嵌入式智能小车课程设计
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目录
02
硬件设计框架
01
项目概述
03
软件系统架构
04
核心功能实现
05
调试与优化
06
成果与拓展
01
PART
项目概述
课程设计目标与要求
掌握嵌入式系统原理
掌握软件开发
熟悉硬件设计
综合应用能力
通过智能小车课程设计，使学生掌握嵌入式系统的基本原理和设计方法。
让学生熟悉嵌入式系统硬件设计流程，包括电路设计、PCB制作、硬件调试等。
掌握嵌入式系统软件开发技能，包括嵌入式编程、系统调试、驱动编写等。
培养学生综合运用所学知识，解决实际问题的能力，如控制算法设计、系统调试等。
控制系统
包括单片机控制单元、传感器数据采集与处理、电机驱动等模块。
传感器系统
包括光电传感器、距离传感器、速度传感器等，用于环境感知和数据采集。
通信系统
包括无线通信模块，如蓝牙、Wi-Fi等，用于与上位机或其他小车进行信息交互。
电源系统
为整个系统提供稳定可靠的电源，包括电池管理、电压转换等。
智能小车系统组成
开发环境与工具链
硬件开发环境
单片机开发板、传感器模块、电机驱动模块等。
软件开发工具
集成开发环境（IDE）、编译器、调试器等。
编程语言
C语言、汇编语言等，其中C语言是最常用的嵌入式开发语言。
技术文档与资料
数据手册、芯片规格书、应用笔记等，为开发和调试提供技术支持。
02
PART
硬件设计框架
主控模块选型分析
单片机
性能稳定，价格实惠，适合初学者入门。
01
嵌入式系统
集成度高，功能强大，适合复杂应用。
02
微处理器
处理速度快，功耗低，但价格较高。
03
传感器模块功能配置
用于障碍物检测和距离测量。
超声波传感器
用于循迹和避障，检测黑线或障碍物。
红外传感器
用于检测光线强度和颜色，实现环境感知。
光电传感器
用于检测小车姿态，如倾斜角度、方向等。
姿态传感器
电机驱动模块实现
直流电机
成本低，控制简单，但转速和扭力有限。
01
步进电机
控制精度高，但成本较高，适用于精确控制。
02
伺服电机
具有反馈系统，可以实现精确的位置和速度控制。
03
电机驱动电路
用于驱动电机的电路，包括H桥、L298N等。
04
03
PART
软件系统架构
嵌入式系统分层设计
与硬件直接交互，包括电机驱动、传感器数据采集等。
硬件驱动层
函数库层
系统服务层
应用层
提供底层硬件驱动函数的封装，便于上层应用调用。
提供系统级服务，如任务调度、通信协议栈等。
基于下层提供的接口和服务，实现具体的应用功能，如路径规划、避障等。
路径规划算法设计
基于地图的路径规划
利用已知地图信息进行全局路径规划，如Dijkstra算法、A*算法等。
基于传感器的局部路径规划
路径平滑与优化
利用传感器实时获取环境信息，进行局部路径规划，如DWA算法、Teb算法等。
对规划出的路径进行平滑处理，减少小车行驶过程中的抖动和转向次数。
1
2
3
实现小车与手机等智能设备的蓝牙连接，传输控制指令和数据。
蓝牙通信
实现小车接入无线网络，通过远程控制和数据传输实现更多功能。
Wi-Fi通信
制定合适的通信协议，保证数据传输的可靠性和实时性。
通信协议设计与实现
通信协议（蓝牙/Wi-Fi）集成
04
PART
核心功能实现
自主避障逻辑开发
自主避障逻辑开发
超声波传感器测距
障碍物距离判断与处理
红外线传感器探测障碍物
避障路径规划
通过超声波传感器发射超声波，接收反射波计算距离，实现自主避障。
利用红外线传感器探测前方障碍物，及时转向或停车避免碰撞。
对不同距离障碍物采取不同的避障策略，如近距离紧急避障、远距离提前避障等。
根据障碍物位置和距离信息，规划最优避障路径，确保小车安全行驶。
目标识别与定位
通过摄像头或传感器识别目标，确定目标位置和运动轨迹。
路径规划与导航
根据目标位置信息，规划小车行驶路径，并通过导航算法实现路径跟踪。
距离与速度控制
实时计算小车与目标之间的距离，调整小车速度，确保小车能够稳定跟踪目标。
目标丢失处理
当目标丢失或遮挡时，小车能够自动停止跟踪并搜索目标，直至重新获取目标。
目标跟踪控制策略
人机交互界面设计
界面布局与美化
设计简洁明了的交互界面，合理布局各类功能模块和控件，提高用户体验。
实时信息显示
在界面上实时显示小车状态信息、传感器数据、目标位置等，方便用户监控和调试。
控制指令输入
通过界面上的按钮、滑动条等控件，实现用户对小车的手动控制和参数调节。
语音交互与提示
支持语音指令输入和语音提示功能，提高交互的便捷性和智能化水平。
05
PART
调试与优化
利用仿真工具模拟嵌入式智能小车运行环境，进行多模块联合调试。
仿真调试
将嵌入式智能小车系统划分为多个模块，分别进行调试，确保每个模块都能正常工作。
分模块调试
将多个模块集成