自主式AGV小車設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)機(jī)械工程專業(yè)論文設(shè)計(jì)

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1、摘 要 隨著柔性制造技術(shù)和物流技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，自動(dòng)導(dǎo)向車（AGV）逐漸成為了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的新產(chǎn)物，逐漸擁有了廣闊的市場(chǎng)前景和發(fā)展空間。該AGV小車可以按照先前設(shè)定的模式在特定的環(huán)境下完成自動(dòng)操作的功能，該動(dòng)作模式不需要特定的人去管理就可以完成，從而達(dá)到預(yù)期設(shè)定的目標(biāo)。因此，本文提出了基于單片機(jī)控制的自動(dòng)導(dǎo)向車控制系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)采用STC89C52RC作為該系統(tǒng)的主控制器，控制AGV小車的各個(gè)工作模式。系統(tǒng)采用磁帶引導(dǎo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的循跡操作，通過(guò)光電傳感器實(shí)現(xiàn)了避障功能，最后采用藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)AGV小車的遠(yuǎn)程控制。本文首先是通過(guò)對(duì)課題的研究背景和意義進(jìn)行分析論述

2、，提出了本文的主要研究?jī)?nèi)容和組織結(jié)構(gòu)的安排；接著，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的總體控制方案的設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)思路進(jìn)行研究分析，同時(shí)對(duì)比AGV的不同引導(dǎo)方式的優(yōu)、缺點(diǎn)，提出本文所采用的磁帶引導(dǎo)技術(shù)，并對(duì)核心控制器進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)；然后對(duì)AGV的研究設(shè)計(jì)進(jìn)行分析介紹，對(duì)AGV車進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和關(guān)鍵模塊設(shè)計(jì)；最后進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，完成實(shí)物的設(shè)計(jì)、調(diào)試和運(yùn)行。 本文主要采用磁帶導(dǎo)引技術(shù)，對(duì)AGV系統(tǒng)進(jìn)行軟、硬件設(shè)計(jì)，通過(guò)仿真驗(yàn)證和系統(tǒng)調(diào)試，所設(shè)計(jì)的AGV小車滿足設(shè)計(jì)要求，能實(shí)現(xiàn)較好的循跡效果。 關(guān)鍵詞：自動(dòng)導(dǎo)向小車; 磁帶導(dǎo)引方式; 單片機(jī) II Abstract With the continuous dev

3、elopment and progress of flexible manufacturing technology and logistics technology, automatic guided vehicles (AGV) have gradually become a new product of modern science and technology, and gradually have a broad market prospect and development space. The AGV car can complete the function of automa

4、tic operation in a specific environment according to the previously set mode, and the action mode can be completed without the need of specific people to manage, so as to achieve the desired target. Therefore, this paper proposes an automatic guided vehicle control system based on single chip contro

5、l. This design uses STC89C52RC as the main controller of the system to control each working mode of AGV car. The system uses the tape guidance technology to realize the tracking operation of the car, and the obstacle avoidance function is realized by the photoelectric sensor. Finally, the Bluetooth

6、 technology is used to implement the communication protocol function, and the remote control of the AGV car is realized. This article firstly analyzes and discusses the research background and significance of the subject, and puts forward the main research content and organizational structure of the

7、 article; then, through the research and analysis of the design requirements and design ideas of the overall control scheme of the system, and the comparison of AGV The advantages and disadvantages of different boot methods, the tape guidance technology used in this paper is proposed, and the core c

8、ontroller is researched and designed; then the research design of AGV is analyzed and introduced, and the structural design and key module design of AGV vehicles are finalized; finally Carry out software design, complete the physical design, debugging and operation. This paper mainly uses the tape

9、guidance technology to design the software and hardware of the AGV system. Through simulation verification and system debugging, the designed AGV car meets the design requirements and can achieve better tracking effects. Keywords: Automatic guided car; Tape guidance mode; Single chip microcomputer

10、 目 錄 摘要 I Abstract II 1 緒論 1 1.1 課題研究背景及意義 1 1.2 主要研究?jī)?nèi)容和組織結(jié)構(gòu)安排 1 2 基于磁帶引導(dǎo)的AGV控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 3 2.1 AGV控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究 3 2.2 各模塊控制方案的確定 4 2.3 AGV引導(dǎo)方式的選擇 6 2.4 本章小結(jié) 10 3 AGV控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與研究 11 3.1 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 11 3.2 車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12 3.3 系統(tǒng)控制流程圖 14 3.4 主控制器的研究和設(shè)計(jì) 15 3.5 其他關(guān)鍵模塊的設(shè)計(jì) 17 4 A

11、GV控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和驗(yàn)證 20 4.1 程序設(shè)計(jì)流程 20 4.2 系統(tǒng)調(diào)試 20 4.3 實(shí)物結(jié)果 23 結(jié)論 26 致謝 27 參考文獻(xiàn) 28 附錄 29 1 緒論 1.1 課題研究背景及意義 隨著科研的進(jìn)步，機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)生了翻天覆地的變化，現(xiàn)在可移動(dòng)型機(jī)器人已占據(jù)機(jī)器人領(lǐng)域的重要地位。世界上研究、制造出的第一臺(tái)可自主動(dòng)作的移動(dòng)型機(jī)器人是斯坦福研究院（Standford Research Institute ,SRI）的Charles Rosen和Nits Nilssen等人的6年不斷地研究與突破的成果[1-3]。 從世界上制造出工業(yè)機(jī)器

12、人到現(xiàn)在，機(jī)器人的使用現(xiàn)已涉及交通、制造、醫(yī)藥、電鍍、生產(chǎn)、軍事、自動(dòng)導(dǎo)航等領(lǐng)域。最近幾年，機(jī)器人的發(fā)展方向越來(lái)越數(shù)字化、智能化，與此同時(shí)，人們的生活方式和生活水平也不斷改變。 伴隨著社會(huì)的發(fā)展，科技、科研的不斷進(jìn)步，可對(duì)外部環(huán)境做出的判斷的感知元件成為機(jī)器人自行運(yùn)作的重要組成部分，視覺(jué)傳感器可作為感知元件，視覺(jué)傳感器的主要器件是運(yùn)用電荷進(jìn)行耦合的器件CCD和攝像管。電荷耦合器件CCD的價(jià)格比較昂貴、體積較大，故當(dāng)某系統(tǒng)只需要粗略感知事物時(shí)，使用模糊視覺(jué)傳感器，而不采用CCD[4]。 當(dāng)機(jī)器人要完成運(yùn)作及相關(guān)功能操作時(shí)，必須要有對(duì)外界的感知原件和大腦，大腦相當(dāng)于機(jī)器人的中央處理器，感知原件

13、相當(dāng)于機(jī)器人的傳感器。自動(dòng)導(dǎo)引小車（Auto Guide Vehicle，AVG）的控制系統(tǒng)為本課題研究的可移動(dòng)型機(jī)器人控制系統(tǒng)(朱宏輝，2001)提供了重要的依據(jù)，此系統(tǒng)使用兩種紅外檢測(cè)傳感器來(lái)檢測(cè)障礙物和黑色軌道，然后通過(guò)中央處理器進(jìn)行分析、判斷和處理，再控制執(zhí)行部件完成相應(yīng)動(dòng)作，來(lái)實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)躲避障礙和自動(dòng)識(shí)別路線功能[5-9]。 1.2 主要研究?jī)?nèi)容和組織結(jié)構(gòu)安排 1.2.1 主要研究?jī)?nèi)容 本課題主要采用磁帶引導(dǎo)技術(shù)和單片機(jī)控制原理設(shè)計(jì)AGV控制系統(tǒng)。主要工作是：首先對(duì)原有的AGV產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)分析和制約因素分析；接著對(duì)AGV的路徑識(shí)別技術(shù)進(jìn)行研究，并提出一個(gè)比較穩(wěn)

