【正文】 可以接一個(gè)對(duì)地電阻，通過電阻來輸出過流情況。內(nèi)部保護(hù)電路設(shè)置的過電流閾值為 10A，當(dāng)超過該值時(shí)會(huì)自動(dòng)封鎖輸出，并周期性的自動(dòng)恢復(fù)輸出。如果過電流持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，過熱保護(hù)將關(guān)閉整個(gè)輸出。過熱信號(hào)還可通過引腳 9 輸出，當(dāng)結(jié)溫達(dá)到 145 度時(shí)引腳 9 有輸出信號(hào)。（3）電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路雙直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路如圖 310 所示。西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 22 頁(yè)U3TLP5214R90K+圖 310 H 橋驅(qū)動(dòng)電路 紅外反射傳感器根據(jù)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，智能小車要求有避障的功能，于是需要選擇并應(yīng)用一種傳感器。 防撞傳感器選擇能夠用于小車避障的傳感器有很多種類型，比如說：超聲波傳感器、紅外線傳感器等。超聲波傳感器：指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 23 頁(yè)方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求經(jīng)常用于距離的測(cè)量。但時(shí)價(jià)格較高。紅外線傳感器：因?yàn)榧t外有發(fā)散性，能量消耗快，在介質(zhì)中傳播較短，一般的可測(cè)量范圍為 1080 厘米，只能用于近距離的障礙物檢測(cè)。但是其控制方便，并且價(jià)格低。智能小車的設(shè)計(jì)速度為低速，最高速度為 1m/s。因此其障礙物傳感器的測(cè)距有 30cm就能滿足要求。因此選用紅外線傳感器。 反射式紅外傳感器的原理圖 311 紅外反射光電傳感器原理紅外反射式光電傳感器特性與工作原理：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,傳感器只接收很窄的頻率范圍信號(hào),不容易被干擾但價(jià)格較貴。理論上光電傳感器只要位于被測(cè)區(qū)域反射表面可受到光源照射同時(shí)又能被接收管接收到的范圍就能進(jìn)行檢測(cè),然而這是一種理想的結(jié)果。因?yàn)楣獾姆瓷涫艿蕉喾N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。如果直接用發(fā)射和接收管進(jìn)行測(cè)量將因?yàn)楦蓴_產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào),采用對(duì)反射光強(qiáng)進(jìn)行測(cè)量的方法可以提高系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。紅外反射光強(qiáng)法的測(cè)量原理是將發(fā)射信號(hào)經(jīng)調(diào)制后送經(jīng)紅外發(fā)光管發(fā)射,光敏管接收調(diào)制的紅外信號(hào),原理如圖 312 所示。圖 312 紅外發(fā)射接受原理西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 24 頁(yè)反射光強(qiáng)度的輸出信號(hào)電壓 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outV同種物質(zhì)時(shí),X與 的響應(yīng)曲線是非線性的,如圖313 所示。設(shè)定輸出電壓達(dá)到某一閾outV值時(shí)作為目標(biāo),不同的目標(biāo)距離閾值電壓是不同的。圖 313 光強(qiáng)度與電壓相應(yīng)曲線 反射式紅外傳感器的參數(shù)及應(yīng)用（1） 光電傳感器的選擇和參數(shù)所選的紅外線光電傳感器的型號(hào)為：E3FDS30C4。輸入電源：DC 636V電流： 300mANPN 常開測(cè)試距離：30cm 可調(diào)。 圖 314 紅外光電傳感器（2）光電傳感器的使用傳感器輸入到 PLCI/O 口為 XF。與 PLC 的連接如圖 315 所示。西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 25 頁(yè)圖 315 紅外光電傳感器與 PLC 的接線傳感器的工作電路如圖 316 所示。當(dāng)有障礙物時(shí)，XF 輸入口接通，觸發(fā) PLC 內(nèi)部的程序。圖 316 紅外光電傳感器的電路圖 光電編碼器控制器 PLC 通過 PWM 方式控制兩個(gè)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到控制小車運(yùn)動(dòng)的目的。但是由于小車運(yùn)動(dòng)環(huán)境的不同，小車自己機(jī)械的阻力和其它相關(guān)原因，PLC 控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)的角度只是理論上的，而實(shí)際常駐機(jī)構(gòu)常與之有較大的差別。為了達(dá)到精確的控制，控制系統(tǒng)選擇了半閉環(huán)控制。而作為小車速度與行程反饋?zhàn)饔玫脑?，光電編碼器是最為常見的一種。 光電編碼器原理光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應(yīng)用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤和光電檢測(cè)裝置組成。在智能小車的速度控制反饋過中，采用的是旋轉(zhuǎn)編碼器（增量型） 。光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應(yīng)用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤和光電檢測(cè)裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個(gè)長(zhǎng)方形孔。