【正文】 預(yù)先設(shè)定的模式下，不受人為管理時(shí)能夠自 動(dòng)實(shí)現(xiàn)循跡導(dǎo)航的高新科技。 該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于無(wú)人駕駛機(jī)動(dòng)車，無(wú)人工廠，倉(cāng)庫(kù)，服務(wù)機(jī)器人等多種領(lǐng)域。 本設(shè)計(jì)采用 STC12C5A60S2 單片機(jī)作為小車的控制核心；采用 TSL1401 線性 CCD作為小車的循跡模塊來(lái)識(shí)別白色路面中央的黑色引導(dǎo)線，采集信號(hào)并將信號(hào)轉(zhuǎn)換為能被單片機(jī)識(shí)別的數(shù)字信號(hào)；采用 PNMOS 對(duì)管構(gòu)成 H 橋控制直流電機(jī)，其中軟件系統(tǒng)采用C 程序，本設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，可靠性高。 關(guān)鍵詞 單片機(jī) /自動(dòng)循跡 /驅(qū)動(dòng)電路 尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 II DESIGN AND REALITY OF CONTROL SCHEME FOR SMART TRACING CAR ABSTRACT The intelligent tracing electric trolley control process was discussed here. Automatic tracing is used to make the car indentify route automatically , and choosing the right route, based on the automatic guide robot system. Intelligent tracing electric trolley is an advanced technology to realize automatic tracing navigation. It is out of human management but under the designed mode that use of the use of a transducer, single chip, motor drive and automatic control .This technology has been applied in unmanned vehicle, unmanned factory, warehouse, service robot and many other fields. During the design of Intelligent tracing electric trolley, STC12C5A60S2 single clip is used as the control core。 at the same time with TSL1401 linear CCD transducer switch to identify the black guide line at the central of the white road, which used as the car tracing module, it can gather the signal and transfer it into digital signal that can be recognized by single chip. And the driving chip PNMOS constitute the H bridge constitute of driving chip PNMOS can control direct current motor. Among which the software system is using C program. In a nutshell, the design of the circuit has the advantages of simple structure, easy implementation, and high reliability. KEY WORDS single chip microputer,automatic tracing,driving circuit尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 1 緒 論 進(jìn)入 二十一 世紀(jì)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)器人技術(shù)較以往已經(jīng)有了突飛猛進(jìn)的提高，智能循跡小車即帶有視覺(jué)和觸覺(jué)的小車就是其中的典型代表。 智能循跡小車概述 智能循跡小車又被稱為 Automated Guided Vehicle，簡(jiǎn)稱 AGV，是二十世紀(jì)五十年代研發(fā)出來(lái)的新型智能搬運(yùn)機(jī)器人。