14、定的解決方案；接著然后分析研究單片機(jī)的控制原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)AGV運(yùn)行路徑的控制；最后對(duì)AGV系統(tǒng)進(jìn)行軟、硬件設(shè)計(jì)，同時(shí)進(jìn)行實(shí)物設(shè)計(jì)，使得產(chǎn)品滿足設(shè)計(jì)要求。 1.2.2 組織結(jié)構(gòu)安排 第一章為緒論。首先介紹本設(shè)計(jì)的背景和研究意義；接著，提出了本課題的主要研究?jī)?nèi)容；最后闡述本論文的章節(jié)安排。 第二章為基于磁帶引導(dǎo)的AGV控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)。本章主要介紹系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)思路；接著進(jìn)行各模塊的方案確定；最后對(duì)各引導(dǎo)方式進(jìn)行選擇； 第三章為AGV控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與研究。首先介紹控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后對(duì)主控器和關(guān)鍵模塊電路的設(shè)計(jì)。 第四章為AGV控制系統(tǒng)的軟

15、件設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。首先是進(jìn)行程序設(shè)計(jì)流程，然后進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，最后是實(shí)物展示和測(cè)試結(jié)果分析。 第五章為總結(jié)。對(duì)本文所做的工作和實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行總結(jié)。 - 28 - 2 基于磁帶引導(dǎo)的AGV控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 2.1 AGV控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究 2.1.1 AGV控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 本文設(shè)計(jì)的AGV控制系統(tǒng)主要應(yīng)用我們最熟悉的物流系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)該系統(tǒng)主要是為了提高物流系統(tǒng)中的工作效率和可靠性的保障。本文的設(shè)計(jì)是在研究AGV系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上，完成硬件和軟件兩個(gè)方面設(shè)計(jì)。其中硬件平臺(tái)主要包括路徑識(shí)別裝置、無(wú)線通信模塊和磁帶引導(dǎo)模塊等。磁帶引導(dǎo)系統(tǒng)由磁敏元件和磁帶組成，

16、這個(gè)控制系統(tǒng)采用單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。在設(shè)計(jì)中，必須做以下幾方面的工作： （1）對(duì)AGV 系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行檢索、分析； （2）運(yùn)用微控制器及數(shù)據(jù)通信等相關(guān)工程原理，與我們現(xiàn)在熟悉的經(jīng)濟(jì)還要市場(chǎng)的安全技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，然后設(shè)計(jì)出一個(gè)可靠性高的控制方案，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)AGV小車的控制。 （3）根據(jù)解決方案，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信、工作路徑識(shí)別等模塊設(shè)計(jì)以及路徑識(shí)別算法等軟件設(shè)計(jì)； （4）對(duì)所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理，并進(jìn)行編程操作，同時(shí)實(shí)現(xiàn)軟件設(shè)計(jì)和后續(xù)的系統(tǒng)的調(diào)試工作。 （5）對(duì)整個(gè)系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、分析，然后得出對(duì)應(yīng)的結(jié)論，并進(jìn)行報(bào)告的撰寫(xiě)。 （6）最終的整個(gè)系統(tǒng)仿人功能要實(shí)現(xiàn)，路

17、徑的識(shí)別和硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，同時(shí)能在物流運(yùn)輸系統(tǒng)中得到一個(gè)準(zhǔn)確的定位，也就是所研究的算法必須精度盡可能的高。 2.1.2 AGV控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路 首先，在完成本設(shè)計(jì)的時(shí)候先是進(jìn)行總體方案的一個(gè)設(shè)計(jì)和評(píng)估，確定好要做一個(gè)通過(guò)單片機(jī)控制的基于磁帶導(dǎo)引技術(shù)的AGV，確定所要設(shè)計(jì)的模塊包括 ：電源模塊、主控模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、無(wú)線通信模塊等。 然后，對(duì)所設(shè)計(jì)到的技術(shù)進(jìn)行分析和選擇，通過(guò)查閱相關(guān)資料，對(duì)所有的導(dǎo)引技術(shù)進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比，選擇出自己所要采用的技術(shù)。 接著，對(duì)模塊采用的技術(shù)進(jìn)行方案對(duì)比，選擇所要的實(shí)施方案； 其次，進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)，對(duì)主控電路和關(guān)鍵模塊電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。 最后，進(jìn)行軟件

18、設(shè)計(jì)，并進(jìn)行實(shí)物設(shè)計(jì)和測(cè)試分析。 2.2 各模塊控制方案的確定 2.2.1 控制系統(tǒng)模塊的選擇 根據(jù)課題設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過(guò)分析，此控制系統(tǒng)是一個(gè)多變量輸入的復(fù)雜控制系統(tǒng)，其實(shí)現(xiàn)控制的方法有很多，下面介紹兩種方案并進(jìn)行比較論證。 方案一：僅采用復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD 此方案是使用CPLD來(lái)?yè)?dān)任小車系統(tǒng)的大腦（控制中心），來(lái)實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)所要求的簡(jiǎn)單功能。CPLD是一種數(shù)字集成電路，人們可根據(jù)他們的不同需求而進(jìn)行不同的邏輯功能構(gòu)造，其可使用HDL和VHDL等硬件描述語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用。雖然CPLD對(duì)信息的判斷、分析、處理的速度很快，但是智能小車系統(tǒng)對(duì)信息處理的要求并不高，采用MCU

19、（微控制單元）就可以，若使用復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD作為該系統(tǒng)的主要控制器，一定會(huì)給之后的控制電路搭建和軟件程序編寫(xiě)添加不必要的麻煩，故不采用該種方案，且提出方案二。 方案二：僅采用基于微控制單元MCU的單片機(jī)作 如圖1，使用基于微控制單元MCU的單片機(jī)來(lái)?yè)?dān)任該小車系統(tǒng)的控制中心，來(lái)實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)所要求的的簡(jiǎn)易功能。該小車的主要控制包括遙控控制和自動(dòng)控制，而單片機(jī)有控制快捷、方便、簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、可位尋址等優(yōu)勢(shì)，故可采用單片機(jī)進(jìn)行控制。 圖2.1 以單片機(jī)為控制中心的原理框圖 經(jīng)過(guò)反復(fù)分析、推敲可知：該系統(tǒng)是一個(gè)多變量輸入的復(fù)雜控制系統(tǒng)，故所選單片機(jī)必須是能進(jìn)行

20、多變量分析、決策、處理的單片機(jī)，而不能用簡(jiǎn)單輸入輸出口、存儲(chǔ)空間比較小的單片機(jī)?；谝陨戏治?，因?yàn)?1單片機(jī)有多位的位操作指令能進(jìn)行多變量分析、決策與處理，其所有I/O口全部能按照位來(lái)進(jìn)行尋址，并且51單片機(jī)價(jià)格低廉。所以，通過(guò)對(duì)比分析，本文將會(huì)選擇STC89C52RC單片機(jī)作為本次的課題的核心控制器。 通過(guò)兩種方案的對(duì)比可以知道：在小車的控制問(wèn)題上，基于微控制單元MCU的單片機(jī)比復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD更方便、有效，所以選用方案二，即采用一片STC89C52RC單片機(jī)進(jìn)行小車控制。 2.2.2 供電模塊 要使小車能夠行駛，則需要給本課題所設(shè)計(jì)的智能小車進(jìn)行電力提供。下面介紹兩種常用

