题报告

第3-4周（2月29日-3月11日）        完成外文文献阅读与翻译

第5-7周（3月18日-4月1日）         进行方案选择与硬件设计

第8-10周（4月8日-4月22日）        在初步设计的基础上进行优化

第11-13周（4月29日-5月13日）       绘制相关的仿真图，原理图等，并进行系统整体调试

第14-15周（5月20日-5月27日）       撰写论文初稿及相关文件，进行相应修改

第16周（6月3—10日）                提交论文及相关材料

预期提交的毕业设计资料：

开题报告、任务书、毕业论文、外文翻译

指导教师意见

指导教师（签字）：

2016年1月16日

开题小组意见

开题小组组长（签字）：

2016年1月19日

院（系、部）意见

主管院长（系、部主任）签字：

2016年1月20日