【正文】 ated Guided Vehicle，簡稱 AGV，是二十世紀(jì)五十年代研發(fā)出來的新型智能搬運(yùn)機(jī)器人。 該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于無人駕駛機(jī)動車，無人工廠，倉庫，服務(wù)機(jī)器人等多種領(lǐng)域。20xx，(09):213216. [4] 史久根，徐勝生 . 基于文化粒子群算法的機(jī)器人路徑規(guī)劃算 [C].20xx 中國儀器儀表與測控技術(shù)大會論文集， 20xx。畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 題目 尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與制作 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等： 主要內(nèi)容 1）利用攝像頭采集道路行車線基本信息； 2）分析車體的空間位置； 3）提出車速控制及優(yōu)化方案； 4）舵機(jī)調(diào)節(jié)控制方案的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。 [2] 姚佳 . 智能小車的避障及路徑規(guī)劃 [D].東南大學(xué)， 20xx. [3] 毛建國，顧筠 .移動機(jī)器人避障規(guī)劃的一種實(shí)現(xiàn)方法 [J].重慶工學(xué)院學(xué)報 (自然科學(xué)版 )。智能循跡小車是一個運(yùn)用傳感器、單片機(jī)、電機(jī)驅(qū)動及自動控制等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)按照預(yù)先設(shè)定的模式下，不受人為管理時能夠自 動實(shí)現(xiàn)循跡導(dǎo)航的高新科技。 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)計與制作 1 緒 論 進(jìn)入 二十一 世紀(jì)，隨著計算機(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和觸覺的小車就是其中的典型代表。 AGV 的另一個特點(diǎn)是高度自動化和高智能化，可以根據(jù)倉儲貨位要求、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。世界上誕生第一臺機(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、計算機(jī)、自動控制、信號處理，傳感器等多學(xué)科為一體的性尖端技術(shù)。 智能循跡小車，能獨(dú)立完成任務(wù)，有其自身的知識基礎(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。 AGV 自動化控制系統(tǒng)，基于這種偏差值，以控制車輛的轉(zhuǎn)向，連續(xù)的動態(tài)的閉環(huán)控制設(shè)置能夠保證 AGV 對設(shè)定路徑的穩(wěn)定自動跟蹤?；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。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]。 (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)。 (3)郵局、圖書館、港口碼頭和機(jī)場 在郵局，圖書館，碼頭和機(jī)場候機(jī)樓等人口密集的公眾場所，存在著大量的物品的運(yùn)送工作，充滿不定性和動態(tài)性強(qiáng) 的特點(diǎn)，搬運(yùn)過程往往也很單一。 (4)煙草、醫(yī)藥、化工、食品 對于處理一些需要在清潔、安全、無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)品時應(yīng)考慮 AGV 小車的應(yīng) 用。 人類可以利用自己的聽覺、視覺、味覺、觸覺等功能獲取事物的信息，人類的大腦再根據(jù)已經(jīng)掌握的知識對這些信息進(jìn)行綜合分析，從而全面了解認(rèn)知事物 。 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]。第 4 章為系統(tǒng)的軟件設(shè)計，主要介紹的是軟件實(shí)現(xiàn)過程的框圖。 