21、方案并進(jìn)行比較： 方案一：運(yùn)用12V的可充電蓄電池進(jìn)行電力提供 雖然蓄電池有著供電穩(wěn)定、可重復(fù)性使用的特點(diǎn)，但考慮到小車要輕便、高效行駛，其車體在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候不能過(guò)大，而蓄電池的體積相對(duì)較大，其使用在該小車上非常不合適，因此放棄此方案，并提出方案二。 方案二：運(yùn)用鋰電池形成的電池組進(jìn)行電力提供 當(dāng)利用多個(gè)鋰電池形成的鋰電池組進(jìn)行電力提供時(shí)，電路電壓、電流比較穩(wěn)定，主控制器和感知元件能夠正常、穩(wěn)定運(yùn)行；電池組體積相對(duì)于蓄電池來(lái)說(shuō)，體積較小，可滿足小車的車體要求。 綜上所述，在使小車輕便、高效行駛前提下，選擇方案二，即運(yùn)用鋰電池形成的電池組進(jìn)行電力提供。 2.2.3 電機(jī)選擇 要

22、使小車行駛，則本課題所設(shè)計(jì)的智能小車就必須有機(jī)械執(zhí)行部件，本設(shè)計(jì)的機(jī)械執(zhí)行部件是電機(jī)，下面介紹兩類部件并進(jìn)行比較論證： 方案一：把步進(jìn)電機(jī)當(dāng)做小車的機(jī)械執(zhí)行部件。 此方案中的執(zhí)行部件是一種能把脈沖形的電信號(hào)變成角位移的開(kāi)環(huán)數(shù)模轉(zhuǎn)換器。在正常情況下，輸入脈沖不受負(fù)載的影響，執(zhí)行部件的位移數(shù)、位移速度只由輸入脈沖信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)和頻率決定，而每一步電機(jī)轉(zhuǎn)子會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，這個(gè)角度為“拍距角”（ 也叫步距角，計(jì)算公式為齒距角/步數(shù)）。步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩與轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，當(dāng)輸出力矩較小時(shí)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速較大，而該設(shè)計(jì)對(duì)速度有相關(guān)要求，故提出方案二。 方案二：把直流電機(jī)當(dāng)做小車的機(jī)械執(zhí)行部件。 據(jù)我

23、們查閱相關(guān)資料，我們了解到直流電機(jī)的控制對(duì)我們來(lái)說(shuō)是非常容易的，轉(zhuǎn)矩比較大，調(diào)速的范圍也是比較寬的。所以只需要給直流電機(jī)的控制線加上一個(gè)合適的電壓，這時(shí)候電機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)學(xué)習(xí)到的有關(guān)電機(jī)方面的知識(shí)了解到，我們所加的電壓越大的話，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也就會(huì)非常大的快。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子速度調(diào)節(jié)有：改變電樞回路電壓、改變勵(lì)磁電流和PWM調(diào)速等。 綜合以上分析，采用直流電機(jī)作為小車的機(jī)械執(zhí)行部件。 2.2.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 以上有了控制器、供電裝置和電機(jī)以外，小車還是不能行駛，而電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊能把控制器輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡姍C(jī)的控制信號(hào)，其是控制器與電機(jī)之間的橋梁，其可以驅(qū)動(dòng)小車輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，是小車行進(jìn)，下面介

24、紹兩類驅(qū)動(dòng)方法并進(jìn)行比較論證： 方案一：使用繼電器開(kāi)關(guān)的切換對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制驅(qū)動(dòng)。 采用繼電器開(kāi)關(guān)的切換對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制時(shí)，此驅(qū)動(dòng)方法所需要的電路搭建起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單，其控制方式比較靈活，但是繼電器的開(kāi)關(guān)切換需要花費(fèi)一定的時(shí)間，從而使得其控制電機(jī)的效率相對(duì)低下，又繼電器的使用場(chǎng)合較多造成機(jī)械結(jié)構(gòu)特別容易損壞，故提出方案二。 方案二：使用達(dá)林頓管構(gòu)成的H橋式電路對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制驅(qū)動(dòng)。 達(dá)林頓管工作時(shí)，其占空比可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此，電機(jī)轉(zhuǎn)速可以進(jìn)行人為改變。如下圖2所示，H橋式電路是工作在三極管的飽和、截至狀態(tài)下的，其能夠?qū)﹄姍C(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。H橋式電路組成的電子開(kāi)

25、關(guān)比繼電器的開(kāi)關(guān)速度快，其控制效率比繼電器強(qiáng)，故可采用H橋式電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 經(jīng)過(guò)研究和深入分析后，我們發(fā)現(xiàn)L298N這個(gè)器件采用的是兩個(gè)H橋來(lái)實(shí)現(xiàn)所說(shuō)的驅(qū)動(dòng)功能的，并且這個(gè)可以接收邏輯信號(hào)，也就是所說(shuō)的TTL級(jí)別的信號(hào)，并且這個(gè)驅(qū)動(dòng)在工作的時(shí)候，可以使得電機(jī)的額定電壓固定下來(lái)，也可以使得電流滿足整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，并且這個(gè)驅(qū)動(dòng)也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)功率的放大。因此，本課題的設(shè)計(jì)中所以采用L298N作為一個(gè)主要的驅(qū)動(dòng)器件。  圖2.2 H橋式電路 綜上所述，方案二控制簡(jiǎn)單、高效，性能優(yōu)越，故本設(shè)計(jì)選擇基于大功率MOS管的H橋驅(qū)動(dòng)集成芯片L298N作為電機(jī)的

26、驅(qū)動(dòng)器件。 2.2.5 無(wú)線通信模塊 要是小車能夠工作在遙控模式下，就必須有無(wú)線通信模塊，現(xiàn)有以下兩種無(wú)線通信方式，進(jìn)行比較論證如下： 方案一：使用紅外協(xié)議進(jìn)行無(wú)線通信 紅外協(xié)議的無(wú)線通信的信息傳遞通道是信道，其是一種波段為950nm的紅外線。通信過(guò)程中，首先發(fā)送端把二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)變換為一連串的光脈沖信號(hào)，再通過(guò)紅外發(fā)射管發(fā)射。然后接收端把光脈沖信號(hào)變換成電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大、整流、濾波等操作處理后，最后通過(guò)解調(diào)電路來(lái)解調(diào)，從而把電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)字信號(hào)輸出。因?yàn)榧t外通訊在通訊程過(guò)中，其不能移動(dòng)，通訊距離比較短，且遇障礙物通訊會(huì)中斷，所以紅外通訊不適合用于智能小車的遙控，故提出方案

27、二。 方案二：使用藍(lán)牙協(xié)議進(jìn)行無(wú)線通信 藍(lán)牙通信是語(yǔ)音傳輸和無(wú)線數(shù)據(jù)的開(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn)，其運(yùn)用2.4GHz 的ISM頻段完成跳頻、調(diào)頻，并使用權(quán)向糾錯(cuò)編碼、自動(dòng)重傳請(qǐng)求（Automatic Repeat Request，ARQ）、時(shí)分雙工TDD和基帶協(xié)議。藍(lán)提能夠供持每秒64kb的數(shù)據(jù)、語(yǔ)音傳輸，語(yǔ)音編碼是間連不斷的可改變斜率增量調(diào)制(Continuous Variable Slope Delta Modulation, CVSD)。 智能小車的遙控要求通訊距離遠(yuǎn)，穩(wěn)定可靠，使用藍(lán)牙協(xié)議就可滿足要求，并可以通過(guò)智能手機(jī)的應(yīng)用程序向智能小車發(fā)送指令，實(shí)現(xiàn)智能小車的遠(yuǎn)程控制，體現(xiàn)出智能科技的便利

