【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的低速時(shí)鐘為驅(qū)動(dòng)；因此，即使主時(shí)鐘發(fā)生故障它也仍然有效。窗口看門(mén)狗由從 APB1 時(shí)鐘分頻后得到的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，通過(guò)可配置的時(shí)間窗口來(lái)檢測(cè)應(yīng)用程序非正常的過(guò)遲或過(guò)早的 行 為。 在鍵寄存器 (IWDG_KR)中寫(xiě)入 0xCCCC，開(kāi)始啟用獨(dú) 立 看門(mén)狗 ；此時(shí)計(jì)數(shù)器開(kāi)始從其復(fù)位值 0xFFF 遞減計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到末尾 0x000 時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào) (IWDG_RESET)。無(wú)論何時(shí)，只要鍵寄存器 IWDG_KR 中被寫(xiě)入 0xAAAA， IWDG_RLR 中的值就會(huì)被重新加載到計(jì)數(shù)器中從而避免產(chǎn)生看門(mén)狗復(fù)位。 窗口看門(mén)狗（ WWDG） 窗口看門(mén)狗通常被用來(lái)監(jiān)測(cè)由外部干擾或 不 可預(yù)見(jiàn)的邏輯條件造成的應(yīng)用程序背離正常的運(yùn) 行 序 列 而產(chǎn)生的軟件故障。除非遞減計(jì)數(shù)器的值在 T6 位變成0 前被刷新，此看門(mén)狗電 路 在達(dá)到可編程的時(shí)間周期時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè) MCU 復(fù)位。在遞減計(jì)數(shù)器 達(dá)到窗口寄存器值之前，如果遞減計(jì)數(shù)器值的第 7 位 (在控制寄存器中 )被刷新， 那么也將產(chǎn)生一個(gè) MCU 復(fù)位。這表明遞減計(jì)數(shù)器需要在一個(gè)有限的窗口中被刷新。 主要特性： ● 可編程的自動(dòng)運(yùn) 行 遞減計(jì)數(shù)器 ● 條件復(fù)位 ? 當(dāng)遞減計(jì)數(shù)器的值小于 0x40， (若看門(mén)狗被啟動(dòng) )則產(chǎn)生復(fù)位。 ? 當(dāng)遞減計(jì)數(shù)器在窗口外被重新裝載， (若看門(mén)狗被啟動(dòng) )則產(chǎn)生復(fù)位。 ● 如果啟動(dòng) 了 看門(mén)狗，且允許中斷，當(dāng)遞減計(jì)數(shù)器等于 0x40 時(shí)產(chǎn)生早期喚醒中斷 (EWI)，它可以被用于重裝載計(jì)數(shù)器以避免 WWDG 復(fù)位。 功能： 如果看門(mén)狗被啟動(dòng) (WWDG_CR 寄存器中的 WDGA 位被置 1)，并且當(dāng) 7 位(T[6:0])遞減計(jì)數(shù)器從 0x40 翻轉(zhuǎn)到 0x3F(T6 位清零 )時(shí)，則產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位。如果軟件在計(jì)數(shù)器值大于窗口寄存器中的值時(shí)重新裝載計(jì)數(shù)器，將產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位。正常情況下， WWDG 從設(shè)置的計(jì)數(shù)值遞減到窗口寄存器的值（這個(gè)要被儲(chǔ)存在WWDG_CR 寄存器中的值必須在 0xFF 和 0xC0 之間）時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷，應(yīng)在中斷程序中對(duì) WWDG_CR 寄存器進(jìn)行寫(xiě)操作，以防止 MCU 發(fā)生復(fù)位 [2]。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 圖 22智能小車(chē)整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 智能車(chē) AGV(Automated Guided Vehicles)又名自動(dòng)導(dǎo)航車(chē)，無(wú)人搬運(yùn)車(chē)，激光導(dǎo)航車(chē)。