【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 設(shè)備上。圖32 AGV鋰電池 供電電路設(shè)計(jì)為了增加AGV供電可靠性，保證電路設(shè)計(jì)的安全性，本項(xiàng)目中的電路采用電源一鍵啟動(dòng)，增設(shè)急停按鈕，電壓顯示器，電源指示燈。以下是電路設(shè)計(jì)圖。1）電源充電及電源部分電氣圖，圖33圖332）電機(jī)驅(qū)動(dòng)器供電接線圖，圖34圖34 控制器選型與設(shè)計(jì) STM32F4簡(jiǎn)介STM32F4是由意法半導(dǎo)體（ST）推出的以基于ARM CortexM4為內(nèi)核的高性能微控制器，其采用了90nm的NVM工藝和ART技術(shù)（自適應(yīng)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)器加速器，Adaptive RealTime Memory Accelerator）。ART技術(shù)可實(shí)現(xiàn)程序零等待執(zhí)行，提升程序執(zhí)行效率，將M4架構(gòu)的性能發(fā)揮到了極致，使得CPU最大可以運(yùn)行于168MHZ。STM32F4系列的微控制集成了單周器DSP指令和FPU（浮點(diǎn)單元），提升計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)了一些復(fù)雜的計(jì)算和控制。作為Cortex M3市場(chǎng)的最大占有者，STM32F4主要優(yōu)勢(shì)如下：內(nèi)核更加先進(jìn)。STM32F1采用的是Cortex M3內(nèi)核，不帶FPU和DSP指令集，然而STM32F4采用CortexM4內(nèi)核，帶FPU和DSP指令集，優(yōu)勢(shì)明顯。STM32F4有更多的資源，高達(dá)1M字節(jié)的片上閃存，擁有多達(dá)192KB的片內(nèi)SRAM，增設(shè)了攝像頭接口（DCMI）、加密處理器（CRYP）、USB高(480Mbit/s)速OTG功能、32位真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器（RNG）、OTP 存儲(chǔ)器等。增強(qiáng)了外設(shè)功能。對(duì)于相同的外設(shè)部分，STM32F4 具有更快的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換速度、具備更低的ADC/DAC工作電壓、32 位定時(shí)器、帶日歷功能的實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）、 IO復(fù)用功能大大增強(qiáng)、4K字節(jié)的電池備份SRAM以及更快的USART 和SPI通信速度。更高的性能。STM32F4 最高運(yùn)行頻率可達(dá)168Mhz，可運(yùn)行達(dá)到210DMIPS的處理能力，而STM32F1只能達(dá)到 72Mhz；STM32F4 擁有ART自適應(yīng)實(shí)時(shí)加速器，可以達(dá)到相當(dāng)于FLASH零等待周期的性能，可實(shí)現(xiàn)單周期內(nèi)相乘和相加指令，采用單周期的SIMD指令，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)多個(gè)數(shù)據(jù)參與運(yùn)算，STM32F1則需要等待周期； STM32F4的FSMC采用32位多重AHB總線矩陣，相比STM32F1的總線訪問(wèn)速度明顯提高。更低的功耗。 STM32F40x 的功耗為： 238uA/MHZ，其中低功耗版本的 STM32F401 更是低到： 140uA/ MHZ，而 STM32F1 則高達(dá) 421uA/ MHZ。 