28、。 綜上所述，無(wú)線通信模塊采用方案二，即用插針式HC-05藍(lán)牙協(xié)議進(jìn)行通信。 2.3 AGV引導(dǎo)方式的選擇 本文所提到的AGV實(shí)現(xiàn)自主運(yùn)行的關(guān)鍵就是對(duì)引導(dǎo)信息的識(shí)別和處理。由于現(xiàn)在所設(shè)計(jì)的AGV控制系統(tǒng)必須考慮很多因素，考慮現(xiàn)在所設(shè)計(jì)的導(dǎo)引技術(shù)必須具備柔性設(shè)計(jì)，同時(shí)成本還要低，所以我們?cè)诖_定導(dǎo)引技術(shù)方案的時(shí)候，必須充分考慮各種導(dǎo)引技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，通過(guò)對(duì)比分析，然后結(jié)合本課題選擇出最后的方案。而目前，據(jù)我們查閱先關(guān)資料了解到，AGV的引導(dǎo)方式主要有：視覺(jué)引導(dǎo)、磁帶引導(dǎo)、光學(xué)引導(dǎo)、激光引導(dǎo)、慣性引導(dǎo)、電磁感應(yīng)引導(dǎo)和磁帶引導(dǎo)等。接著，詳細(xì)分析每種引導(dǎo)方式的優(yōu)、缺點(diǎn)[10-12]。 2

29、.3.1 視覺(jué)引導(dǎo)技術(shù) 現(xiàn)現(xiàn)在所了解到的AGV的視覺(jué)牽引小車說(shuō)白了就叫圖像-識(shí)別-導(dǎo)引，這種引導(dǎo)分位無(wú)線式和有線式兩種。所謂的有線的視覺(jué)的導(dǎo)引的技術(shù)其實(shí)就是憑借路面上畫(huà)的路標(biāo)線，通過(guò)車上的攝像頭收集圖像采集然后處理，拍攝的硬件產(chǎn)品配置也和采集系統(tǒng)的精度有關(guān)[13]。 視覺(jué)引導(dǎo)優(yōu)點(diǎn)：有豐富的引導(dǎo)信息和柔性，鋪設(shè)軌跡使用色帶完成，以后的維護(hù)和在改造很便宜；相應(yīng)的缺點(diǎn)就是圖像的處理技術(shù)算法不夠事實(shí)準(zhǔn)確。 2.3.2 慣性引導(dǎo)技術(shù) 慣性引導(dǎo)是使用一些特別的磁性物質(zhì)，地面上的小磁鐵，再利用陀螺儀技術(shù)來(lái)把控操作小車的行駛軌跡[13]。 慣性導(dǎo)引優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)較為先進(jìn)、靈活性強(qiáng)、便于擴(kuò)充、

30、柔性較高；但是它的缺點(diǎn)是：陀螺儀有累計(jì)誤差沒(méi)法進(jìn)行累計(jì)，得使用其他傳感器幫助定位，成本高。 2.3.3 電磁感應(yīng)引導(dǎo)技術(shù) 電磁感應(yīng)引導(dǎo)是使用低頻率的電纜產(chǎn)生的磁場(chǎng)和特定的傳感器裝置來(lái)控制無(wú)人小車完成特定運(yùn)動(dòng)[15]。 電磁感應(yīng)引導(dǎo)優(yōu)點(diǎn):原理非常簡(jiǎn)單、操作技術(shù)成熟、引導(dǎo)準(zhǔn)確性高、價(jià)格成本低；相應(yīng)的它的缺點(diǎn)是：安裝時(shí)要破壞地面，以后的修理和維護(hù)代成本高，不適合一些交通復(fù)雜的地方。 2.3.4 激光引導(dǎo)技術(shù) 我們也比較熟悉這個(gè)激光引導(dǎo)技術(shù)，這個(gè)技術(shù)的主要就是利用激光進(jìn)行掃描和識(shí)別的，采用這種方式進(jìn)行定位，在一個(gè)固定的范圍內(nèi)進(jìn)行識(shí)別和工作，從而去引導(dǎo)AGV小車的運(yùn)動(dòng)軌跡。 每一

31、個(gè)引導(dǎo)技術(shù)都有自己獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，那么這個(gè)激光引導(dǎo)技術(shù)主要是定位的精度和其他的引導(dǎo)技術(shù)相比較，比較的高，適應(yīng)性相對(duì)來(lái)說(shuō)比較強(qiáng)，這個(gè)技術(shù)可以適應(yīng)比較復(fù)雜的路面和通道。但是，任何一個(gè)再好的技術(shù)也存在不足，這個(gè)技術(shù)的不足就是激光技術(shù)的使用比較的貴，成本比較高，一般不在低成本的設(shè)計(jì)中不被采納。 2.3.5 磁帶引導(dǎo)技術(shù) 帶導(dǎo)航技術(shù)，其實(shí)在我們學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)室中是比較常見(jiàn)的一種引導(dǎo)技術(shù)。這個(gè)技術(shù)主要用的就是采用我們熟悉的磁感應(yīng)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)和控制AGV小車的運(yùn)動(dòng)軌跡的。 磁帶引導(dǎo)技術(shù)就是當(dāng)我們確定好了AGV小車的運(yùn)動(dòng)軌跡之后，我們?cè)诘孛嫔腺N一些特定的磁條，使得我們?cè)O(shè)計(jì)好的小車按照這個(gè)磁條的位置進(jìn)行運(yùn)

32、動(dòng)。對(duì)于小車來(lái)說(shuō)，它自己肯定也會(huì)存在一個(gè)和地面上相同的此條，該磁條一般我們會(huì)貼在小車的車身下面，這樣的的近距離感應(yīng)才會(huì)比較靠譜。設(shè)計(jì)中，根據(jù)查閱資料和閱讀文獻(xiàn)，了解到，小車的磁條位置一般我們會(huì)設(shè)置在距離地面30mm左右的位置，磁條的寬度也應(yīng)該取得合適，不能過(guò)寬，同時(shí)也不能過(guò)窄，一般會(huì)選擇50mm左右。內(nèi)部的傳感器的監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的位置大概就是10mm左右，這樣就能對(duì)磁條進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并把對(duì)應(yīng)的信息反應(yīng)給控制系統(tǒng)進(jìn)行處理和判斷。 系統(tǒng)采用的傳感器其實(shí)就是具有一些特定功能的傳感器，我們這個(gè)傳感器就是可以進(jìn)行故障的一個(gè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)功能。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，這個(gè)時(shí)候傳感器就會(huì)做出對(duì)應(yīng)的判斷，然后反饋給控制器，防止

33、小車不按照軌跡進(jìn)行亂動(dòng)作，防止小車進(jìn)行脫軌工作，造成比較嚴(yán)重的后果。 該制技術(shù)是應(yīng)用最為廣泛的引導(dǎo)技術(shù)，這個(gè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)就是，原理比較簡(jiǎn)單，容易掌握和控制，結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn)單，成本非常低，在進(jìn)行引導(dǎo)的時(shí)候，可靠性較高，這個(gè)也比較容易擴(kuò)充；缺點(diǎn)和不足就是獲得的信息比較單一，抗干擾的能力稍微差一點(diǎn)。 因此，綜上所述，根據(jù)不同導(dǎo)引方式的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，同時(shí)也考慮到成本的一些問(wèn)題和穩(wěn)定性的問(wèn)題，所以本文采用磁帶引導(dǎo)技術(shù)設(shè)計(jì)小車的路徑識(shí)別信息。 2.4 本章小結(jié) 本章是基礎(chǔ)章節(jié)，本章首先介紹了AGV控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)思路；接著，對(duì)各模塊的控制方案進(jìn)行分析和確定；最后介紹本文采用的導(dǎo)引