最早出現(xiàn)與 20 世紀(jì) 70 年代。指裝備有電磁或光學(xué)等自動(dòng)導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護(hù)以及各種移載功能的運(yùn)輸車(chē)，其顯著特點(diǎn)的是無(wú)人駕駛， AGV 上裝備有自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)，可以保障系統(tǒng)在不需要人工引航的情況下就能夠沿預(yù)定的路線自動(dòng)行駛，將貨物或物料自動(dòng)從起始點(diǎn)運(yùn)送到目的地。一般可透過(guò)電腦來(lái)控制其行進(jìn)路線以及行為，或利用電磁軌道 (electromagic pathfollowing system)來(lái)設(shè)立其行進(jìn)路線，電磁軌道粘貼于地板上，無(wú)人搬運(yùn)車(chē)則依循電磁軌道所帶來(lái)的信號(hào)進(jìn)行移動(dòng)與動(dòng)作。目前，在企業(yè)的物流系統(tǒng)和離散制造的裝配系統(tǒng)中已經(jīng)起著非常重要的作用。它以電池為動(dòng)力，裝備有電磁或光學(xué)等自動(dòng)導(dǎo)航裝置，能夠獨(dú)立自動(dòng)尋址，并通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制完成無(wú)人駕駛及作業(yè) [3]。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 圖 23 AGV 基本組成架構(gòu) AGV 的主要系統(tǒng)構(gòu)成 AGV 系統(tǒng)的控制是通過(guò)物流上位調(diào)度系統(tǒng)、 AGV 地面控制系統(tǒng)及 AGV 車(chē)載控制系統(tǒng)三者之間的相互協(xié)作完成的， AGV 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和 AGV 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)曾有國(guó)外專家對(duì) AGV 控制系統(tǒng)需 解決的主要問(wèn)題做了恰當(dāng)?shù)谋扔鳎?Where am I? （我在哪里？） Where am I going?（我要去哪里？） How can I get there?（我怎么去？），這三個(gè)問(wèn)題歸納起來(lái)分別就是 AGV 控制系統(tǒng)中的三個(gè)主要技術(shù)：AGV 的導(dǎo)航（ Navigation）， AGV 的路徑規(guī)劃（ Layout designing）， AGV 的導(dǎo)引控制（ Guidance）。為了能夠解決好這些問(wèn)題， AGV 系統(tǒng)的構(gòu)成也必然復(fù)雜： AGV 控制系統(tǒng)分為地面（上位）控制系統(tǒng)、車(chē)載（單機(jī)）控制系統(tǒng)及導(dǎo)航 /導(dǎo)引系統(tǒng)，其中，地面控制系 統(tǒng)指 AGV 系統(tǒng)的固定設(shè)備，主要負(fù)責(zé)任務(wù)分配，車(chē)輛調(diào)度，路徑（線）管理，交通管理，自動(dòng)充電等功能；車(chē)載控制系統(tǒng)在收到上位系統(tǒng)的指令后，負(fù)責(zé) AGV 的導(dǎo)航計(jì)算，導(dǎo)引實(shí)現(xiàn)，車(chē)輛行走，裝卸操作等功能；導(dǎo)航 /導(dǎo)引系統(tǒng)為 AGV 單機(jī)提供系統(tǒng)絕對(duì)或相對(duì)位置及航向。 AGV 系統(tǒng)是一套復(fù)雜的控制系統(tǒng)，加之不同項(xiàng)目對(duì)系統(tǒng)的要求不同，更增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，因此，系統(tǒng)在軟件配置上設(shè)計(jì)了一套支持 AGV 項(xiàng)目從路徑規(guī)劃、流程設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真（ Simulation）到項(xiàng)目實(shí)施全過(guò)程的解決方案。