【文章內(nèi)容簡介】 發(fā)出的光束，被物體阻斷或部分反射，受光器最終 據(jù)此 作出判斷反應。 采用超聲波傳感器：超聲波由壓電陶瓷超聲波傳感器發(fā)出，遇到障礙物便反射回來，被超聲波傳感器接收。然后將這信號放大后 送入單片機。 決策方案： 采用 方案 3。由單片機產(chǎn)生 40KHz 的方波信號來工作，反應靈敏迅速，利于 AGV 及早做出判斷，發(fā)出警報 。 裝貨和卸貨系統(tǒng)對 AGV 的監(jiān)測 裝卸系統(tǒng)不能以 孤立 時間軸 做 裝卸貨運動，必須與 AGV 進行通信，實現(xiàn)實時檢測，確保 AGV 車體已經(jīng)到達停車點，裝卸系統(tǒng)才能執(zhí)行裝卸過程。 無線數(shù)據(jù)傳輸被廣泛應用在車輛監(jiān)控、遙控、遙測、小型無線網(wǎng)絡、無線數(shù)據(jù)通信、機器人控制、數(shù)字音頻、數(shù)字圖像的傳輸?shù)阮I域中。 可行性方案： 1. 用 DF無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊。 DF 超再生式接收模塊通訊方式為調(diào)頻 AM，接收靈敏度高，用示波 器觀察輸出波形干凈，抗干擾能力強。 2. 用 DF無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊與紅外傳感輔助檢測 ： 采用 DF無線收發(fā)，使小車運行狀態(tài)時刻反饋給裝卸系統(tǒng)，讓裝卸系統(tǒng)起到監(jiān)控小車的功能，同時當小車到達指定運貨地點時發(fā)出無線信號準備裝貨，裝卸系統(tǒng) 另外輔助采用紅外傳感器檢測小車是否停穩(wěn)。 決策方案： DF 無線收發(fā)模塊 以 其優(yōu)良的 特性 和低廉的價格而被廣泛應用于工業(yè)及日常商品中， 同時用紅外傳感輔助檢測 使 性能更加完備， 即使通訊過程中出現(xiàn)錯誤也能自動進行糾正， 因此我們 優(yōu)先考慮使用 方案 2。 基于 AGV的自動化物流系統(tǒng)設計 9 3 系統(tǒng)硬件設計 設計 裝貨模塊 裝貨 系統(tǒng)有目前比較先進的機械手，傳送帶，和簡易推送裝置。因本系統(tǒng)重在演示功能，故我們自行設計了一個 用 舵機控制的推貨裝置。 當小車到達裝貨地點時，傳送帶傳送過來的貨物正好位于曲柄滑塊機構(gòu)的擋推板前，通過控制舵機轉(zhuǎn)過的角度，就可以 控制推桿將貨物推上小車的貨廂上。 卸貨模塊 我們 采用磁吊技術(shù) 模擬 物流業(yè)中大部分集裝箱的運送。當貨物到達卸貨地點后，啟用電磁鐵將貨物吊起，控制步進電機運行將貨物移動到指定地點。 圖 32 卸貨機構(gòu)設計 電磁鐵 物 貨物 俯 視圖 貨物 車 體 貨物 正視圖 圖 31 裝貨曲柄滑塊機構(gòu) 設計 車體 基于 AGV的自動化物流系統(tǒng)設計 10 電路設計 AGV的 中央處理單元 因系統(tǒng)的 AGV 模塊和自動裝卸貨模塊對功能的實現(xiàn)有所不同，故分別針對其功能實現(xiàn)，分別選取 不同 單片機。 小車 的 功能強大，要求處理 系統(tǒng) 處理速度快，具低功耗特點。最終設計中主要 采用 TI公司出品的 MSP430F247 單片機， 以 AT89s51 作為輔助驅(qū)動 LCD 液晶顯示。 MSP430F247 單片機是一個 具有強大處理功能的 16 位單片機，采用了精簡指令集（ RISC）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（ 7 種源操作數(shù)尋址、 4種目的操作數(shù)尋址）、簡潔的 27條內(nèi)核指令以及大量的模 擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可參加多種運算 。 片上外圍模塊豐富， 12/14 位硬件 A/D 轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達 200kbps ，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應用，實現(xiàn)兩路的 12 位 D/A 轉(zhuǎn)換； 當系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時，用中斷請求將它喚醒只用 6us。超低功耗 MSP430 單片機之所以有超低的功耗，是因為其在降低芯片的電源電壓及靈活而可控的運行時鐘方面都有其獨到之處。 系統(tǒng) 采用的 MSP430F247 的最小系統(tǒng)電路圖 ： 圖 33 MSP430F247 的最小系統(tǒng)電路 基于 AGV的自動化物流系統(tǒng)設計 11 黑白 線信息采集和 停車標識識別 模塊 設計 本 系統(tǒng) 設計 中 AGV 自動循跡及停車標識識別 都是 采用反射式 紅外 光電傳感器 ST188 來實現(xiàn)其功能。 其極限參數(shù)值和實物圖如下 : 由于 只要求判斷出簡單 黑白線 ， 因此使用較簡單的 紅外反射式光電傳感器實現(xiàn)小車尋跡和停車是 可行的。為了簡單起見，系統(tǒng)中使用了七 個紅 外反射式光電傳感器，其中五個用于尋跡， 以完成對路面信息的采集； 一個用于停車 標識 檢測 ； 一個用來檢測外界光，排除其干擾 ，低功耗模式下用作充電 區(qū)域判斷 。 