无线通信的智能小车系统的研发(源码)
智能小车，可以通过计算机编程来控制其行驶，可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运行，无需人工干预，便可以完成预期所要达到的目标，是一个集环境感知、规划决策、自动行驶等功能于一体的综合系统。本系统采用了Arduino UNO开发板进行智能小车的制作，基于安卓开发的智能小车控制程序。控制程序与小车之间使用蓝牙进行通讯，智能小车采用了超声波传感器和红外线传感器来实现对障碍物的探测。实现了自动避障、智能可控的小车。本智能小车系统使用了多个传感器联合探测周围的障碍物情况，以保证更稳定、更安全的避障方式，同时小车的马达速度都采用了变量存储，实现智能控制速度。在使用控制端进行操控小车的时候，智能避障依旧保持运行，遇到障碍物能够自动转弯。关键词 智能小车，Arduino，蓝牙，Android
目 录
1 绪论 1
1.1 研究的目的和意义 1
1.2 国内外研究现状 1
2 功能需求及技术可行性分析 3
2.1 设计中考虑到的问题 3
2.2 总体设计方案 4
3 研究平台及技术简介 4
3.1 Arduino平台 4
2.2 Android 6
3.3 小车硬件模块 8
3.4 小车避障算法 10
4 系统实现 12
4.1 小车搭建实现 12
4.2 小车程序实现 14
4.3 控制端程序实现 16
5 系统测试 27
5.1 模拟无障碍测试 27
5.2 模拟前方障碍物测试 27
5.3 模拟右前方障碍物测试 28
5.4 模拟左前方障碍物测试 28
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
绪论
1 研究的目的和意义
因为现在的科技迅速发展，让我们的生活产生了巨大的变化，科技为我们提供了许多便利，同时它也作为我们今后的一个重要的发展方向。关于智能化的意思，就是根据人们事先预设好的设定，然后可以完全不用人工干涉的情况下在指定的地点自动完 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
成所需的任务[1]。现在使用智能化的地方非常广泛，在科研探寻、现代化物联网家居、生产制造等领域都需要用到智能化的使用[2]。智能化领域的一个特别典型的例子就是智能小车，智能小车的类别也能归属到智能玩具当中去，因为优秀的交互性和简单直观的可操作性是智能玩具的主要特征，并且它们能够已经内置好的运行模式来执行特定的工作方式，这些特点广受使用者们的青睐。
另外，智能小车在高危险、高难度环境下搜索和一些人类很难涉及到的地方等领域的使用是不可或缺的。在进入了21世纪新时代后，人们为了交通的便利性和行驶过程中的安全性对各种先进的新型技术进行了更深入的探索和研究，并研发出了各种的新技术，例如汽车的自动驾驶技术、公路上的智能交通还有警方的车辆巡航技术等。科研技术人员对新时代的智能型汽车不断地进行探索和研究，因此智能小车技术也成为了全球的热门研究领域。[2]
综上所述，智能小车是很有必要地研究的，就目前而言它的发展将会对未来有着非常重要的作用，所以在现在的环境下智能小车有着很深刻的研究价值的同时，还同时兼具着深远的研究前景和不可估量的市场价值。
2 国内外研究现状
1.2.1 国外发展现状
第一台智能小车名字叫做Shankey，他是由NilsNissen和Charlenrosen等人于1972年研究制作而成的。[3]
而国外的智能车辆研究历史相对悠久，上世纪50年代就以及开展了相应的研究，它的发展历程主要可以分成三个阶段：
第一阶段：20世纪50年代是智能车辆研究的初始阶段。1954年美国Barrett Electronics公司研究开发了世界上第一台自主引导车系统AGVS（Automated Guided Vehicle System）[4][5]。该系统只是一个运行在固定线路上的拖车式运货平台，使用磁带作为引导路径，路线固定且磁带易磨损，但它却具有了智能车辆最基本的特征即无人驾驶。AGVS和有人驱动系统间的本质区别是具有无人操作所要求的复杂控制系统。人类是复杂的组织，并具有很高水平和决策能力。AGVS是将操作者操作所完成的许多功能编制在程序中，以达到控制的目的。该系统缺点也很明显，工作很慢、笨重、昂贵。
第二阶段：从80年代中后期开始，世界主要发达国家对智能车辆开展了卓有成效的研究。在欧洲，普罗米修斯项目于1986年开始了在这个领域的探索。在美洲，美国于1995年成立了国家自动高速公路系统联盟（NAHSC），其目标之一就是研究发展智能车辆的可能性，并促进智能车辆技术进入实用化。在亚洲，日本于1996年成立了高速公路先进巡航/辅助驾驶研究会，主要目的是研究自动车辆导航的方法，促进日本智能车辆技术的整体进步。进入80年代中期，设计和制造智能车辆的浪潮席卷全世界，一大批世界著名的公司开始研制智能车辆平台[5]。该阶段利用车载嵌入式计算机实现了自动驾驶导航的功能，但是离真正的自动驾驶还有一定的距离。