上位系統(tǒng)提供了可靈活定義 AGV 系統(tǒng)流程的工具，可根 據(jù)用戶的實(shí)際需求來(lái)規(guī)劃或修改路徑或系統(tǒng)流程；而下位系統(tǒng)也提供了可供用戶定義不同 AGV 功能的編程語(yǔ)言。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 AGVAGV 地面（上位）控制系統(tǒng) AGV 地面控制系統(tǒng)（ Stationary System）即 AGV 上位控制系統(tǒng)，是 AGV 系統(tǒng)的核心。其主要功能是對(duì) AGV 系統(tǒng)（ AGVS）中的多臺(tái) AGV 單機(jī)進(jìn)行任務(wù)分配，車(chē)輛管理，交通管理，通訊管理等 [4]。 任務(wù)管理：任務(wù)管理類似計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的進(jìn)程管理，它提供對(duì) AGV 地面控制程序的解釋執(zhí)行環(huán)境；提供根據(jù)任務(wù)優(yōu)先級(jí)和啟動(dòng)時(shí)間的調(diào)度運(yùn)行；提供對(duì)任務(wù)的各種操作如啟動(dòng)、停止、取 消等。 車(chē)輛管理：車(chē)輛管理是 AGV 管理的核心模塊，它根據(jù)物料搬運(yùn)任務(wù)的請(qǐng)求，分配調(diào)度 AGV 執(zhí)行任務(wù)，根據(jù) AGV 行走時(shí)間最短原則，計(jì)算 AGV 的最短行走路徑，并控制指揮 AGV 的行走過(guò)程，及時(shí)下達(dá)裝卸貨和充電命令。 交通管理：根據(jù) AGV 的物理尺寸大小、運(yùn)行狀態(tài)和路徑狀況，提供 AGV 互相自動(dòng)避讓的措施，同時(shí)避免車(chē)輛互相等待的死鎖方法和出現(xiàn)死鎖的解除方法； AGV的交通管理主要有行走段分配和死鎖報(bào)告功能。 通訊管理：通信管理提供 AGV 地面控制系統(tǒng)與 AGV 單機(jī)、地面監(jiān)控系統(tǒng)、地面 IO 設(shè)備、車(chē)輛仿真系統(tǒng)及上位計(jì)算機(jī)的 通信功能。和 AGV 間的通信使用無(wú)線電通信方式，需要建立一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)， AGV 只和地面系統(tǒng)進(jìn)行雙向通信， AGV 間不進(jìn)行通信，地面控制系統(tǒng)采用輪詢方式和多臺(tái) AGV 通信；與地面監(jiān)控系統(tǒng)、車(chē)輛仿真系統(tǒng)、上位計(jì)算機(jī)的通信使用 TCP/IP 通信。 車(chē)輛驅(qū)動(dòng)：小車(chē)驅(qū)動(dòng)負(fù)責(zé) AGV 狀態(tài)的采集，并向交通管理發(fā)出行走段的允許請(qǐng)求，同時(shí)把確認(rèn)段下發(fā) AGV[5]。 AGVAGV 車(chē)載（單機(jī)）控制系統(tǒng) AGV 車(chē)載控制系統(tǒng)（ Onboard System），即 AGV 單機(jī)控制系統(tǒng)，在收到上位系統(tǒng)的指令后，負(fù)責(zé) AGV 單機(jī)的導(dǎo)航，導(dǎo)引，路徑選 擇，車(chē)輛驅(qū)動(dòng)，裝卸操作等功能。 導(dǎo)航（ Navigation）： AGV 單機(jī)通過(guò)自身裝備的導(dǎo)航器件測(cè)量并計(jì)算出所在全局坐標(biāo)中的位置和航向。 導(dǎo)引（ Guidance）： AGV 單機(jī)根據(jù)目前的位置、航向及預(yù)先設(shè)定的理論軌跡來(lái)計(jì)算下個(gè)周期的速度值和轉(zhuǎn)向角度值即， AGV 運(yùn)動(dòng)的命令值。 路徑選擇（ Searching）： AGV 單機(jī)根據(jù)上位系統(tǒng)的指令，通過(guò)計(jì)算，預(yù)先選擇即將運(yùn)行的路徑，并將結(jié)果報(bào)送上位控制系統(tǒng)，能否運(yùn)行由上位系統(tǒng)根據(jù)其它AGV 所在的位置統(tǒng)一調(diào)配。 