34、技術(shù)。本章的介紹主要是為第三章的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。 3 AGV控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與研究 3.1 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 在進(jìn)行整體方案的設(shè)計(jì)時(shí)，我們必須考慮到驅(qū)動(dòng)控制和整個(gè)系統(tǒng)的控制。在驅(qū)動(dòng)和它的控制系統(tǒng)中，控制模塊就是該系統(tǒng)最重要的部分，不僅需要提供電機(jī)運(yùn)動(dòng)所需的操作的信號(hào)，還需要整個(gè)操作系統(tǒng)的邏輯部件。安全的模塊、人機(jī)交互的模塊、安全的模塊與通訊定位的模塊都和控制的模塊相互連接，使模塊間相互協(xié)調(diào)相互配合達(dá)到小車各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)功能。圖3.1所示便是磁帶引導(dǎo)的 AGV 車載系統(tǒng)模塊圖。 圖3.1 基于磁帶引導(dǎo)的AGV 模塊關(guān)系

35、圖 3.2 車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (Automated Guided Vehicle，簡(jiǎn)稱AGV)，也叫AGV小車，說(shuō)的是給AGV裝備了CCD導(dǎo)航、磁導(dǎo)航、激光導(dǎo)航等其中一種導(dǎo)航，讓AGV在使用中能按照我們規(guī)劃的特定路線來(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)行的整個(gè)過(guò)程中減少了人力的損耗，整個(gè)操作運(yùn)行過(guò)程中沒(méi)有駕駛員，能夠全天不停地工作，提高生產(chǎn)效率，安全性也會(huì)提高很多，也可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)特定的情況，來(lái)進(jìn)行特定的設(shè)置操作，更好的提高現(xiàn)場(chǎng)的工作效率。 本文的水就是采用磁帶導(dǎo)航的傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)的，這個(gè)就是把磁條貼在我們想要設(shè)計(jì)的路徑的對(duì)應(yīng)位置，這個(gè)就是AGV小車的循跡線路，然后我們同時(shí)也在上位機(jī)上對(duì)小車的路線進(jìn)行規(guī)劃，讓

36、其對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)的小車在循跡的過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和控制，防止小車在循跡的過(guò)程中出現(xiàn)意外情況，發(fā)生不按照固定標(biāo)好的路線行駛而發(fā)生碰撞等問(wèn)題發(fā)生，從而造成了一些不必要的損失。AGV小車的在循跡的過(guò)程中，肯定不能缺少供電系統(tǒng)，我們將電池安裝在車的兩個(gè)端子，并且將我們的磁帶引導(dǎo)傳感器也安裝在AGV小車的兩個(gè)端子上，使得這個(gè)控制環(huán)路形成一個(gè)閉環(huán)的控制系統(tǒng)，從而對(duì)小車實(shí)現(xiàn)一個(gè)穩(wěn)定的控制。我們?cè)谶M(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須考慮非常多的因素，要想使得我們的AGV控制系統(tǒng)非常的穩(wěn)定和可靠，精度較高，我們必須費(fèi)功夫進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如考慮怎樣可以很好的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎等問(wèn)題。 3.2.1模型框架

37、 圖3.2 AGV零件圖 如圖3.2所示為AGV小車的零件圖，在該圖中明顯有9個(gè)點(diǎn)，不同的點(diǎn)我們會(huì)設(shè)置不同的東西。1號(hào)點(diǎn)位置為：?jiǎn)?dòng)、停止和復(fù)位按鈕；2號(hào)點(diǎn)和3號(hào)點(diǎn)的位置為12V電池；4號(hào)點(diǎn)的位置為小車的輪子；5號(hào)點(diǎn)的位置為傳感器；6號(hào)點(diǎn)的位置為傳送帶；7號(hào)點(diǎn)的位置為觸摸屏；8號(hào)點(diǎn)的位置為避障傳感器；9號(hào)點(diǎn)為位置為對(duì)射傳感器；10號(hào)點(diǎn)的位置為三色燈。 3.2.2內(nèi)部構(gòu)造 圖3.3 AGV伺服安裝圖 如圖3.3所示為AGV小車的伺服安裝的圖，我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候，對(duì)該車設(shè)計(jì)了4個(gè)點(diǎn)位，1號(hào)點(diǎn)為位置為前邊的磁導(dǎo)航傳感器，2號(hào)點(diǎn)的位置為后邊的磁導(dǎo)

38、航傳感器，3號(hào)點(diǎn)的位置為伺服電機(jī)，4號(hào)點(diǎn)的位置為伺服驅(qū)動(dòng)器。 圖3.4 AGV內(nèi)部圖 如圖3.4所示的為AGV小車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，在對(duì)小車的內(nèi)部進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們?cè)O(shè)計(jì)了三個(gè)點(diǎn)，1號(hào)點(diǎn)的位置為逆變器，2號(hào)點(diǎn)的位置為伺服驅(qū)動(dòng)器，3號(hào)點(diǎn)的位置為12V的直流電池。 3.3 系統(tǒng)控制流程圖 該系統(tǒng)圖流程圖如圖3.5所示，通過(guò)啟動(dòng)按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)AGV的控制，在運(yùn)行的過(guò)程中，不斷進(jìn)行反復(fù)的檢測(cè)和識(shí)別，識(shí)別周圍的環(huán)境信息，并進(jìn)行判斷，不斷的進(jìn)行循跡工作。 圖3.5 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

39、軟件流程圖 3.4 主控制器的研究和設(shè)計(jì) 在本課題的AGV小車的設(shè)計(jì)中，我們主要采用的是STC89C52RC單片機(jī)作為本次設(shè)計(jì)的核心控制器，該控制器其實(shí)就相當(dāng)于我們的大腦，在我們的整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中擔(dān)任重要的角色。這個(gè)主控制的芯片主要的作用就是負(fù)責(zé)各個(gè)模塊的一個(gè)協(xié)調(diào)工作，使得各個(gè)模塊之間配合工作，然后去完成對(duì)應(yīng)的功能，整個(gè)系統(tǒng)主要完成的功能如下所述： （1）負(fù)責(zé)接收磁帶傳感器的檢測(cè)到的信號(hào)，然后主控制器對(duì)傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，從而去調(diào)整小車的循跡軌跡； （2）也可以接收外部人為所給系統(tǒng)的一些指令，使得系統(tǒng)的控制器去按照所給的指令去執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作； （3）使得各功能模塊能夠正常

40、、有序工作。 3.4.1 主控芯片的主要特點(diǎn) ⑴它集成度相對(duì)來(lái)說(shuō)還是比較高，功能也非常強(qiáng)。因?yàn)椋谝粋€(gè)小小芯片上就集成了定時(shí)/計(jì)數(shù)器、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、I/O端口、中斷等信息；實(shí)現(xiàn)的功能非常強(qiáng)大，甚至有些功能，我們都無(wú)法想到； ⑵性能價(jià)格比相對(duì)來(lái)說(shuō)比較高，根據(jù)我的了解來(lái)說(shuō)，還是比較穩(wěn)定的； ⑶抗干擾能力比較強(qiáng)，當(dāng)它被應(yīng)用在工業(yè)控制領(lǐng)域時(shí)，可以抗外部大量的噪聲，使用起來(lái)相當(dāng)?shù)姆奖?，給人們的生活和工作都帶來(lái)了大量的好處。 3.4.2 主控電路的組成 本文設(shè)計(jì)的這個(gè)AGV小車的控制系統(tǒng)，采用的單片機(jī)是我們所熟悉的單片機(jī)，通過(guò)在本科階段的學(xué)習(xí)，我們也明白任何一個(gè)單片機(jī)在使用的時(shí)

