基于无线控制模式的智能小车设计

摘要

移动机器人技术涉及机械、电子、自动化、通讯等多个领域知识，它在很多场合都得到了广泛应用。为了实现上位机对智能小车的远程控制，本文在对国内外智能小车调查研究的基础上，设计了一种基于无线控制模式的智能小车，完成了如下工作内容。
　　首先，为了得到智能小车传感器采集的信息，对小车的超声波障碍检测、红外测速、航向角测量等内容进行深入研究。在障碍物检测模块，编写障碍物检测程序并通过实验得出超声波稳定测距范围;在车速检测模块，设计相关检测程序并通过实验得到不同占空比下的小车速度变化曲线;在航向角检测模块，研究电子罗盘的工作原理并利用罗盘测得小车航向角。
　　其次，针对小车运动的速度选择问题，分析不同速度下小车运动的位置偏差，确定小车合适的直行和转弯速度。在深入分析小车的寻迹操作的基础上，提出一种寻迹优化方案，设计寻迹终点条件和运动程序。针对自由模式的全局路径规划问题，以提高算法的寻优能力和收敛速度为前提条件，提出一种基于改进遗传算法的路径规划研究方法，并成功进行路径仿真实验。
　　最后，设计基于ZigBee网络的无线通信系统，包括小车的底层串口通信设计、ZigBee模块的通信设计以及基于Windows API的图形界面设计。同时，对无线通信系统进行了相关的实验测试，结果表明系统传输稳定可靠。
　　通过对基于无线控制模式的智能小车相关技术的研究，实现了对小车的远程控制，验证了相关成果的正确性，推动了移动机器人智能化进程，具有一定的应用价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 移动机器人国内外研究现状

1．2．1 国外研究发展现状

1．2．2 国内研究发展现状

1．3 移动机器人关键技术及发展趋势

1．4 课题研究背景及意义

1．5 课题主要研究内容

2 智能小车总体设计

2．1 基于无线控制模式的智能小车总体方案设计

2．2 智能小车机械结构设计

2．2．1 智能小车移动方案分析

2．2．2 智能小车机械结构设计

2．2．3 智能小车运动学分析

2．3 智能小车控制系统设计

2．3．1 主控制芯片设计

2．3．2 驱动系统设计

2．3．3 传感器模块设计

2．3．4 智能小车无线通讯系统设计

2．4 PCB电路设计

2．5 本章小结

3 智能小车传感器模块设计

3．1 障碍物检测

3．2 车速检测

3．2．1 硬件设计

3．2．2 程序设计

3．3 航向角检测

3．3．1 电子罗盘工作原理

3．3．2 基于GY-271 HMC5883L的小车航向角测量

3．4 本章小结

4 智能小车模式操作

4．1 智能小车模式操作下的运动控制研究

4．1．1 直线控制

4．1．2 转向控制

4．2 基于红外检测的寻迹模式操作

4．2．1 方案选择

4．2．2 硬件设计

4．2．3 软件设计

4．3 自由模式下的路径规划研究

4．3．1 基于改进遗传算法的小车路径规划初始操作

4．3．2 改进遗传操作算子设计

4．3．3 遗传算法参数影响分析

4．3．4 基于改进遗传算法路径规划仿真结果及分析

4．4 自由模式下的定位研究

4．5 本章小结

5 基于ZigBee的智能小车无线通信系统设计

5．1 基于ZigBee的智能小车系统设计原理

5．2 智能小车底层串口通讯设计

5．3 ZigBee网络的建立

5．3．1 ZigBee模块硬件设计

5．3．2 ZigBee模块软件设计

5．4 图形用户界面设计与实现

5．4．1 方案选择

5．4．2 基于Windows API的图形界面设计

5．5 基于ZigBee的智能小车无线通信系统测试

5．6 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况