AGV 單機(jī)行走的路徑是根據(jù)實(shí)際工作條件設(shè)計(jì)的，它天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 有若干 “ 段 ” （ Segment）組成。每一 “ 段 ” 都指明了該段的起始點(diǎn)、終止點(diǎn)，以及 AGV 在該段的行駛速度和轉(zhuǎn)向等信息。 車(chē)輛驅(qū)動(dòng)（ Driving）： AGV 單機(jī)根據(jù)導(dǎo)引（ Guidance）的計(jì)算結(jié)果和路徑選擇信息，通過(guò)伺服器件控制車(chē)輛運(yùn)行。 AGV 小結(jié)： 首先，給大家兩個(gè)英文單詞 Navigation（導(dǎo)航）， Guidance（導(dǎo)引），這兩個(gè)單詞的意思是不一樣的。導(dǎo)航是指確定自身的位置及航向；而導(dǎo)引是根據(jù)目前的位置、航向及理論軌跡來(lái)計(jì)算下個(gè)周期的速度值和轉(zhuǎn)向角度值。有了這個(gè)概念后，我們分析一下磁帶導(dǎo)引、電磁導(dǎo)引或其它形式的 “ 有線 ” 導(dǎo)引。他們都只能稱為導(dǎo)引，而不叫導(dǎo)航。因?yàn)?，這些導(dǎo)引方式只需 AGV 的相對(duì)位置，而與全局坐標(biāo)無(wú)關(guān)！這也是為什么這類導(dǎo)引的 AGV 相對(duì)簡(jiǎn)單的原因：不需要復(fù)雜的導(dǎo)航計(jì)算（ Deadreckoning），甚至不需要導(dǎo)引計(jì)算，只需根據(jù)傳感器的差分信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)向控制。建議朋友們，不再說(shuō)磁導(dǎo)航，而是叫磁帶導(dǎo)引（ Magic Tape Guidance）和電磁導(dǎo)引也稱線導(dǎo)（ Wire Guidance） [6]。 AGV 的導(dǎo)航 /導(dǎo)引技術(shù)多種多樣，不同的場(chǎng)合可采用不同的導(dǎo)引技術(shù)。單一的導(dǎo)引技術(shù)無(wú)法覆蓋所有的應(yīng)用：例如在有叉 車(chē)行駛的場(chǎng)合我們就不宜選用磁帶導(dǎo)引，可選用將導(dǎo)引線埋入地下的電磁導(dǎo)引；在由于工藝需要，路徑需要經(jīng)常變化的場(chǎng)合，可考慮激光導(dǎo)引 [7]；在路徑復(fù)雜的場(chǎng)合應(yīng)盡量考慮 “ 無(wú)線 ” 方式（激光，陀螺），因?yàn)?“ 有線 ” 模式，只能是真正地理意義上的 “ 路 ” ，而 “ 無(wú)線 ”模式的路徑是虛擬的，可以重疊，交叉，可以亂得像一團(tuán)麻，而即使這樣， AGV的運(yùn)行在系統(tǒng)的調(diào)度下也是有序的，路徑的選擇也是最優(yōu)的，所謂 “ 條條大路通羅馬 ” 。 AGV 就能像汽車(chē)一樣，在受到前方車(chē)輛阻擋時(shí)還能夠找到其它的路徑，從而提升 AGV 系統(tǒng)的作業(yè)效率 [8]。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 智能小車(chē)采用前輪驅(qū)動(dòng)，前輪左右兩邊各用一個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，調(diào)制后面兩個(gè)輪子的轉(zhuǎn)速起停從而達(dá)到控制轉(zhuǎn)向的目的，后輪是萬(wàn)象輪，起支撐的作用。將循跡光電對(duì)管分別裝在車(chē)體下的左右。當(dāng)車(chē)身下左邊的傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)，主控芯片控制左輪電機(jī)停止，車(chē)向左修正，當(dāng)車(chē)身下右邊傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)，主控芯片控制右輪電機(jī)停止，車(chē)向右修正。 避障的原理和循線一樣，在車(chē)身右邊裝一個(gè)光電對(duì)管，當(dāng)其檢測(cè)到障礙物時(shí)，主控芯片給出信號(hào)報(bào)警并控制車(chē)子倒退 ,轉(zhuǎn)向，從而避開(kāi)障礙物。