41、候，必須和對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，這幾個(gè)電路配合使用，然后連接在一起，組成單片機(jī)的最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 該小車的主控制器是STC公司的具有MCS-51內(nèi)核的STC89C52RC單片機(jī)，其有8K bite 只讀程序存儲(chǔ)空間、8位高性能微處理器、低電壓的工作特性。STC89C52RC單片機(jī)要正常工作必須要組成最小運(yùn)行環(huán)境，一個(gè)典型的單片機(jī)系統(tǒng)，大多都是由單片機(jī)、晶振電路和復(fù)位電路、輸入控制電路、輸出顯示電路以及外圍設(shè)備等五部分構(gòu)成。 （1）振蕩電路  圖3.6 振蕩電路原理圖 如圖3.6所示的為振蕩器的原理圖，該原理圖主要是對(duì)我們所熟悉的諧振電容進(jìn)

42、行充、放電，從而去確定基準(zhǔn)電壓的值，這里的電容我們選擇的是30pf的電容法。在這個(gè)電路中，我們同時(shí)還加入了兩個(gè)瓷片電容，C1和C2 ，瓷片店讓C1與單片機(jī)的19號(hào)端子X(jué)TAL1連接，瓷片電容C2與單片機(jī)的18號(hào)端子X(jué)TAL2連接。 （2）復(fù)位電路 復(fù)位電路，是任何一個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，不可缺少的一部分電路了。對(duì)于我們平時(shí)所學(xué)的復(fù)位電路有兩種，一個(gè)是我們熟悉的上電自動(dòng)復(fù)位，另外一個(gè)是我們也了解的手動(dòng)按鍵復(fù)位。本課題我們?cè)O(shè)計(jì)的復(fù)位電路的具體的原理圖如圖3.7所示。 首先，介紹我本次設(shè)計(jì)的上電復(fù)位電路，這個(gè)復(fù)位電路，就是單片機(jī)的9號(hào)端子與對(duì)應(yīng)的復(fù)位電路進(jìn)行連接，一般的情況下，我們?nèi)绻胍獙?duì)整個(gè)

43、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，我們就使得這個(gè)9號(hào)端子為邏輯“1”，也就是我們經(jīng)常說(shuō)的高電平，這樣就可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位的功能。從圖3.7我們可以得出，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，單片機(jī)的9號(hào)復(fù)位端子，通過(guò)R9電阻連接到地GND上，同時(shí)VCC通過(guò)電容C3和9號(hào)端子連接。通過(guò)這樣的連接方式，其實(shí)就是在復(fù)位端子設(shè)計(jì)了一個(gè)RC濾波電路，這樣可以保證單片機(jī)的自進(jìn)行復(fù)位的時(shí)候，能夠穩(wěn)定的工作。不需要復(fù)位時(shí)，這個(gè)端子是低電平，保證單片機(jī)正常工作。  圖3.7 復(fù)位電路原理圖 按鍵手動(dòng)復(fù)位：這個(gè)手動(dòng)復(fù)位電路與自動(dòng)復(fù)位電路的原理基本應(yīng)該是相同的。其實(shí)按鍵復(fù)位電路就是在我們?cè)O(shè)計(jì)的復(fù)位電路中

44、加入一個(gè)電容C，使得其并聯(lián)在開(kāi)關(guān)上，這樣如果我們想要電路進(jìn)入一個(gè)初始狀態(tài)的話，我們這時(shí)候只需要按下對(duì)應(yīng)的按鍵之后，就可以對(duì)加入的電容進(jìn)行放電，使得邏輯電平變?yōu)椤?”，也就是變?yōu)橐粋€(gè)高電平。并且，根據(jù)電容的具有充放電的功能，當(dāng)電容在進(jìn)行充電的時(shí)候，單片機(jī)將會(huì)保持一段時(shí)間的高電平，使得單片機(jī)完成復(fù)位的功能操作。 3.5 其他關(guān)鍵模塊的設(shè)計(jì) 3.5.1 電源模塊的設(shè)計(jì) 電源是每個(gè)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)必不可少的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，只有該電源電路的存在，才能使得整個(gè)系統(tǒng)正常工作，如圖3.8所示為電源電路的原理圖，該圖主要是將電池的電壓作為供電系統(tǒng)，為整個(gè)小車提供電量。當(dāng)電池開(kāi)關(guān)按下之后，此時(shí)回路導(dǎo)通，通

45、過(guò)C5電容形成一個(gè)濾波回路，來(lái)穩(wěn)定整個(gè)系統(tǒng)的電壓，當(dāng)電路導(dǎo)通后，這時(shí)發(fā)光二極管D9導(dǎo)通，然后點(diǎn)亮，表示AGV控制系統(tǒng)電路已經(jīng)正常上電，系統(tǒng)可以正常工作。  圖3.8 電源電路的原理圖 3.5.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用基于大功率MOS管的H橋驅(qū)動(dòng)集成芯片L298N作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器件，此芯片是ST公司生產(chǎn)的一種有兩個(gè)H橋的雙橋式驅(qū)動(dòng)器，其采用15腳封裝，引腳功能如表3.1所示。L298N主要特點(diǎn)如下：輸出電流大、工作電壓高，額定功率大；可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)控制；同時(shí)也不需要邏輯電路就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制；有一個(gè)邏輯電源輸入端

46、（9引腳），可以讓芯片的內(nèi)部電路中的一部分在低電壓情況下正常工作；有兩個(gè)使能控制端（6引腳、11引腳），可以讓芯片不受外部輸入信號(hào)的影響而允許或禁止工作；有兩個(gè)與地連接電流檢測(cè)電阻端（1引腳、15引腳），可向該驅(qū)動(dòng)芯片反饋檢測(cè)到的信號(hào)。 通過(guò)圖3.9所示的關(guān)于L298N的外圍電路圖，這里主要是把兩個(gè)直流電機(jī)與芯片L298N的13號(hào)端子、14號(hào)端子、3號(hào)端子、4號(hào)端子，也就是所說(shuō)的OUT3引腳和OUT4引腳連接，和OUT1和OUT2引腳進(jìn)行連接。左邊的電機(jī)，是和OUT1引腳和OUT2引腳進(jìn)行連接，右邊的電機(jī)與OUT3引腳和OUT4引腳連接。在原理圖中，采用的是網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)進(jìn)行連接的，該L+、L-和

47、R+、R-都是通過(guò)一個(gè)二極管連接到電源，再通過(guò)一個(gè)二極管連接到地。1號(hào)引腳、8號(hào)引腳和15號(hào)引腳都是接地。5號(hào)引腳、7號(hào)引腳、10號(hào)引腳、12引腳接輸入控制信號(hào)(控制信號(hào)從單片機(jī)P0.0，P0.1，P0.3，P0.4發(fā)出，經(jīng)光耦TLP521-4后接L298N的5，7，10，12引腳)，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。單片機(jī)的P0.2，P0.5端口接給出的PWM信號(hào)后再與控制使能端ENA（6引腳）、ENB（11引腳）相連，從而實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)直行、加減速、倒退等功能。  圖3.9 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖 3.5.2 藍(lán)牙通信模塊的設(shè)計(jì) 藍(lán)牙通信模塊的設(shè)計(jì)在本文中主