STM32F407ZGT6硬件資源介紹STM32F407ZGT6芯片集成FPU和DSP指令，并具有192KB的SRAM、1024KB FLASH、12個(gè)16 位定時(shí)器、2個(gè)32位定時(shí)器、 2個(gè)DMA控制器（共16個(gè)通道）、2個(gè)全雙工I2S、2個(gè)12位DAC、6個(gè)串口、2個(gè)USB（支持 HOST /SLAVE）、2個(gè)CAN、3個(gè)IIC、3個(gè)SPI、3個(gè)12位ADC、1個(gè)RTC（帶日歷功能）、1個(gè)SDIO 接口、1個(gè)FSMC 接口、1個(gè) 10/100M 以太網(wǎng) MAC 控制器、1個(gè)攝像頭接口、1個(gè)硬件隨機(jī)數(shù)生成器、以及112個(gè)通用IO口等。STM32最小系統(tǒng)主要包括：電源電路、外部晶振電路、外部時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、下載電路，如圖35為開(kāi)發(fā)板最小系統(tǒng)部分電路原理圖。圖35 傳感器控制原理導(dǎo)向單元的作用是讓AGV小車根據(jù)規(guī)定路徑行駛，本項(xiàng)目采用的是磁導(dǎo)航傳感器，安裝在AGV 車體前方的底部，磁導(dǎo)航傳感器利用其內(nèi)置的8個(gè)采樣點(diǎn)，能夠檢測(cè)出磁條上方一定程度的微弱磁場(chǎng)，每一個(gè)采樣點(diǎn)都有一路信號(hào)對(duì)應(yīng)輸出，當(dāng)采樣點(diǎn)采集到磁場(chǎng)信號(hào)時(shí)，該路信號(hào)就會(huì)輸出低電平，而沒(méi)有采集到磁場(chǎng)信號(hào)的信號(hào)輸出則為高電平。AGV運(yùn)行時(shí)，磁導(dǎo)航傳感器內(nèi)部垂直于磁條上方的連續(xù) 13 個(gè)采樣點(diǎn)會(huì)輸出信號(hào)，依靠輸出的這幾路信號(hào)，可以判斷磁條相對(duì)于磁導(dǎo)航傳感器的偏離位置，當(dāng)AGV的行駛與導(dǎo)引軌跡一致時(shí)，由于此時(shí)磁導(dǎo)航傳感器正好處于磁條軌跡的上方，傳感器正中間的檢測(cè)元件測(cè)得的磁感應(yīng)強(qiáng)度最大，因而中間的霍爾開(kāi)關(guān)傳感器輸出低電平信號(hào)，控制器 I/O口采集到這幾路信號(hào)，比較發(fā)現(xiàn)當(dāng)前AGV 處于路徑中間，控制器將不對(duì)該輸出信號(hào)進(jìn)行處理，AGV保持原行駛軌跡；當(dāng)AGV偏離磁條軌跡時(shí)，由于檢測(cè)到最大磁感應(yīng)強(qiáng)度的霍爾開(kāi)關(guān)傳感器不再處于磁導(dǎo)航傳感器的中間，傳感器將該低電平信號(hào)輸出至控制器，控制器 I/O 口采集到這幾路低電平信號(hào)，比較發(fā)現(xiàn)當(dāng)前AGV位置與路徑位置有所偏差，據(jù)此AGV控制系統(tǒng)自動(dòng)做出調(diào)整，控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，使電機(jī)差速糾偏，確保AGV 沿磁條前進(jìn)。磁導(dǎo)航原理圖如下圖36所示。圖 36 磁導(dǎo)航原理圖AGV的地面磁導(dǎo)航系統(tǒng)是AGV在運(yùn)行過(guò)程中所能達(dá)到的路徑，主要由以下幾部分構(gòu)成：運(yùn)行路徑導(dǎo)航線、地標(biāo)導(dǎo)航線和彎道導(dǎo)航線。采用磁導(dǎo)航的方法，運(yùn)行路徑導(dǎo)航線由寬30mm、厚度為1mm的磁性橡膠磁帶鋪設(shè)而成，根據(jù)路徑的具體要求可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟眉?。地?biāo)導(dǎo)航線由長(zhǎng)150mm、寬50mm、厚度為1mm的磁性橡膠鋪設(shè)而成，在地圖上地標(biāo)是各個(gè)站點(diǎn)的標(biāo)志。