本模塊主要是對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行分析，同時(shí)給出 PWM 波控制點(diǎn)擊速度，起停。以及再檢測(cè)到障礙主動(dòng)蔽障等作用。 圖 31 系統(tǒng)原理框圖 直流電機(jī)模塊 本設(shè)計(jì)是利用 ARM 來(lái)作為 MCU來(lái)控制直流電機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪組，來(lái)決定小車(chē)左右輪的轉(zhuǎn)與否和轉(zhuǎn)的快慢。通過(guò)設(shè)置 PWM 波的占空比來(lái)控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，占空比越大，轉(zhuǎn)速越快，越小轉(zhuǎn)速越低 [9]。 模塊運(yùn)用框圖如圖 32 所示 。 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 圖 32 系統(tǒng)模塊原理框圖 電源模塊 本設(shè)計(jì)用的光敏器件是個(gè)紅外對(duì)管。紅外對(duì)管是紅外線發(fā)射管與光敏接收管，或者紅外線接收管， 或者紅外線接收頭。紅外對(duì)管與半導(dǎo)體二極管在結(jié)構(gòu)上是類似的 ,其管芯是一個(gè)具有光敏特征的 PN 結(jié)，具有單向?qū)щ娦?，因此工作時(shí)需加上反向電壓。如圖 33 所示。 工作原理： 當(dāng)有紅外線光照時(shí)，攜帶能量的紅外線光子進(jìn)入 PN 結(jié)后，把能量傳給共價(jià)鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價(jià)鍵，從而產(chǎn)生電子 空穴對(duì)（簡(jiǎn)稱：光生載流子）。它們?cè)诜聪螂妷鹤饔孟聟⒓悠七\(yùn)動(dòng)，使反向電流明顯變大，光的強(qiáng)度越大，反向電流也越大。這種特性稱為 “光電導(dǎo) ”。 圖 33 AD 電壓測(cè)量模塊 MCU (ARM) 直流電機(jī) 檢測(cè)信號(hào) 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 尋跡蔽障紅外對(duì)管模塊 處 紅外對(duì)管的概述 圖 34 紅外線接收頭 紅外對(duì)管 特征 [10]： 紅外線接收管是將紅外線光信號(hào)變成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件，它的核心部件是一個(gè)特殊材料的 PN 結(jié)，和普通二極管相比，在結(jié)構(gòu)上采取了大的改變，紅外線接收管為了更多更大面積的接受入射光線， PN 結(jié)面積盡量做的比較大，電極面積盡量減小，而且 PN 結(jié)的結(jié)深很淺，一般小于 1 微米。紅外線接收二極管是在反向電壓作用之下工作的。沒(méi)有光 照時(shí)，反向電流很?。ㄒ话阈∮? 微安），稱為暗電流。 紅外對(duì)管 分類： 紅外線接收管有兩種，一種是光電二極管，另一種是光電三極管。光電二極管就是將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，光電三極管在將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的同時(shí)，也把電流放大了。因此，光電三極管也分為兩種，分別別是 NPN 型和 PNP 型。 紅外對(duì)管 作用 [11]： 紅外接收管的作用是進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，在光控、紅外線遙控、光探測(cè)、光纖通信、光電耦合等方面有廣泛的應(yīng)用。 紅外對(duì)管的應(yīng)用 AD 采樣實(shí)現(xiàn)避障功能 [12] 圖 35 蔽障功能電路 圖 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 針對(duì)一些紅外接收管容易收到可見(jiàn)光的影響，從而改變其阻值，容易造成系統(tǒng)的誤判，可以考慮采用上面的電路。 100100K歐姆，是紅外接收管在不同光線