【正文】 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 ( ) 。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行光電檢測，然而這是一種理想 的結(jié)果。 橋臂上的 4 個場效應(yīng)管相當于四個開關(guān)， P 型管在柵極為低電平時導通，高電平時關(guān)閉； N 型管在柵極為高電平時導通，低電平時關(guān)閉。步進電機可以實現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)腳輸出，只要施加合適的脈沖序列，電機可以按照人們的預定的速度或方向進行連續(xù)的轉(zhuǎn)動，便于 控速，但是 軟件程序的 編寫較直流 電機稍顯復 雜。 (4)顯示漢字 顯示漢字可以采用兩種點陣方式，一種是 12*12 點陣，一種是 16*16 點陣。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、抗干擾能力強等優(yōu)點。 (33) 式中： T 為實際溫度單位為 ℃ ； 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。超聲波測距適用于高精度的中長距離測量。 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 。若發(fā)送堆棧中有數(shù)據(jù)且 CE 為高，則進入下一次發(fā)射 。 CE：芯片的模式控制線。沒有 SPI 接口的單片機可以利用單片機的 I/O 口進行模擬，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。鏡頭相關(guān)參數(shù)一旦選定在智能車運行難以改變，曝光時間比較容易通過程序控制，因此比較容易實現(xiàn)的調(diào)整曝光量方法是通過軟件調(diào)整曝光時間。 (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。 像素之間的間隔是 8 微米。所以，路徑檢測的好壞直接關(guān)系到最終性能的優(yōu)劣。 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)處理為速度并實時顯示在現(xiàn)實。 尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與制作 7 5. 進行調(diào)試以實現(xiàn)控制功能。 無線遙控器的設(shè)計方案 單片機電路無 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 單片機主控電路模塊， NRF24L01無線發(fā)射模塊，手機鋰電池充、供電模塊， NOKIA5110 顯示模塊， TL431 基準電壓模塊和搖桿模塊等。 多傳感器信息融合具有許多性能上的優(yōu)點： (1)增加了系統(tǒng)的生存能力； (2)減少了信息的模糊性； (3)擴展了采集數(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]。 (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。 (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送任務(wù)?；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，激光制導的 AGV 小車可以轉(zhuǎn)變?yōu)榧t外引導和超聲引導的 AGV。 智能循跡小車，能獨立完成任務(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，自我學習能力和自我組織的能力。 AGV 的另一個特點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，而且改變運行路徑的費用與傳統(tǒng)的輸送帶和傳送線相比非常低廉。智能循跡小車是一個運用傳感器、單片機、電機驅(qū)動及自動控制等技術(shù)來實現(xiàn)按照預先設(shè)定的模式下，不受人為管理時能夠自 動實現(xiàn)循跡導航的高新科技。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）舵機調(diào)節(jié)控制方案的設(shè)計與實現(xiàn)。 該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于無人駕駛機動車，無人工廠，倉庫，服務(wù)機器人等多種領(lǐng)域。 AGV 小車一般配有裝卸機構(gòu)，可與其它物流設(shè)備自動接口，實現(xiàn)貨物裝卸與搬運的全自動化 過程。為了讓循跡小車能獨立工作，一方面應(yīng)具有較高的智慧和更廣泛的應(yīng)用，研究各種新機傳感器，另一方面，也掌握多個多類傳感器信息融合的技術(shù)，這樣循跡小車可以更準確，更全面的獲得所處環(huán)境的信息 [1]。 (3)視覺式 視覺引導式 AGV 是的迅速發(fā)展和比較成熟的 AGV，這種 AGV 配備 CCD 攝像機，傳感器和車載電腦，在車載計算機中設(shè)置有 AGV欲行駛路徑周圍環(huán)境圖像數(shù)庫 。由多臺 AGV 小車組成的物流運輸處理系統(tǒng)，較人工搬運系統(tǒng)來說更靈活，運輸路線可以根據(jù)生產(chǎn)過程及時調(diào)整， 使一條生產(chǎn)線，生產(chǎn)十幾個產(chǎn)品，大大提高了生產(chǎn)的靈活性，企業(yè)的競爭力。在全國許多卷煙企業(yè)，如青尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與制作 4 島頤中集團、玉溪紅塔集團、紅河卷煙廠、淮陰卷煙廠， 應(yīng)用激光引導式 AGV 完成托盤貨物的搬運工作。 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。 尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與制作 6 主要工作原理是通過 STC12C5A60S2 單片機控制 AD 采集 搖桿的 X,Y 軸電位值，并將電位值通過 NRF24L01 無線模塊發(fā)送給小車，從而控制小車轉(zhuǎn)向和加、減速等。 確定整體控制系統(tǒng)方案 1. 