彎道導(dǎo)航線由路徑導(dǎo)航線和地標(biāo)導(dǎo)航線構(gòu)成，如下圖37所示：圖 37 導(dǎo)航線及地標(biāo) AGV在彎道的運(yùn)行分成下述幾個(gè)步驟：1）找到地標(biāo)。2）按一定的轉(zhuǎn)彎半徑，AGV靠碼盤的位置編程來(lái)完成圓弧的軌跡。 3)以此，AGV尋找導(dǎo)航線，按導(dǎo)航線的路徑行走。磁導(dǎo)航傳感器是AGV的眼睛，決定了AGV的運(yùn)行穩(wěn)定性。本項(xiàng)目選擇的是LS06型AGV磁導(dǎo)航傳感器，該傳感器主要應(yīng)用于磁條導(dǎo)航方式的自動(dòng)導(dǎo)引車AGV，自動(dòng)手推車AGC，無(wú)軌移動(dòng)貨架，物流揀選等行業(yè)。該磁導(dǎo)航傳感器采用6路采樣點(diǎn)輸出，該系列磁導(dǎo)航傳感器采用8路采樣點(diǎn)輸出，與日本名電舍的ME9006AM1性能相同，溫漂，磁飽和等性能指標(biāo)均優(yōu)于進(jìn)口產(chǎn)品磁條導(dǎo)航方式的自動(dòng)導(dǎo)引車AGV，沿著地面鋪設(shè)的磁條行駛。LS06型AGV磁導(dǎo)航傳感器，安裝在AGV車體前方的底部，距離磁條表面2040mm，磁條寬度為3050mm，能夠檢測(cè)出磁條上方100gauss以下的微弱磁場(chǎng)，每一個(gè)采樣點(diǎn)都有一路信號(hào)對(duì)應(yīng)輸出。AGV運(yùn)行時(shí)，磁導(dǎo)航傳感器內(nèi)部垂直于磁條上方的連續(xù)23個(gè)采樣點(diǎn)會(huì)輸出信號(hào)。依靠6路通道中輸出的23路信號(hào)，可以判斷磁條相對(duì)于LS06型AGV磁導(dǎo)航傳感器的偏離位置， AGV會(huì)自動(dòng)作出調(diào)整（ PID），確保沿磁條前行。下表為本作品中磁導(dǎo)航傳感器的技術(shù)參數(shù)。名稱內(nèi)容檢測(cè)距離30177。20mm檢測(cè)極性N極和S極紅燈N極綠燈S極檢測(cè)點(diǎn)數(shù)量6（20mm等距）輸出極限耐壓：DC60V單路輸出電流：50mA總輸出電流：300mA相應(yīng)時(shí)間10mS保存溫度范圍40—+80表 31 磁導(dǎo)航傳感器技術(shù)參數(shù) 傳感器接線下圖為傳感器輸出端口定義（圖38和圖39），表32為傳感器接線表）。圖 38 輸出端口定義圖 39 輸出端口定義管教名稱內(nèi)容1SW1 第1位輸出2SW2 第2位輸出3NC4SW4 第4位輸出5SW5 第5位輸出6NC7SW6 第6位輸出8SW7 第7位輸出9OV101030VDC表 32 磁導(dǎo)航傳感器接線表 AGV小車接近裝置及報(bào)警、停車工作方式AGV小車的接近檢測(cè)裝置一般有紅外區(qū)域掃描、激光測(cè)距掃描和超聲探測(cè)三種方式，用來(lái)檢測(cè)AGV運(yùn)行方向是否存在障礙物。采用光電傳感器安裝在磁導(dǎo)航AGV 車體正前方中部距離地面150mm 處，該傳感器擁有兩級(jí) I/O 輸出，二級(jí)檢測(cè)區(qū)域分為左中右三個(gè)區(qū)域，分別能在 03m 內(nèi)調(diào)節(jié)，當(dāng)該級(jí)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)檢測(cè)出障礙物時(shí)，該檢測(cè)單元對(duì)應(yīng)的輸出電路輸出低電平信號(hào)，AGV 控制器接收到該低電平信號(hào)后立即控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速，同時(shí)發(fā)出警告信號(hào)并反饋給地面控制中心，通知前方障礙物離開(kāi)，直到障礙解除才恢復(fù)正常速度行駛；一級(jí)臨近檢測(cè)區(qū)域較二級(jí)監(jiān)測(cè)區(qū)域短，但兩側(cè)檢測(cè)范圍較二級(jí)檢測(cè)區(qū)域大，同樣具有左中右三個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域，分別能夠在 0~1m 內(nèi)調(diào)節(jié)，當(dāng)該級(jí)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)檢測(cè)出障礙物時(shí)，該路對(duì)應(yīng)的輸出電路輸出低電平信號(hào)，AGV 控制器接收到該低電平信號(hào)后立即發(fā)出急停指令同時(shí)報(bào)警并通知地面控制中心，直至障礙物解除。