無線遙控器的設(shè)計方案 單片機(jī)電路無 線 發(fā) 送 模 塊電 源 模 塊搖 桿 模 塊L C D 顯 示 模 塊 圖 22 無線遙控器 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 無線遙控器主要有 STC12C5A60S2 單片機(jī)主控電路模塊， NRF24L01無線發(fā)射模塊，手機(jī)鋰電池充、供電模塊， NOKIA5110 顯示模塊， TL431 基準(zhǔn)電壓模塊和搖桿模塊等。 系統(tǒng)設(shè)計步驟 1. 根據(jù)設(shè)計要求，確定控制方案。 尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與制作 7 5. 進(jìn)行調(diào)試以實(shí)現(xiàn)控制功能。 3. 電機(jī)驅(qū)動模塊由 2 片 PMOS 管 IRF4905 和 2 片 NMOS 管 IRF3205 組成了一個 H橋，可以通過 PWM 來控制電機(jī)的啟停和正 反轉(zhuǎn)。 7. 速度檢測模塊由紅外對管 ST188 檢測后輪胎轉(zhuǎn)速，然后數(shù)據(jù)處理為速度并實(shí)時顯示在現(xiàn)實(shí)。 單片機(jī)的主要特點(diǎn) 1. 增強(qiáng)型 8051 CPU， 1T，單時鐘 /機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051； 2. 通用 I/O 口（ 36/40/44 個），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通 8051 傳統(tǒng) I/O 口）可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉，強(qiáng)推挽 /強(qiáng)上拉，僅為輸入 /高阻，開漏每個 I/O 口驅(qū)動能力均可達(dá)到 20mA，但整個芯片最大不要超過 120mA； 3. 內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路（外部晶體 12M 以下時，復(fù)位腳可直接 1K 電阻到地）； 4. 時鐘源：外部高精度晶體 /時鐘，內(nèi)部 R/C 振蕩器 (溫漂為 177。所以，路徑檢測的好壞直接關(guān)系到最終性能的優(yōu)劣。缺點(diǎn)：電路設(shè)計復(fù)雜、軟件計算量大、監(jiān)測信息更新速度快。 像素之間的間隔是 8 微米。積分電容存儲的電荷越多，說明前方對應(yīng)的那個感光二極管采集的光強(qiáng)越大。 (31) Vout 是為白色狀態(tài)下的模擬輸出電壓； Vdrk 是黑暗條件下的模擬輸出電壓； Re 是器件的響應(yīng)性，對于給定的光的的波長在 錯誤 !未找到引用源。因此，同一參數(shù)（曝光時間、鏡頭光圈）難以適應(yīng)各種環(huán)境，在光線較弱環(huán)境下的參數(shù)在強(qiáng)光下會出現(xiàn)輸出飽和，在較強(qiáng)光線下調(diào)節(jié)好的參數(shù)在弱光下輸出電壓過低，甚至處于截止?fàn)顟B(tài)。鏡頭相關(guān)參數(shù)一旦選定在智能車運(yùn)行難以改變，曝光時間比較容易通過程序控制，因此比較容易實(shí)現(xiàn)的調(diào)整曝光量方法是通過軟件調(diào)整曝光時間。 NORDIC 公司提供通信模塊的 GERBER 文件，可以直接加工生產(chǎn)。沒有 SPI 接口的單片機(jī)可以利用單片機(jī)的 I/O 口進(jìn)行模擬，內(nèi)部有 FIFO，用于數(shù)據(jù)緩存，因此 NRF24L01 可以與各種高低速微處理器接口，便 于使用低成本單片機(jī)。 MISO：芯片控制數(shù)據(jù)線（ Master input slave output） 。 CE：芯片的模式控制線。如果收到應(yīng)答，則認(rèn)為此次通信成功， TX_DS 置高，同時 TX_PLD 從 TX FIFO中清除 。若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且 CE 為高，則進(jìn)入下一次發(fā)射 。若此時自動應(yīng)答開啟，接收方則同時進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)回傳應(yīng)答信號。 主要技術(shù)參數(shù)： 1. 使用電壓： DC5V； 2. 靜態(tài)電流：小于 2Ma； 3. 電平輸出：高 5V； 4. 電平輸出：低 0V； 5. 感應(yīng)角度：不大于 15 度； 6. 探測距離： 2cm450cm； 7. 高精度：可達(dá) 。 。超聲波測距適用于高精度的中長距離測量。 表示，則有關(guān)系式 (32): 錯誤 !未找到引用源。 (33) 式中： T 為實(shí)際溫度單位為 ℃ ； V 為超聲波在介質(zhì)中的傳播速度單位為 錯誤 !