第三阶段：从90年代开始，智能车辆进入了深入、系统、大规模研究阶段。最为突出的是，美国卡内基.梅隆大学（Carnegie Mellon University）机器人研究所一共完成了Navlab系列的10台自主车（Navlab1—Navlab10）的研究，取得了显著的成就，实现了全自动驾驶化的公共汽车[4][7]。Navlab1由一辆雪佛兰厢式货车改造而成。与今天大多数自动驾驶汽车类似，Navlab1同样安装了激光雷达和GPS接收器，而货车内部则堆满了监控路况和控制空调机组的电脑，其中包括了一个Warp超级计算机、3个SUN工作站以及视频硬件等。不过受软件限制，最高时速32公里，并且像传感器失灵；传感器受到了恶劣天气、刺眼阳光或障碍物的影响，无法预计的软件和硬件故障等问题，仍无法得到解决。[1217]
1.2.2 国内发展现状
我国开展智能车辆技术方面的研究起步较晚，开始于20世纪80年代[8]。大多数研究处于针对某个单项技术研究的阶段，研究总体上落后于发达国家，并且存在一定的技术差距，但是我们也取得了一系列的成果，主要有:①吉林大学设计并制造了一辆用CCD识别地面铺设的条状路标导航的智能车辆。②南京理工大学、北京理工大学、浙江大学、国防科技大学、清华大学等多所院校联合研制了7B.8军用室外自主车，装有彩色摄像机、激光雷达、陀螺惯导定位来实现车辆自动高速驾驶[6]。在智能小车信息采集系统研究方面，刘俊畅，芦利斌等人设计使用三个E18D80NK红外接近开关，分别成60°角安装，实现智能小车对车头部位180°空间内的障碍物探测[9]。卞云松所设计的智能小车信息采集系统由STC12单片机、TL851TL852、超声波接收器和超声波发射器组成，其中车头左右两边各安装一个16mm超声波接收器，车头中间位置安装一个超声波发射器，该系统利用TL852提高了检测超声波信号的性能[10]。而代表当前国内机器人研究最高水平的“月球车”己经制造完毕，它于2013年乘坐“嫦娥三号”探月卫星“亲近”月球。准备登月的“中华牌”月球车由航天科技集团第五研究院主要负责研制。它可以自己导航，自己爬坡，自己选择路线，自己找到合适的地方选择什么样仪器去探测，并最终将数据传输回来。月球车底还安装了雷达装置，可探测月球内部的构造变化，边走边探测。除月球车外，着陆器上放置了套仪器，其中包括用于探测的天文望远镜，这在世界上尚属首次。我国飞速发展的经济实力必将为智能车辆的研究提供一个更加广阔的前景。
目 录
1 绪论 1
1.1 研究的目的和意义 1
1.2 国内外研究现状 1
2 功能需求及技术可行性分析 3
2.1 设计中考虑到的问题 3
2.2 总体设计方案 4
3 研究平台及技术简介 4
3.1 Arduino平台 4
2.2 Android 6
3.3 小车硬件模块 8
3.4 小车避障算法 10
4 系统实现 12
4.1 小车搭建实现 12
4.2 小车程序实现 14
4.3 控制端程序实现 16
5 系统测试 27
5.1 模拟无障碍测试 27
5.2 模拟前方障碍物测试 27
5.3 模拟右前方障碍物测试 28
5.4 模拟左前方障碍物测试 28
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
绪论
1 研究的目的和意义
因为现在的科技迅速发展，让我们的生活产生了巨大的变化，科技为我们提供了许多便利，同时它也作为我们今后的一个重要的发展方向。关于智能化的意思，就是根据人们事先预设好的设定，然后可以完全不用人工干涉的情况下在指定的地点自动完 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
成所需的任务[1]。现在使用智能化的地方非常广泛，在科研探寻、现代化物联网家居、生产制造等领域都需要用到智能化的使用[2]。智能化领域的一个特别典型的例子就是智能小车，智能小车的类别也能归属到智能玩具当中去，因为优秀的交互性和简单直观的可操作性是智能玩具的主要特征，并且它们能够已经内置好的运行模式来执行特定的工作方式，这些特点广受使用者们的青睐。
另外，智能小车在高危险、高难度环境下搜索和一些人类很难涉及到的地方等领域的使用是不可或缺的。在进入了21世纪新时代后，人们为了交通的便利性和行驶过程中的安全性对各种先进的新型技术进行了更深入的探索和研究，并研发出了各种的新技术，例如汽车的自动驾驶技术、公路上的智能交通还有警方的车辆巡航技术等。科研技术人员对新时代的智能型汽车不断地进行探索和研究，因此智能小车技术也成为了全球的热门研究领域。[2]