警示裝置包括警示燈和警示蜂鳴器，用以提醒應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的人們及時(shí)發(fā)現(xiàn)正在靠近的AGV 并采取相應(yīng)的措施。停車按鈕用于 AGV 的受控停車，該按鈕按下之后 AGV 應(yīng)當(dāng)安全可靠地停止運(yùn)行，并且該方式停車能夠通過(guò)人工操作簡(jiǎn)單快速地使 AGV 恢復(fù)運(yùn)行，該按鈕用以保證 AGV 周圍的臨時(shí)工作人員的安全，采用停車按鈕停車方式可以不切斷 AGV 的驅(qū)動(dòng)電源。磁導(dǎo)航 AGV 在地面控制中心、AGV 車用遙控器和 AGV 車身側(cè)面等三處均設(shè)置停車按鈕，方便操作人員采取停車措施。緊急停車按鈕用以在緊急情況下中斷 AGV 的運(yùn)行，為便于緊急情況下操作，磁導(dǎo)航 AGV 在地面控制中心、AGV 車用遙控器和 AGV 車身兩側(cè)設(shè)置紅色的急停按鈕。當(dāng)緊急停車按鈕按下后，AGV 切斷一切設(shè)備的動(dòng)力供給，啟動(dòng)制動(dòng)器并報(bào)警，在排除緊急停車原因之前 AGV 維持停止?fàn)顟B(tài)。 超聲波傳感器原理超聲波傳感器主要包括發(fā)射器和接收器兩大部分，由于超聲波在空氣中傳播的速度為已知（340m/s）,我們只需要計(jì)算出從發(fā)射到接收之間的時(shí)間差就可以算出距離。具體的作法是超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來(lái)，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。（超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2）。本項(xiàng)目選用的是HCSR04型傳感器（圖310實(shí)物圖），左邊為接收頭，右邊為發(fā)射頭，共引出分個(gè)引腳，一個(gè)電源正極（5V），一個(gè)電源地，Trig為觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)控制端，Echo為回響信號(hào)端。下面介紹一個(gè)超聲波傳感器的時(shí)序圖。圖 310 超聲波傳感器實(shí)物圖圖 311超聲波傳感器時(shí)序圖通過(guò)時(shí)序圖可知，在使用時(shí)，觸發(fā)控制端Trig，首先必須給一個(gè)10us以上的高電平，然后等待發(fā)射頭聲波信號(hào)輸出，一旦有信號(hào)輸出，回響信號(hào)端會(huì)產(chǎn)生高電平，此時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)。隨后聲波信號(hào)一直在空氣中傳播，遇到障礙物會(huì)反射回來(lái)，當(dāng)反射回來(lái)的信號(hào)到達(dá)接收頭時(shí)，此時(shí)回想信號(hào)端會(huì)由高電平變?yōu)榈碗娖剑Ｖ褂?jì)時(shí)。此時(shí)我們就可以算出檢測(cè)的距離S=340*(t1t2)/2 ( t1為開(kāi)始計(jì)時(shí)時(shí)間，t2為停止計(jì)時(shí)時(shí)間，注意距離為一邊的距離，所以時(shí)間應(yīng)該除以2)。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制和接線本項(xiàng)目選用的是一