智能循跡小車是指裝備如電磁，光學(xué)或其他自動(dòng)導(dǎo)引裝置，可以沿設(shè)定的引導(dǎo)路徑行駛，安全的運(yùn)輸車。工業(yè)應(yīng)用中采用充電蓄電池為主要的動(dòng)力來(lái)源，可通過(guò)電腦程序來(lái)控制其選擇運(yùn)動(dòng)軌跡以及其它動(dòng)作，也可把電磁軌道黏 貼在地板上來(lái)確定其行進(jìn)路線， 無(wú)人搬運(yùn)車 通過(guò)電磁軌道所帶來(lái)的訊息進(jìn)行移動(dòng)與動(dòng)作，無(wú)需駕駛員操作， 將貨物或物料自動(dòng)從起始點(diǎn)運(yùn)送到目的地。 AGV 的另一個(gè)特點(diǎn)是高度自動(dòng)化和高智能化，可以根據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)貨位要求、生產(chǎn)工藝流程等改變而靈活改變行駛路徑，而且改變運(yùn)行路徑的費(fèi)用與傳統(tǒng)的輸送帶和傳送線相比非常低廉。 AGV 小車一般配有裝卸機(jī)構(gòu)，可與其它物流設(shè)備自動(dòng)接口，實(shí)現(xiàn)貨物裝卸與搬運(yùn)的全自動(dòng)化 過(guò)程。此外， AGV 小車 依靠蓄電池提供動(dòng)力， 還有清潔生產(chǎn)、 運(yùn)行過(guò)程中無(wú)噪音、無(wú)污染 的特點(diǎn)， 可用在工作環(huán)境清潔的地方。 循跡小車的發(fā)展歷程回顧 隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，人們希望創(chuàng)造出一種來(lái)代替人來(lái)做一些非常危險(xiǎn)，或者要求精度很高等其他事情的工具，于是就誕生了機(jī)器人這門學(xué)科。世界上誕生第一臺(tái)機(jī)器人誕生于 1959 年，至今已有 50 多年的歷史，機(jī)器人技術(shù)也取得了飛速的發(fā)展和進(jìn)步，現(xiàn)已發(fā)展成一門包含：機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、信號(hào)處理，傳感器等多學(xué)科為一體的性尖端技術(shù)。循跡小車共歷了三 代技術(shù)創(chuàng)新變革： 第一代循跡小車是可編程的示教再現(xiàn)型，不裝載任何傳感器，只是采用簡(jiǎn)單的開關(guān)控制，通過(guò)編程來(lái)設(shè)置循跡小車的路徑與運(yùn)動(dòng)參數(shù)，在工作過(guò)程中，不能根據(jù)環(huán)境的變化而改變自身的運(yùn)動(dòng)軌跡。 支持離線編程的第二代循跡小車具有一定感知和適應(yīng)環(huán)境的能力，這類循跡小車裝有簡(jiǎn)單的傳感器，可以感覺(jué)到自身的的運(yùn)動(dòng)位置，速度等其他物理量，電路是一個(gè)閉環(huán)反饋的控制系統(tǒng)，能適應(yīng)一定的外部環(huán)境變化。 第三代循跡小車是智能的，目前在研究和發(fā)展階段，以多種外部傳感器構(gòu)成感官系尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 2 統(tǒng)，通過(guò)采集外部的環(huán)境信息，精確地描述外部環(huán)境的變化。 智能循跡小車，能獨(dú)立完成任務(wù)，有其自身的知識(shí)基礎(chǔ)，多信息處理系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化的工作環(huán)境中，根據(jù)環(huán)境變化作出決策，有一定的適應(yīng)能力，自我學(xué)習(xí)能力和自我組織的能力。為了讓循跡小車能獨(dú)立工作，一方面應(yīng)具有較高的智慧和更廣泛的應(yīng)用，研究各種新機(jī)傳感器，另一方面，也掌握多個(gè)多類傳感器信息融合的技術(shù)，這樣循跡小車可以更準(zhǔn)確，更全面的獲得所處環(huán)境的信息 [1]。 智能循跡分類 AGV 從發(fā)明至今已經(jīng)有 50 多年的歷史，隨著應(yīng)用領(lǐng)域范圍的不斷擴(kuò)大，其種類和形式也變得更加多樣化。一般根據(jù)行駛的導(dǎo)航方式將 智能循跡 小車 分為以下幾種類型： (1)電磁感應(yīng)式 電磁感應(yīng)式引導(dǎo)一般在地面上，沿預(yù)定路徑埋電線，當(dāng)高頻電流通過(guò)導(dǎo)線，電線周圍產(chǎn)生電磁場(chǎng)流動(dòng)， AGV 小車上安裝兩個(gè)對(duì)稱的電磁感應(yīng)傳感器，他們收到的電磁信號(hào)差異可以反映的 AGV 偏離程度路徑的程度。 AGV 自動(dòng)化控制系統(tǒng)，基于這種偏差值，以控制車輛的轉(zhuǎn)向，連續(xù)的動(dòng)態(tài)的閉環(huán)控制設(shè)置能夠保證 AGV 對(duì)設(shè)定路徑的穩(wěn)定自動(dòng)跟蹤。