综上所述，智能小车是很有必要地研究的，就目前而言它的发展将会对未来有着非常重要的作用，所以在现在的环境下智能小车有着很深刻的研究价值的同时，还同时兼具着深远的研究前景和不可估量的市场价值。
2 国内外研究现状
1.2.1 国外发展现状
第一台智能小车名字叫做Shankey，他是由NilsNissen和Charlenrosen等人于1972年研究制作而成的。[3]
而国外的智能车辆研究历史相对悠久，上世纪50年代就以及开展了相应的研究，它的发展历程主要可以分成三个阶段：
第一阶段：20世纪50年代是智能车辆研究的初始阶段。1954年美国Barrett Electronics公司研究开发了世界上第一台自主引导车系统AGVS（Automated Guided Vehicle System）[4][5]。该系统只是一个运行在固定线路上的拖车式运货平台，使用磁带作为引导路径，路线固定且磁带易磨损，但它却具有了智能车辆最基本的特征即无人驾驶。AGVS和有人驱动系统间的本质区别是具有无人操作所要求的复杂控制系统。人类是复杂的组织，并具有很高水平和决策能力。AGVS是将操作者操作所完成的许多功能编制在程序中，以达到控制的目的。该系统缺点也很明显，工作很慢、笨重、昂贵。
第二阶段：从80年代中后期开始，世界主要发达国家对智能车辆开展了卓有成效的研究。在欧洲，普罗米修斯项目于1986年开始了在这个领域的探索。在美洲，美国于1995年成立了国家自动高速公路系统联盟（NAHSC），其目标之一就是研究发展智能车辆的可能性，并促进智能车辆技术进入实用化。在亚洲，日本于1996年成立了高速公路先进巡航/辅助驾驶研究会，主要目的是研究自动车辆导航的方法，促进日本智能车辆技术的整体进步。进入80年代中期，设计和制造智能车辆的浪潮席卷全世界，一大批世界著名的公司开始研制智能车辆平台[5]。该阶段利用车载嵌入式计算机实现了自动驾驶导航的功能，但是离真正的自动驾驶还有一定的距离。
第三阶段：从90年代开始，智能车辆进入了深入、系统、大规模研究阶段。最为突出的是，美国卡内基.梅隆大学（Carnegie Mellon University）机器人研究所一共完成了Navlab系列的10台自主车（Navlab1—Navlab10）的研究，取得了显著的成就，实现了全自动驾驶化的公共汽车[4][7]。Navlab1由一辆雪佛兰厢式货车改造而成。与今天大多数自动驾驶汽车类似，Navlab1同样安装了激光雷达和GPS接收器，而货车内部则堆满了监控路况和控制空调机组的电脑，其中包括了一个Warp超级计算机、3个SUN工作站以及视频硬件等。不过受软件限制，最高时速32公里，并且像传感器失灵；传感器受到了恶劣天气、刺眼阳光或障碍物的影响，无法预计的软件和硬件故障等问题，仍无法得到解决。[1217]
1.2.2 国内发展现状
我国开展智能车辆技术方面的研究起步较晚，开始于20世纪80年代[8]。大多数研究处于针对某个单项技术研究的阶段，研究总体上落后于发达国家，并且存在一定的技术差距，但是我们也取得了一系列的成果，主要有:①吉林大学设计并制造了一辆用CCD识别地面铺设的条状路标导航的智能车辆。②南京理工大学、北京理工大学、浙江大学、国防科技大学、清华大学等多所院校联合研制了7B.8军用室外自主车，装有彩色摄像机、激光雷达、陀螺惯导定位来实现车辆自动高速驾驶[6]。在智能小车信息采集系统研究方面，刘俊畅，芦利斌等人设计使用三个E18D80NK红外接近开关，分别成60°角安装，实现智能小车对车头部位180°空间内的障碍物探测[9]。卞云松所设计的智能小车信息采集系统由STC12单片机、TL851TL852、超声波接收器和超声波发射器组成，其中车头左右两边各安装一个16mm超声波接收器，车头中间位置安装一个超声波发射器，该系统利用TL852提高了检测超声波信号的性能[10]。而代表当前国内机器人研究最高水平的“月球车”己经制造完毕，它于2013年乘坐“嫦娥三号”探月卫星“亲近”月球。准备登月的“中华牌”月球车由航天科技集团第五研究院主要负责研制。它可以自己导航，自己爬坡，自己选择路线，自己找到合适的地方选择什么样仪器去探测，并最终将数据传输回来。月球车底还安装了雷达装置，可探测月球内部的构造变化，边走边探测。除月球车外，着陆器上放置了套仪器，其中包括用于探测的天文望远镜，这在世界上尚属首次。我国飞速发展的经济实力必将为智能车辆的研究提供一个更加广阔的前景。
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