主控使用 40 引腳的 STC12C5A60S2 單片機芯片，因為其內(nèi)部集成 10 位 ADC、2 路 PWM 等，可以節(jié)省外圍設(shè)備。 8. 顯示模塊采用 NOKIA5110 通過 5 個普通 IO 口與單片機通信， 84x48 的點陣，可以顯示 4 行漢字，能充分滿足需求。對于小車路徑信息的采集的方式如下所示： 方案一：紅外傳感器的檢測方式，優(yōu)點：電路設(shè)計相對簡單、檢測速度信息快、調(diào)試簡單、成本低。 操作簡化內(nèi)部控制邏輯，需要只有一個串行輸入端 (SI)的信號和時鐘。 ； Ee 是在 錯誤 !未找到引用源。 無線模塊 1234567891011121314151617XTAL218XTAL119GND2021222324252627282930313233343536373839VCC40U1STC12C5A60S2104C110UFC2GND10UFC3VCC110KR1GND1 2Y11918181930pFC430pFC5GNDY230pFC9Y18RX1TX1VCC11RSTCE0DCDINCLKEcho0Trig0Echo1Trig112345678P8無線 NRF24L01GNDVCC3CE1CSNSCKMOSIMISOIRQSCKMISOMOSIIRQCE1CSNP10DJPWM1PWM2INT0INT1BEEP1KR7R8R9R10R11R1210UFC11 圖 34 NRF24L01 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊 無線 NRF24L01 簡介 NRF24L01 是 NORDIC 公司最近生產(chǎn)的一款無線通信通信芯片，采用 FSK 調(diào)制，內(nèi)部集成 NORDIC 自己的 Enhanced Short Burst 協(xié)議。 無線 NRF24L01 的工作原理 NRF24L01 模塊的原理圖如圖 35 所示： 圖 35 NRF24L01 模塊的原理圖 從單片機控制的角度來看，我們只需要它的的六個控制和數(shù)據(jù)信號，分別為 CSN、SCK、 MISO、 MOSI、 IRQ、 CE。在 CSN 為低的情況下， CE 協(xié)同 NRF24L01 的 CONFIG 寄存器共同決定 NRF24L01 的狀態(tài)（掉電、發(fā)射、接收、待機 Ⅰ 、待機 Ⅱ ）。若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且 CE 為高，則進入空閑模式 2。 超聲波的主要工作原理 超聲波傳感器的工作原理是陶瓷 的壓電效應(yīng)。因為超聲波在標準空氣中的傳播速度為 米 /秒，由單片機負責計時，單片機使用 晶振，所以此系統(tǒng)的測量精度理論上可以達到毫米級。 。點陣式 LCD 不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線及漢字，并且可以實現(xiàn)屏幕上下左右滾動、動畫、閃爍、文本特征顯示等功能。 電機驅(qū)動電路 Q4NMOSQ3NMOSQ1PMOSQ2PMOSU3光耦 PC817U4光耦 PC817U5光耦 PC817U6光耦 PC817GNDVCC0IRF4905 IRF4905IRF3205 IRF3205MB1Motor1KR131KR141KR151KR16D2 D3D4 D51KR181KR201KR171KR19GNDGNDGNDPWM1PWM1GNDPWM2PWM2GNDVCC0 VCC0GNDGNDVCC電機驅(qū)動 圖 312 PNMOS 管 H 橋電機驅(qū)動原理圖 方案一：采用直流電機，配合 LM293 驅(qū)動芯片組合。但是芯片LM298的硬件 電路比較復 雜。場效應(yīng)管是電壓控制型元件，柵極通過的電流幾乎為“零”。因為光的反射受到多種因素的影響，如反射表面的形狀、顏色、光潔度，日光、日光燈照射等不確定因素。液 晶顯 示 第 一 屏無 線 接 收無 線 接 收 失 敗 檢 測i f ( R X _ D R )無 線 遙 控 、 循 跡 轉(zhuǎn) 換判 斷i f ( r x _ b u f [ 2 ] = = 1 )讀 取 無 線 接 收 數(shù) 據(jù)U a r t 接 收線 性 C C D 路 徑 數(shù) 據(jù)超 聲 波 測 距 避 障P W M 、 舵 機 控 制紅 外 測 速L C D 顯 示 、 低 電 量 報 警無 線 接 收 失 敗 報 警 圖 41 循跡控制系統(tǒng)程序流程圖 尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與制作 26 啟 動初 始 化I n i t ( ) 。這兩種相反的狀態(tài)表現(xiàn)在電路中，就是高低電平組成的脈沖信號。 紅外測速電路 U7紅外對管 ST188VCC510R2110KR21GND紅外測速電路1KR22Q2NPN1KR23VCCGNDINT0 圖 316 紅外 ST188 測速原理圖 反射式光電傳感器的光源有多種，常用的有紅外發(fā)光二極管，普通發(fā)光二極管，以及激光二極管，前兩種光源容易受到外界光源的干擾，而激光二極管發(fā)出的光的頻率較集中，不容易被干擾，但傳感器只能接收很窄的頻率范圍的光，且價格較貴。如圖 39 就是一種簡單的 H 橋電路，它由2 個 IRF4905 P 型場效應(yīng)管 Q Q2 與 2 個 IRF3205 N 型場效應(yīng)管 Q Q3 組成 ，所以它叫 PNMOS 管 H 橋。電路如圖 313： 圖 313 直流電機 +LM293 組合電路原理 方案二：采用步進電機，配合 LM298 驅(qū)動芯片組合。 個點陣，通過建立一個 ASCII 的數(shù) 組 font6x8[][6]來尋址。 方案二：考慮到本系統(tǒng)中顯示的內(nèi)容以及系統(tǒng)的實用性，采用液晶顯示 (LCD)。 錯誤 !未找到引用源。如果測距精度要求很高，則 應(yīng)通過溫度補償?shù)姆椒右孕Ｕ? 產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域：機器人避障、物體測距、液位檢測、公共安防、停車場檢測 。最后發(fā)射成功時 ,若 CE 為低則 NRF24L01 進入空閑模式 1。無線通信過程中 MCU 主要是通過 IRQ 與 NRF24L01 進行通信 。 NRF24L01 應(yīng)用的是 SPI 接口，可以與單片機的 SPI 接口直接相連。智能車為適應(yīng)各種運行環(huán)境，必須實 時感知環(huán)境，并根據(jù)環(huán)境閉環(huán)調(diào)節(jié)曝光量，使得在不同環(huán)境中曝光量都處于一個合理的范圍，這樣才能保證在不同環(huán)境中