在目前商業(yè)用途的 AGV 中，特別是大型和中型小車，絕大多數(shù)都采用電磁感應(yīng)導(dǎo)航。 (2)激光式 安裝有可旋轉(zhuǎn)的激光掃描器的 AGV，可安裝在墻壁或有高反射激光定位 標(biāo)志的支柱上或者路徑上運(yùn)行， AGV 依靠激光掃描器發(fā)射激光束，然后接收由四周定位標(biāo)志反射回的激光束，車載計(jì)算機(jī)，計(jì)算出當(dāng)前車輛的位置和運(yùn)動(dòng)方向，通過(guò)內(nèi)置的數(shù)字地圖和校準(zhǔn)位置相比，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)處理。目前，這種 AGV 類型的應(yīng)用比較廣泛?；谕瑯拥脑?，如果激光掃描儀被紅外線發(fā)射器，或超聲波發(fā)射取代，激光制導(dǎo)的 AGV 小車可以轉(zhuǎn)變?yōu)榧t外引導(dǎo)和超聲引導(dǎo)的 AGV。 (3)視覺(jué)式 視覺(jué)引導(dǎo)式 AGV 是的迅速發(fā)展和比較成熟的 AGV，這種 AGV 配備 CCD 攝像機(jī)，傳感器和車載電腦，在車載計(jì)算機(jī)中設(shè)置有 AGV欲行駛路徑周圍環(huán)境圖像數(shù)庫(kù) 。在 AGV的行駛過(guò)程中，相機(jī)得到的圖像與圖像數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比較，以確定當(dāng)前位置和車輛周圍的圖像信息并對(duì)駕駛下一步作出決定。這種 AGV 小車并不需要設(shè)置任何的人工物理路徑，所以在理論上具有靈活性，在計(jì)算機(jī)圖像采集，存儲(chǔ)和處理技術(shù)飛速發(fā)展的今天，這種尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 3 類型的 AGV 實(shí)用性越來(lái)越強(qiáng)。此外，還有鐵磁陀螺慣性引導(dǎo)式 AGV、光學(xué)引導(dǎo)式 AGV等多種形式的 AGV[2]。 智能循跡小車的應(yīng)用 智能循跡小車發(fā)展歷史及主要應(yīng)用場(chǎng)所 如下 ： (1)倉(cāng)儲(chǔ)業(yè) 1954 年，來(lái)自美國(guó)南卡羅來(lái)納州的 Mercury Motor Freight 公司成為第一批把 AGV小車的應(yīng)用到倉(cāng)庫(kù)的使用者，來(lái)實(shí)現(xiàn)出入庫(kù)貨物的自動(dòng)處理。至今世界上有超過(guò) 2100個(gè)廠家把大約 2 萬(wàn)臺(tái)大型或小型的 AGV 小車應(yīng)用到自己的倉(cāng)庫(kù)中。中國(guó)的海爾集團(tuán)在20xx 年把 9 臺(tái) AGV 小車投產(chǎn)到了自己的倉(cāng)庫(kù)區(qū)，形成一個(gè)靈活的 AGV 自動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)處理系統(tǒng)，輕松地完成了每天至少 33500 的儲(chǔ)存和裝卸貨物的任務(wù)。 (2)制造業(yè) 在制造業(yè)的的生產(chǎn)線中 AGV 小車大顯身手，快速，精確，靈活的完成材料的運(yùn)送任務(wù)。由多臺(tái) AGV 小車組成的物流運(yùn)輸處理系統(tǒng)，較人工搬運(yùn)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)更靈活，運(yùn)輸路線可以根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程及時(shí)調(diào)整， 使一條生產(chǎn)線，生產(chǎn)十幾個(gè)產(chǎn)品，大大提高了生產(chǎn)的靈活性，企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。在 1974 年瑞典的沃爾沃卡爾馬的汽車組裝廠，提高了運(yùn)輸系統(tǒng)的靈活性，使用以 AGV 小車為載運(yùn)工具的裝配線，采用該裝配線后，減少了 20%裝配時(shí)間、減少了 39%組裝錯(cuò)誤，減少了 57%投資資金回收時(shí)間以及減少了 5%的員工費(fèi)用。目前，在世界主要的汽車生產(chǎn)廠家，如通用、豐田、克萊斯勒、大眾 AGV 小車已被廣泛應(yīng)用。 (3)郵局、圖書館、港口碼頭和機(jī)場(chǎng) 在郵局，圖書館，碼頭和機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓等人口密集的公眾場(chǎng)所，存在著大量的物品的運(yùn)送工作，充滿不定性和動(dòng)態(tài)性強(qiáng) 的特點(diǎn)，搬運(yùn)過(guò)程往往也很單一。 AGV 有著可并行工作 、 自動(dòng)化 、 智能化和處理靈活的特點(diǎn)，可以很好的滿足這些場(chǎng)合的運(yùn)輸要求。 