基于电磁信号的智能车路径检测定位毕业设计

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1、 -昆明理工大学国家大学生创新性实验计划项目申报书项目名称： 基于电磁信号的智能车路径检测定位设计项目所属一级学科：工学 项目负责人： 刘雪扬 项目组成员： 李奇 张鹏 孙东旭 杨丛为 指导教师： 张文斌 推荐单位： 机电工程学院 填表日期： 2010-3-6 昆明理工大学 教务处制二一年三月填 写 说 明一、本表要按顺序逐项填写，内容要实事求是，表达要明确、严谨。空缺项要填“无”。要求一律用A4纸双面打印，于左侧装订成册。 二、申请参加昆明理工大学“国家大学生创新性实验计划”项目团队人数不得超过5人（1人为项目负责人，参与合作研究者1-4人），运行周期1-3年。三、如填表有不明事宜，请致电咨

2、询。（联系电话：5115580）项目名称基于电磁信号的智能车路径检测定位设计项目来源教师的科研项目 学生自选题目拟申请经费20000元起止时间2010 年 4月至 2012 年 4月申请人(团队)姓名学号性别身份证号码年级专业联系电话手机E-mail刘雪扬200810301131男532626199001132711机械工程及自动化08-10871-592586115025129340Liu-shang567李奇200810301408男610628198612202711机械工程及自动化08-40871-591501815912590048yuke-1412张鹏200810301463男62

3、0302199002070236机械工程及自动化08-40871-5915018158779379411014735286孙东旭200910301709男372925198907045310械机工程及自动化09-70871-592581615198912753857751125杨丛为200910301401男341223199110281911械机工程及自动化09-40871-59287315288392876309304203指导教师情况姓 名张文斌性别男年龄34职称/职务 讲师 所在院（系）机电工程学院E-mailzwbscg联系电话手机15308859327讲授课程机械工程测试技术基础主

4、要科学研究工作简历时 间项目名称获奖情况 2004.12-2007.12重载车辆对水泥混凝土路面破坏作用的研究2009年度黑龙江省公路学会科学技术奖2008.8-2009.2激光主动成像系统专用电源一体化和小型化设计(国家863子课题)2007.10-2009.7液体火箭发动机试验台故障诊断技术研究(航天部民用航天基础研究课题)2009.1至今基于盲源分离的混合气体识别方法研究（国家自然科学基金面上项目）一、申请理由（包括项目前期基础及项目成员具备的知识、兴趣、已取得的成绩及相关科研经历等）（1） 项目前期基础 昆明理工大学连续参加过几届飞思卡尔智能车竞赛，为我们的研究提供了丰富的经验。现在我

5、们学校也正在积极为智能车竞赛做准备，昆明理工大学机电工程学院智能车竞赛研究平台支撑下，项目组成员正积极开展基于电磁信号的智能车路径检测方法的研究。这对我们的研究提供了强有力的理论和实践基础（2） 已有储备知识本项目申报团队由3名成绩优秀的大二本科生和2名大一本科生组成，项目团队具备了在数学、力学、电子技术、计算机软件技术、编程技术及机械设计等领域的学科基础。项目团队成员凭借着对电子设计、测控技术、传感技术等学科深厚的研究兴趣，本着锻炼自己动手能力和创新能力的目标，在毕业于哈尔滨工业仪器科学与技术专业的博士张文斌老师的指导下，将在利用电磁信号进行智能车路径检测和控制研究方面开展创新探索研究，最后

6、根据所学的理论知识设计并研制出基于能产生电磁信号的车道和能检测电磁信号并利用电磁信号进行自主导航的智能小车。（3） 已取得的成绩和相关科研经历机电工程学院科技协会作为学生自发性组织，自创建以来，对科学产生了浓厚的兴趣，已参加过多次全国创新性实验设计大赛、全国电子设计大赛及全国大学生机械创新大赛，和全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛，并都取得了优异的成绩。这对我们项目的研究提供了夯实的基础和实践经验。项目团队成员的部分成绩举例如下：2008年刘雪扬同学完成了“机电工程学院贫困大学生第二课堂学术课题”的研究，题目为“呈贡大学城贫困大学生消费问题调查以三所高校为例”；2009年刘雪扬同学完成了“机

7、电工程学院贫困大学生第二课堂学术课题”的研究，题目为“石洞村、新街村、河艾村、渔洞村教师工作情况调查研究”；2008年刘雪扬同学荣获丙等奖学金； 2009年刘雪扬同学荣获乙等奖学金；2009年刘雪扬同学荣获国家励志奖学金；2008年李奇同学荣获乙等奖学金；2009年李奇同学荣获丙等奖学金；2008年张鹏同学荣获丙等奖学金；二、选题依据（包括项目的学术价值、应用价值、国内外研究现状分析） 智能车辆作为解决当前交通问题的一个重要发展方向，逐渐引起人们的重视。通过对智能车的研究提高了大学生的动手能力、创新精神和团队精神，具有重大的现实意义。智能车研究的综合性很强，是以迅猛发展的汽车电子为背景，涵盖了