48、要作用就是實(shí)現(xiàn)通信的功能，主要是由PC和我們熟悉的無(wú)線通信模塊組成，通過(guò)對(duì)應(yīng)的調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行控制。 據(jù)我們查閱資料了解到，目前的無(wú)線通信系統(tǒng)主要有幾種，例如ZigBee、無(wú)線局域網(wǎng)、無(wú)線數(shù)傳模塊等方式。那么本文為了設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易且好控制，所以采用的是無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。 4 AGV控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和驗(yàn)證 4.1 程序設(shè)計(jì)流程 我們要想使自己設(shè)計(jì)的AGV小車可以穩(wěn)定可靠的進(jìn)行循跡的話，除了要進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)之外，還需要進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，使兩者之間更好的配合，才可以設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定性高的系統(tǒng)。具體的實(shí)現(xiàn)流程如如圖4.1所示。

49、 圖4.1 程序流程圖 4.2 系統(tǒng)調(diào)試 經(jīng)過(guò)前面的硬件電路設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，已經(jīng)確定出各模塊器件類型、電路搭建、軟件程序編程的思路，現(xiàn)主要對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。 在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試的時(shí)候，本文采用的是模塊化的調(diào)試方法，主要是通過(guò)先進(jìn)行各個(gè)模塊的硬件電路的搭建，然后對(duì)應(yīng)的就可以進(jìn)行該模塊的相關(guān)調(diào)試工作，然后根據(jù)具體的問(wèn)題，進(jìn)行具體的分析。這樣的做法就是不會(huì)出現(xiàn)累積問(wèn)題的情況，我們需要一個(gè)問(wèn)題一個(gè)問(wèn)題解決，等到了整體的話，就不會(huì)積累太多的問(wèn)題。，從而節(jié)省了大量的時(shí)間。 上述是我們熟悉的硬件電路的調(diào)試方法，接著借助設(shè)計(jì)過(guò)程中的軟件調(diào)試方法，軟件調(diào)試其實(shí)就是對(duì)程序和算

50、法的調(diào)試，我們也是先完成每一個(gè)小模塊的程序設(shè)計(jì)和調(diào)試，接著再將設(shè)計(jì)好的小模塊進(jìn)行拼接，得到整體的程。最后才是整機(jī)的一個(gè)組合過(guò)程。 4.2.1 避障模塊調(diào)試 避障模塊的檢測(cè)大體上和循跡模塊的檢測(cè)相同，而避障模塊同時(shí)有三個(gè)感知元件進(jìn)行感知、檢測(cè)。當(dāng)感知元件沒(méi)有感知到障礙物時(shí)，三個(gè)傳感器的狀態(tài)分別為0、0、0，用二進(jìn)制數(shù)表示為000，此時(shí)，主控器與感知元件相連的輸入、輸出口（P2.5、P2.6、P2.7）接收到的電平為低，其輸入電壓為0.36V左右；當(dāng)感知到障礙物時(shí)，三個(gè)傳感器的狀態(tài)會(huì)隨之發(fā)生變化，此時(shí)，主控器與感知元件相連的相應(yīng)輸入、輸出口輸入電壓會(huì)變?yōu)?.6V左右；主控器會(huì)根據(jù)輸入電壓

51、變化來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、調(diào)整小車位置。經(jīng)過(guò)測(cè)試，選取其中八次避障數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)果記錄如下表4.1： 表4.1 避障數(shù)據(jù)測(cè)試記錄 測(cè)試組號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 對(duì)管與障礙物距離（cm） 0 0．1 1 5 10 15 17 19 指示燈狀態(tài) 亮 滅 滅 滅 滅 滅 滅 亮 由選取的這八次測(cè)試結(jié)果可以看出：小車的避障最大有效范圍可以達(dá)到18CM，同時(shí)，如果想要增加或減小有效距離，可調(diào)節(jié)滑變電阻的阻值。 4.2.2 藍(lán)牙通信模塊調(diào)試 首先，將藍(lán)牙模塊的RXD接單片機(jī)的TXD(P3.1)，TXD接單片機(jī)的RXD（P3

52、.0）,VSS接電，GND接地，，其次，向主控芯片單片機(jī)燒入無(wú)線通信程序，然后，通過(guò)手機(jī)APK應(yīng)用程序發(fā)送數(shù)據(jù)，若藍(lán)牙模塊能正確接受數(shù)據(jù)，則程序中指定的I/O口電平會(huì)發(fā)生變化，小車行走狀態(tài)對(duì)應(yīng)發(fā)生改變。 如圖4.2所示，上位機(jī)有8個(gè)控制按鍵，其中【循跡】按鍵可開(kāi)啟循跡模式，【遙控開(kāi)】按鍵可開(kāi)啟遙控模式，【遙控關(guān)】按鍵退出遙控模式，在遙控模式下【前進(jìn)】、【后退】、【左轉(zhuǎn)】、【右轉(zhuǎn)】和【停止】按鍵分別控制小車的行進(jìn)路徑。經(jīng)過(guò)多次的測(cè)試，將結(jié)果記錄如下表4.2所示： 圖4.2 上位機(jī)界面按鍵布局 表4.2 遙控測(cè)試記錄 測(cè)試組號(hào) 1

53、 2 3 4 5 6 7 8 9 距離（m） 0．1 1 2 4 6 8 10 12 14 測(cè)試次數(shù) 16 16 16 16 16 16 16 16 16 成功次數(shù) 16 16 16 16 16 16 16 12 6 成功率 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 75% 37.5% 遙控測(cè)試記錄結(jié)果表明：在10m范圍內(nèi)，遙控的成功率達(dá)到100%，遙控范圍超過(guò)10m后，成功率明顯下降，但總體能夠滿足設(shè)計(jì)要求。 4.2.3 系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試 為測(cè)試該智能小車系統(tǒng)的運(yùn)行

54、情況，現(xiàn)設(shè)計(jì)場(chǎng)景如下：循跡軌道如下圖4.3所示，循跡軌道采用不規(guī)則圖形，其中包含多個(gè)不同的角度，來(lái)增加測(cè)試數(shù)據(jù)的全面性，對(duì)智能小車系統(tǒng)進(jìn)行模擬測(cè)試。 圖 4.3 循跡軌道輪廓示意圖 4.3 實(shí)物結(jié)果 4.3.1 實(shí)物結(jié)果顯示 圖4.4 AGV的俯視圖 圖4.5 AGV的背面視圖 圖4.6 AGV的前方視圖 4.3.2 實(shí)際的測(cè)試結(jié)果分析 在對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)的AGV小車的控制系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候，我們會(huì)分成幾個(gè)不同的步驟，例如有障礙物和無(wú)障礙物。首先，先設(shè)計(jì)一個(gè)正常的環(huán)境，不存

55、在任何的障礙物，這時(shí)候?qū)π≤囘M(jìn)行順時(shí)針和逆時(shí)針的測(cè)試，來(lái)檢測(cè)小車的轉(zhuǎn)向功能是否滿足設(shè)計(jì)的要求。我們對(duì)設(shè)計(jì)的AGV小車經(jīng)過(guò)逆時(shí)針、順時(shí)針各4次，每次2圈的實(shí)際測(cè)試，將測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果記錄如下表4.3所示： 表4.3 智能小車循跡測(cè)試結(jié)果 測(cè)試編號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 運(yùn)動(dòng)方向 順時(shí)針 逆時(shí)針 順時(shí)針 逆時(shí)針 順時(shí)針 逆時(shí)針 順時(shí)針 逆時(shí)針 運(yùn)行時(shí)間(s) 29 33 28 34 29 31 30 33 起點(diǎn)位置 A A B B C C D D 接著，進(jìn)行第二章種的測(cè)，這時(shí)候就需要設(shè)計(jì)一個(gè)帶有障礙物的環(huán)境，同