未找到引用源。 顯示模塊 1234567891011121314151617XTAL218XTAL119GND2021222324252627282930313233343536373839VCC40U1STC12C5A60S2104C110UFC2GND10UFC3VCC110KR1GND1 2Y11918181930pFC430pFC5GNDRX1TX112345678P3NOKIA5110GNDVCC11VCC11CLKDINDCCE0RSTVCC11RSTCE0DCDINCLK12345678P4超聲波 HC_SR04VCC11Trig1Echo1GNDVCC11Trig0Echo0GNDEcho0Trig0Echo1Trig1SCKMISOMOSIIRQCE1CSNP10P5DJPWM1PWM2INT0INT1BEEP1KR7R8R9R10R11R12 圖 38 NOKIA5110 顯示模塊原理圖 方案一：采用數(shù)碼管顯示。液晶顯示具有功耗低、體積小、質(zhì)量輕、無輻射危害、平面直角顯示以及影 響穩(wěn)定不閃爍、畫面效果好、分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。故經(jīng)過比較選擇方案二 NOKIA5110 液晶顯示簡介 尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與制作 18 圖 39 NOKIA5110 液晶顯示器原理圖 液晶顯示模塊引腳說明如表 32 所示： 表 32 NOKIA5110 液晶顯示模塊的管腳 引腳序號 引腳名稱 功能 引腳序號 引腳名稱 功能 1 SDIN 串行數(shù)據(jù)線 5 RES 復(fù)位 2 SCLK 串行時鐘線 6 VCC 電源正 3 D/C 模式選擇 7 LIGHT 背光燈 4 SCE 芯片使能 8 GND 電源地 NOKIA5110 液晶顯示特點(diǎn)： 1. 性價比高，可以顯示 15 個漢字、 30 個字符，價格相對便宜； 2. 接口簡單，僅四根 I/O 線即可驅(qū)動； 3. 速度快，是 LCD12864 的 20 倍，是 LCD1602 的 40 倍； 4. NOKIA5110 工作電壓 ，正常顯示 時工作電流 200uA 以下，具有掉電模式，適合電池供電的便攜式移動設(shè)備。 (4)顯示漢字 顯示漢字可以采用兩種點(diǎn)陣方式，一種是 12*12 點(diǎn)陣，一種是 16*16 點(diǎn)陣。這類電機(jī)用于錄音機(jī)、錄相機(jī)、唱機(jī)或激光唱機(jī)等固定轉(zhuǎn)速的機(jī)器或設(shè)備中。步進(jìn)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)腳輸出，只要施加合適的脈沖序列，電機(jī)可以按照人們的預(yù)定的速度或方向進(jìn)行連續(xù)的轉(zhuǎn)動，便于 控速，但是 軟件程序的 編寫較直流 電機(jī)稍顯復(fù) 雜。這種電路由于 工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高； H 橋電路保證了可以簡單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也很高，是一種廣泛采用的調(diào)速技術(shù)，其電路原理簡圖如圖 315 所示。 橋臂上的 4 個場效應(yīng)管相當(dāng)于四個開關(guān)， P 型管在柵極為低電平時導(dǎo)通，高電平時關(guān)閉； N 型管在柵極為高電平時導(dǎo)通，低電平時關(guān)閉。 PWM1 置低電平、 PWM2 置高電平時， Q Q3 關(guān)閉，Q Q4 導(dǎo)通，電機(jī)左端高電平，右端低電平，所以電流 反向流動。理論上光尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與制作 23 電傳感器只要位于被測區(qū)域反射表面可受到光源照射又能被接收管接收到的測量范圍就能進(jìn)行光電檢測，然而這是一種理想 的結(jié)果。 圖 317 紅外發(fā)射接 收原理 圖 318 光強(qiáng)度相應(yīng)曲線 反射光強(qiáng)度的輸出信號電壓 Vout 是反射面與傳感器之間距離 x 的函數(shù)，設(shè)反射面物質(zhì)為同種物質(zhì)時， x 與 Vout 的響應(yīng)曲線是非線性的，如圖 318 所示。 尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與制作 25 4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 程序設(shè)計框圖 啟 動初 始 化I n i t (