8、控制、模式识别、传感、电子、电气、计算机和机械等多个学科交叉的科技创意性研究，这对进一步深化高等工程教育改革，培养学生从事科学、技术研究能力和技术创新能力具有重要意义。智能车研究涵盖了经典和最新的控制理论、模式识别、传感技术、电子工程、电气工程、计算机、机械及车辆工程等多个学科，更由于它体积很小、质量轻，因此对生产实践具有重大意义。其中，实现智能车的一个关键技术就是车辆的导航方式，也就是车辆路径识别方法。现有的智能车导航方式有基于CCD图像导航、基于光电传感器导航和基于电磁信号导航几种方式。磁导航方式因为基于不受道路条件和气候条件的影响，其实用性前景也最被看好。基于磁信号导航的自动驾驶导航方式

9、有两种：利用磁带导航（将磁带贴在道路两旁），基于磁道钉导航（将磁道钉埋置于国产中性线下）。国外发达国家从20世纪70年代开始进行智能车辆研究，其中美国是世界上研究无人驾驶车辆最早、水平最高的国家之一。2005年，美国研制的无人驾驶汽车就能穿越沙漠、通过黑暗的隧道、越过泥泞的河床并需要在崎岖险峻的山道上行驶，还能绕过无数个障碍。日本在2000年开发出无人驾驶公共汽车。这套公共汽车自动驾驶系统主要有道路诱导、车队行驶、追尾防止和运行管理等方面组成。安装在车辆底盘前部的磁器传感器将根据埋设在道路中间的永久性磁石进行导向，控制车辆行驶方向。智能车项目在欧洲的发展已经初具成效，研制出的无人驾驶智能能汽车

10、已能在错综复杂的城市公路系统中行驶，能够灵活换档、加速、转弯、刹车甚至倒车。目前，我国智能车的研究还处于初级阶段，整体研究工作和水平与美国欧洲相比还有一定的差距。但是国内多次智能车竞赛的成功举行对我国智能车研发从实验室走向现场交流探索阶段，推动和促进无人驾驶车辆验证平台的创新与发展具有重大意义。郑南宁院士说，“以这种智能车未来挑战的比赛形式，给我们每个智能车研究团队创造了一个互相借鉴、学习交流的平台，我们要利用比赛的平台，来提升我国智能车研究的整体能力和水平，并参与到国际同行的共同竞技中去。” 参考文献： 1 卓晴，黄开胜，邵贝贝.学做智能车挑战“飞思卡尔”杯 北京航空航天大学出版社 2 张营

11、，徐海贵，王春香.基于磁阻传感器的智能车辆定位系统，仅表技术与传感器3 王宏，何克忠，张钹.智能车辆的自主驾驶与辅助导航。机器人，1997.3,P155-1604 徐友春，王荣本，李兵，李斌.世界智能车辆近况综述。汽车工程，2001.Vol.23.No.55 邵贝贝.单片机嵌入式应用的在线开发方法 M.北京：清华大学出版社，2004.6 曾星星.基于摄像头的路径识别智能车控制系统设计J.湖北汽车工业学院学报，2008，22（2）： 72-76.7 韩毅，王畅，赵轩，等.基于无线传输的智能车路径分析系统J.微计算机信息，2008，24（8-2）： 280-282.8 何跃,林春梅.PID控制系统

12、的参数选择研究及应用J.计算机工程与设计，2006，27（8）：1496-1498.9 KOCHAROVSKII D N， POKINA G A. A comparison ofthe efficiencies of the maxilally rapid-response prognosticalgorithm and a PID algorithm in a closed-loop automaticcontrol systemJ.Thermal Engineering,2006,54(1):65-71.10 KENDALL I R，JONES R P.An investigation i

13、nto the useof hardware-in-the-loop simulation testing for automotiveelectronic control systemsJ.Control Engineering Practice，1999，11(11)：1343-1356.三、研究方案（包括研究目标、研究内容、研究方法、实验方案、技术路线、可行性分析等）（1）研究目标智能车辆的研究是解决当前交通问题的一个重要发展方向，磁定位作为智能车辆实现无人驾驶的一种安全可靠的导航方式，在许多应用场合具有很大的优势，如主题公园、飞机场、码头等场所。因此，对磁定位技术的研究不仅具有一定的学

14、术意义，也同时具有重要的实际意义。（2）研究内容和方法1、 首先研究智能车背景和发展状况以及定位系统，并重点研究磁定位系统技术。2、 研究无人驾驶智能车平台，然后分析磁定位系统设计基本要求，并给出该系统的设计方案。3、 主要分析磁道的磁场分布，讨论目前所用的主要磁定位算法及改进方式，并讲述磁道编码技术。4、 主要进行磁定位系统的硬件及软件设计，包括选择合适的磁阻传感器，设计合理的磁尺结构，完成相关电路和底层控制器及上位机软件等设计。5、 主要进行磁定位系统的仿真试验和实际环境试验，对整个系统的可行性等反面进行验证。6、 对智能车磁定位系统的设计进行了简要的总结，并提出了今后需要进一步探索和改进