圖 35 反射式紅 外檢測電路 從 OUT 輸出的電壓信號連接到 MSP430F247 單片機的 P6 端口 ，利用 MSP430內(nèi)部模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊直接將模擬 信號 轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號 。 圖 34 ST188 實物圖 極限參數(shù) 基于 AGV的自動化物流系統(tǒng)設計 12 自動循跡控制模塊設計 動力驅(qū)動設計 圖 36 驅(qū)動電機 控制 電路 37控制 驅(qū)動電機 正反轉(zhuǎn) 電路 本設計 中 使用一個場效應管 IRFZ44N 通過從單片機系統(tǒng)Ｐ 腳輸出 PWM控制直流電機轉(zhuǎn)速， ，實現(xiàn)小車前進與后退。 轉(zhuǎn)向驅(qū)動設計 小車的轉(zhuǎn)向是用舵機來驅(qū)動的。我們通過編程用 軟件輸出標準 PWM 信號來驅(qū)動舵機，一般 PWM 控制信號的周期為 20ms,其調(diào)制波如圖所示。當給舵機輸入脈寬為 ，即占空比為 ，舵機右轉(zhuǎn) 90度；當給舵機輸入脈寬為 ，即占空比為 ，舵機靜止不動；當給舵機輸入脈寬為 ，即占空比為 ，舵機左轉(zhuǎn)90度?？梢酝茖С龆鏅C轉(zhuǎn)動角度與脈沖寬度的關系計算公式為： 注：其中 t為正脈沖寬度（ ms）；θ為轉(zhuǎn)動角度；當左轉(zhuǎn)時取加法計算，右轉(zhuǎn)時取減法計算結(jié)果。 基于 AGV的自動化物流系統(tǒng)設計 13 PWM 脈 寬與舵機轉(zhuǎn)角的對照關系如下： 因此， 在軟件上是通過算法對 PWM 波占空比進行實時設置，對應舵機轉(zhuǎn)角發(fā)生變化，從而使小車實現(xiàn)預定的轉(zhuǎn)向。 模塊 設計 AGV 車體電池 并不能長久正常供電，工作一段時間后就會電壓下降，造成工作不穩(wěn)定 。為了實現(xiàn)無人化車間，小車的充電需要自主完成。 AGV所采用的鎳鎘可充電電池是用 6 節(jié)相同型號的電池串連起來從而得到 的電池組，其標稱容量為 2020mAh 可以在 2A 的供電電流下持續(xù)供電 1小時。放電曲線如圖所示（在 3A 的大電流放電條件下得到的結(jié)果）。 圖 38 鎳鎘電池供電曲線 小車能正常工作所需的電壓在 7V到 之間 ,我們采用 AD 轉(zhuǎn)換將電池電壓通過電位器分壓的電壓與 AD轉(zhuǎn)換所需標準電壓 +REF 進行比較，就能設定小基于 AGV的自動化物流系統(tǒng)設計 14 車在電池電壓大于 6V時，進行自動循跡搬運貨物；當電池電壓小于 6V時自動進入低功耗模式，尋找充電區(qū)進行自動充電 .右邊是我們采用的電壓檢測電路，通過可調(diào)電位器可以自行設定 比較 電壓值。 AGV 在低電壓的觸發(fā)下進入充電尋軌模式，進入充電軌道。小車駛?cè)氤潆妳^(qū)后，外置的充電金屬觸點與固定充電電極接觸。 當兩端完全穩(wěn)定接觸后，充電端口向中央處理器發(fā)出高電平， 控制小車停車充電。小車電池的理想充電時間是 6小時 。 我們采用快速充電， 演示過程中程序設置小車在充電區(qū)停車 充電 20分鐘 。若中途停電或者其他外部因素致使小車充電未完成 ， 小車自動 計算與標準飽滿電源電壓 的差值，把差值轉(zhuǎn)化為對應時間后再次進入充電區(qū)進行相應時間的充電 直至電池飽滿。之后，小車 自動退出充電區(qū)，駛?cè)牍ぷ鲄^(qū)域，恢復 正常的工作模式。 障礙物 檢 測 模塊 設計 超聲波 檢障 原理 超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)有兩個壓電晶片和一個共振板。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動 共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當共振板接收到超聲波本時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，就成為超聲波接收器。在超聲探測電路中，發(fā)射端得到輸出脈沖為一系列方波， 接收端受到反射回來的方波后從輸出腳輸出一個下降沿觸發(fā)單片機進行障礙物判斷。 超聲波檢障電路 的 設計 我們 采用 單片機的 口輸出超聲波換能器所需的 40K 方波信號，如圖所示 : 圖 39 超聲波發(fā)射電路 基于 AGV的自動化物流系統(tǒng)設計 15 圖 310 超聲波接收電路 使用 CX20206A 集成電路對接收探頭受到的信號進行放大、濾波， 其總放大增益 80db。 2 腳 與地之間連接 RC串聯(lián)網(wǎng)絡，它們是負反饋串聯(lián)網(wǎng)絡的一個組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。 本 設計 中 選用參數(shù)為 R1= ， C1=1μ F， R=200kΩ ， OUT 為輸出端連接單片機 ，沒有接收到返回信號時該端輸出為高電平，接收到 則產(chǎn)生下降 沿 。 聲光報警模塊設計 聲光報警模塊設計采用圖所示電路 ： 圖 311 聲光報警電路 從系統(tǒng) 輸出高低 電平控制 NPN 型三極管 S8050 通斷控制報警器和發(fā)光二極管進行聲光報警。 基于 AGV的自動化物流系統(tǒng)設計 16 4 系統(tǒng)軟件設計 AGV 主程序控制流程圖 圖 41 AGV 主 程序設計思路 裝卸貨 模塊流程圖 檢測與控制 系統(tǒng)程序設計流程圖如圖 42。 否 否 否 是 是 初始化 數(shù)據(jù)采集 監(jiān)控 中心 檢