56、樣的道理和方法，使得小車也進(jìn)行順時(shí)針和逆時(shí)針的測(cè)試，來(lái)檢測(cè)小車的轉(zhuǎn)向功能是否滿足設(shè)計(jì)的要求，同時(shí)檢測(cè)小車能否實(shí)現(xiàn)避障的功能。我們對(duì)設(shè)計(jì)的AGV小車經(jīng)過(guò)逆時(shí)針、順時(shí)針各4次，每次2圈的實(shí)際測(cè)試，將測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果記錄如下表4.4所示： 表4.4 智能小車避障測(cè)試結(jié)果 測(cè)試編號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 運(yùn)動(dòng)方向 順時(shí)針 逆時(shí)針 順時(shí)針 逆時(shí)針 順時(shí)針 逆時(shí)針 順時(shí)針 逆時(shí)針 運(yùn)行時(shí)間(s) 31 34 32 37 31 33 31 33 起點(diǎn)位置 A A B B C C D D 4.3.3 測(cè)試結(jié)果分析 根

57、據(jù)表4.3和表4.4的測(cè)試數(shù)據(jù)，在通過(guò)分析、總結(jié)，可以得出以下結(jié)論： 1）在循跡模式下，小車逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，控制器主要執(zhí)行直行、左轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)控制；小車順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，控制器主要執(zhí)行直行、右轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)控制。 2）在每次順時(shí)針、逆時(shí)針測(cè)試過(guò)程中，順時(shí)針的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相對(duì)逆時(shí)針的運(yùn)動(dòng)時(shí)間較短，由此可以看出：小車的右轉(zhuǎn)控制快于左轉(zhuǎn)控制。 3）小車在遇到障礙物時(shí)能快速調(diào)整行進(jìn)路線，避開(kāi)障礙物并回到循跡軌道。 結(jié) 論 本課題設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)控制的AGV小車的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)的核心控制器我們選擇的是STC公司設(shè)計(jì)的89C52RC單片機(jī)。同時(shí)，我們采用磁帶導(dǎo)引技術(shù)對(duì)AGV小車進(jìn)行循跡控制，為

58、了完成AGV小車的自動(dòng)循跡功能，本文設(shè)計(jì)了電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊和無(wú)線通信模塊，將這些模塊一起配合工作，完成系統(tǒng)得軟硬件設(shè)計(jì)。在本文的設(shè)計(jì)中，該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能： （1）AGV小車在循跡的過(guò)程中，可以根據(jù)在地面上貼的磁帶進(jìn)行循跡，小車可以按照設(shè)定好的路線進(jìn)行循跡。一旦小車遇到障礙物，小車可以成功避障，然后回到自己的線路。 （2）經(jīng)過(guò)方案確定、硬件電路搭建、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)、軟硬件調(diào)試，現(xiàn)從小車運(yùn)行情況和電路可以看出：小車的循跡效果、避障效果和遙控操作效果都很好；所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的硬件電路搭建比較簡(jiǎn)單，能夠可靠、穩(wěn)定工作，但是本設(shè)計(jì)還可以進(jìn)行再一步延伸、擴(kuò)展，其仍然有較大的提升空間，如果時(shí)間能夠

59、允許，我肯定能對(duì)其再進(jìn)行進(jìn)一步改善，從而達(dá)到更好的智能化控制效果。 參考文獻(xiàn) [1] 林新英.磁導(dǎo)航AGV結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制策略[J].吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào),2019,36(07):30-35. [2] 尹姝,周海海,仇翔.磁帶導(dǎo)引AGV的自抗擾循跡控制方法[J].高技術(shù)通訊,2018,28(06):547-552. [3] X. Zhou, T. Chen and Y. Zhang, Research on Intelligent AGV Control System[C]. 2018 Chinese Automation Congress (CAC), 2018: 58-61.

60、 [4] 武啟平,金亞萍,任平,查振元.自動(dòng)導(dǎo)引車(AGV)關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2013,35(10):106-109+121. [5] 徐興錦. 磁導(dǎo)式AGV關(guān)鍵技術(shù)研究[D].天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué),2016. [6] M. N. Tamara, A. Darmawan, N. Tamami, C. sugianto, S. Kuswadi and B. Pramujati,. Electronics System Design for Low Cost AGV Type Forklift[C], 2018 International Conference on

61、 Applied Science and Technology (iCAST),2018: 464-469. [7] 黃胄. 基于PLC控制的AGV技術(shù)研究及其應(yīng)用[D].華東理工大學(xué),2013. [8] 朱杰,黃希.基于磁導(dǎo)航的六輪AGV行走誤差分析[J].機(jī)床與液壓,2019,47(14):24-27+40. [9] B. Xu and D. Wang. Magnetic Locating AGV Navigation Based on Kalman Filter and PID Control[C]. 2018 Chinese Automation Congress (CAC),

62、2018:2509-2512. [10] 尹姝,周海海,仇翔.磁帶導(dǎo)引AGV的自抗擾循跡控制方法[J].高技術(shù)通訊,2018,28(06):547-552. [11] 楊文華.AGV技術(shù)發(fā)展綜述[J].物流技術(shù)與應(yīng)用,2015,20(11):93-95. [12] 鄭炳坤,賴乙宗,葉峰.磁導(dǎo)航AGV控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].自動(dòng)化與儀表,2014,29(03):6-10. [13] 車菲.激光導(dǎo)航AGV在機(jī)車系統(tǒng)的應(yīng)用.物流科技. 2018(06)：65-68. [14] 李進(jìn).清掃機(jī)器人自主充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì).微型機(jī)與應(yīng)用. 2015(22)：9-11+17 [15] 黃一鈞.車身

63、車間AGV物料搬運(yùn)系統(tǒng)小車數(shù)量配置規(guī)劃.工業(yè)工程與管理. 2015(04)：156-162. 致 謝 時(shí)光荏苒，轉(zhuǎn)眼間四年的大學(xué)生活即將結(jié)束，在學(xué)校的這段生活中，我成長(zhǎng)了許多，成熟了許多同時(shí)也收獲了很多，當(dāng)然，正是因?yàn)槔蠋?、同學(xué)在身后默默的關(guān)心和幫助，我才取得一點(diǎn)小小成績(jī)。 在這論文完成之時(shí)，首先，我要感謝指導(dǎo)老師XX老師。感謝X老師默默地付出，X老師能在百忙之中抽出寶貴的時(shí)間對(duì)我的論文進(jìn)行指導(dǎo)并提出修改意見(jiàn)，使我的論文更加規(guī)范、深刻。在此，我向X老師道一聲：老師，謝謝您，您辛苦了！ 然后，我要感謝所有幫助過(guò)我的老師、同學(xué)和朋友，正是他們的幫助、寬容、理解和指導(dǎo)，讓我在這個(gè)集體中感到很榮幸，很幸福，使得我論文更加充實(shí)。 其次，我要感謝我的家人，是他們一直在為我默默付出，多年來(lái)，他們給予我精神上和物質(zhì)上的鼓勵(lì)和支持，使我能夠?qū)Ｗ⒂谖业膶W(xué)習(xí)，得以順利完成學(xué)業(yè)。 最后，衷心感謝在論文評(píng)審和答辯過(guò)程中的各位專家，謝謝你們，你們辛苦了。 -29- 附 錄 整體原理圖