1983年瑞典的 大斯得哥爾摩郵局 ， 1988 年日本東京的多摩郵局 ， 1990 年中國(guó)上海的 郵政相繼 開始使用 AGV 小車來(lái)完成郵品的搬運(yùn)工作。在荷蘭的鹿特丹港口， 50 輛被稱為 “院子里的拖拉機(jī) ”的 AGV 小車每天都在把集裝箱 從船邊運(yùn)送到幾百米以外的倉(cāng)庫(kù)中。 (4)煙草、醫(yī)藥、化工、食品 對(duì)于處理一些需要在清潔、安全、無(wú)排放污染等其他特殊環(huán)境要求的產(chǎn)品生產(chǎn)如煙草、制藥、食品、化工等產(chǎn)品時(shí)應(yīng)考慮 AGV 小車的應(yīng) 用。在全國(guó)許多卷煙企業(yè)，如青尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 4 島頤中集團(tuán)、玉溪紅塔集團(tuán)、紅河卷煙廠、淮陰卷煙廠， 應(yīng)用激光引導(dǎo)式 AGV 完成托盤貨物的搬運(yùn)工作。 智能循跡小車研究中的關(guān)鍵技術(shù) 現(xiàn)在全世界越來(lái)越多的國(guó)家都在做著研究智能化、多樣化的自動(dòng)汽車導(dǎo)航的工作。自動(dòng)汽車導(dǎo)航是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，它不僅應(yīng)具有正常的運(yùn)動(dòng)功能的成分，而且還應(yīng)具有任務(wù)分析，路徑規(guī)劃，信息感知，自主決策等類似人類的智能行為。 人類可以利用自己的聽覺(jué)、視覺(jué)、味覺(jué)、觸覺(jué)等功能獲取事物的信息，人類的大腦再根據(jù)已經(jīng)掌握的知識(shí)對(duì)這些信息進(jìn)行綜合分析，從而全面了解認(rèn)知事物 。這樣一個(gè)認(rèn)識(shí)事物、分析事物和處理信息的過(guò)程稱之為信息融合過(guò)程。多傳感器信息融合的基本原理就是模仿人類大腦的這個(gè)過(guò)程，得到一個(gè)對(duì)復(fù)雜對(duì)象的一致性解釋或結(jié)論。多傳感器信息融合是協(xié)調(diào)多個(gè)分布在不同地點(diǎn)，相同或不同種類的傳感器所提供的局部不完整觀測(cè)量信息加以綜合，協(xié)調(diào)使用，消除可能存在的冗余和矛盾，并加以互補(bǔ)，以減少不確定性，得到對(duì)物體或環(huán)境的一致性描述的過(guò)程 [4]。 多傳感器信息融合具有許多性能上的優(yōu)點(diǎn)： (1)增加了系統(tǒng)的生存能力； (2)減少了信息的模糊性； (3)擴(kuò)展了采集數(shù)據(jù)覆蓋范圍； (4)增加了可信度； (5)改善了探測(cè)性能；(6)提高了空間的分辨力； (7)改善了系統(tǒng)的可靠性 (8)信息的低成本性 [5]。 本文主要由五章組成，第 1 章為緒論，主要講述循跡小車的發(fā)展歷程及在目前所應(yīng)用領(lǐng)域中的作用。第 2 章 為 總體規(guī)劃智能循跡小車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包含主系統(tǒng)流程圖。第3 章是系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，其中包含單片機(jī)電路的設(shè)計(jì)、 NRF24L01 無(wú)線模塊、 TSL1401線性 CCD 模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等。第 4 章為系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，主要介紹的是軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程的框圖。第 5 章是制作安裝與調(diào)試，最終保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作 5 2 總體設(shè)計(jì)方案 整體設(shè)計(jì)方案 主單片機(jī)電路直 流 電 機(jī)循 跡 模 塊無(wú) 線 遙 控 器電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 模 塊 圖 21 系統(tǒng)總體框圖 智能循跡小車主要包括了無(wú)線遙控器、線性 CCD 循跡模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，小車車模等。通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)或者線性 CCD 檢測(cè)道路黑線處理得到數(shù)據(jù)，從而通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制電機(jī)的狀態(tài)和舵機(jī)的轉(zhuǎn)向，最終實(shí)現(xiàn)小車可以無(wú)線遙控器控制，或者自動(dòng)識(shí)別路線，完成循跡行車。