15、的方向。（3） 实验方案1、 查阅相关资料，了解了相关的磁定位技术；2、 了解智能车控制的原理，着手对其进行设计；3、 针对所设计的智能车进行试验。（4）技术路线1、 磁定位机理的探索。2、 自动控制系统的研究。（5）可行性分析昆明理工大学具有先进实验室和软件开发系统，拥有多种精密测量仪器。并连续几次参加过“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛，为我们的项目提供了坚实的基础。我们拥有前期学长们工作的夯实基础，拥有先进的设备和社会企业的支持，拥有对项目极大的热情和信心。因此，我相信我们整个项目团队有能力来承担这个项目并且能够圆满的完成这个项目。 四、项目的创新点、特色和解决的关键技术（其中项目创新特色概述部

16、分50字以内）（1）项目创新特色概述将磁定位技术进行改进，使得磁定位更加精确，使智能车行驶更加稳定、快捷。（2）解决的关键技术 基于磁信号的定位系统工作原理是：给安装在路面上的导线加交变电流信号，产生磁诱导信号，利用车载磁传感器探测到的感应电压来确定车辆在目标车道上的相对位置，车载计算机根据相对位置，对车辆进行实时控制。磁位系统一般由交变电源、导线、磁检测装置、定位算法以及信号处理控制器组成。导线的磁场分布与其半径和通过交变电流大小和频率有很大关系，另外信号处理控制器根据需要做合适选择即可。因此磁定位技术的关键就是磁检测装置和定位算法。另外，除了以上关键技术外，通过优化磁检测装置安装位置和个数

17、，利用多传感信息融合向车辆传输路径特性信息，如道路位置、转弯方向、弯道曲率半径、道路坡度等，可以实现更加精确的路径检测和导航。五、拟利用资源（科研教学设施、仪器设备、资料、实验场地等）（1）仪器设备：昆明理工大学振动研究室所拥有的示波器、函数发生器、单片机硬件软件开发系统、MATLAB磁定位仿真系统（2）资料：图书馆所拥有的自动控制系统、磁定位等方面的书籍；维普中文数据库、EI等网络数据库资源。（3）实验场地：昆明理工大学研究实验室。六、项目实施计划及进度安排（查阅资料、选题、自主设计项目研究方案、开题报告、实验研究、数据统计、处理与分析、研制开发、填写结题表、撰写研究论文和总结报告、参加结题

18、答辩和成果推广等）进度安排 2010年12月之前完成：资料搜集、项目研究方案、实验方案、项目组人员分工等项目启动前期工作。 2010年12月2011年8月 完成针对磁定位技术的测试分析，建立智能车的自动控制系统并确定其参数。 2011年8月2012年4月 完成对磁定位智能车的制作和试验，并根据试验对其进行调试。七、成员分工情况项目负责人 刘雪扬 负责资源调度和项目组成员分配；对磁定位智能车模型的设计。成员张鹏 对自动控制系统进行检测。李奇 购置材料，完成对磁定位智能车实体的制作。孙东旭 杨丛为 协同其他成员完成工作。八、资助经费使用计划序号支持项目金额（元）1项目开展前期的资料调研及技术查询2

19、5002购置检测系统及相关材料60003控制系统开发（软、硬件设计）45004实体的加工制作及工程应用45005交通及通讯费用10006其他1500合 计20000九、项目预期成果及成果形式（研究论文、设计、调研报告、申请专利、开发软件、研制产品、项目鉴定等）预期研究成果：设计出合理基于磁诱导信号的智能车道，以此来控制智能小车运行。设计并优化磁检测装置，研究准确可靠的控制算法，进而设计出磁定位智能车原型。具体如下：（1）在国内核心刊物发表磁定位控制方面论文12篇。（2）争取申请一项专利。（3）按照项目要求对该项目进行鉴定。十、项目诚信承诺 本项目全体成员慎重承诺，该项目研究将遵守学校有关规定，

20、恪守学术规范，不抄袭他人成果，不弄虚作假，先诚实做人，再诚信做学问和研究，按项目研究进度保质保量完成各项研究任务。如有违规行为，愿承担一切责任，接受学校的处理。项目组成员签名： 年 月 日十一、指导教师意见： （从项目学术性、创新性、可行性、研究性、可操作性和成效性加以评价）该项目组成员为昆明理工大学机电工程学院机电工程专业的本科学生以及本学生创新协会的成员。项目负责人刘雪扬及项目其它成员在本科学习阶段对电子设计具有深厚的兴趣，并已参与或完成了多项机械电子类创新项目，初步具备一定的独立从事科学创新研究的能力。智能车导航技术是机械、电子、汽车、控制以及交通等工程领域中极为重要一项技术。基于磁信号的智能车路径检测技术的研究，是一项积极跟踪学术机电类前沿科研课题的探索型课题，不但可以激发学生的创新意识，又可以培养机电类学生进行交叉学科的研究实践能力。昆明理工大学噪声振动研究所具备了本项目研究的硬件及软件条件，建议予以该项目以立项支持。 签名： 年 月 日十二、推荐单位意见： 负责人签名： 盖章： 年 月 日十三、学校评审委员会意见： 负责人签名： 年 月 日 十四、学校意见： 负责人签名（章）： 学校盖章：年 月 日.