由于光電碼盤與電動(dòng)機(jī)同軸，西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 26 頁(yè)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝置檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)，其原理示意圖如圖 1 所示；通過計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差 90186。的兩路脈沖信號(hào)。 圖 317 光電編碼器結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)檢測(cè)原理，編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號(hào)輸出形式，可分為增量式、絕對(duì)式以及混合式三種。 增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖 A、B 和 Z 相；A、B 兩組脈沖相位差 90186。，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而 Z 相為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。它的優(yōu)點(diǎn)是原理構(gòu)造簡(jiǎn)單，機(jī)械平均壽命可在幾萬小時(shí)以上，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，適合于長(zhǎng)距離傳輸。其缺點(diǎn)是無法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對(duì)位置信息。 旋轉(zhuǎn)編碼器由于小車在行走的過程中，沒有必要得出輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對(duì)位置信息，因此采用的是增量式編碼器。購(gòu)買的是 Autonics 公司的 E40S8512N24 型的編碼器，外形如圖 318 所示，接線如圖 319 所示。編碼器的輸出為 NPN 集電極開路輸出，具體電路如圖 320 所示。輸出有 A、B，Z 三相，其輸出的波形如圖 321 所示。圖 318 E40S8512N24 型的編碼器西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 27 頁(yè)圖 319 編碼器的接線示意圖圖 620 編碼器的 NPN 集電極開路輸出圖 321 編碼器的輸出波形 系統(tǒng)硬件配置在串口控制和無線遙控過程中，采用光電編碼器作為速度、行程的反饋；采用紅外反射傳感器，用來檢測(cè)障礙物。當(dāng)防撞傳感器檢測(cè)到障礙物時(shí)，PLC 立刻停止 PWM 輸出。小車停止運(yùn)動(dòng)，并且相應(yīng)的報(bào)警喇叭與指示燈有相應(yīng)的輸出。當(dāng)障礙物移走后，小車?yán)^續(xù)行走。當(dāng)小車左轉(zhuǎn)時(shí)，左轉(zhuǎn)彎燈交替地閃與滅。當(dāng)小車右轉(zhuǎn)時(shí)，右轉(zhuǎn)彎燈交替地閃與滅。小車的總體的硬件配置如圖 322 所示。西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 28 頁(yè)圖 322 智能小車硬件配置框圖西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 29 頁(yè)第 4 章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PLC 及編程軟件概述根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，智能小車的控制器采用松下 FP0 系列 PLC。 PLC 概述PLC 即可編程控制器（Programmable logic Controller） ，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在 1987 年國(guó)際電工委員會(huì)（International Electrical Committee）頒布的 PLC 標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì) PLC 做了如下定義： PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。（1） PLC 的特點(diǎn)1）高可靠性 I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與 PLC 內(nèi)部電路之間電氣上隔離。 RC 濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為 10~20ms.，以防止輻射干擾。，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU 立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。 PLC 還可以采用由雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三 CPU 構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高。 2)豐富的 I/O 接口模塊PLC 針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位； 強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備，如：按鈕；行程開關(guān)；接近開關(guān)；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接。 另外為了提高操作性能，它還有多種人機(jī)對(duì)話的接口模塊。 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。 3)采用模塊化結(jié)構(gòu)西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 30 頁(yè) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數(shù) PLC 均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC 的各個(gè)部件，包括 CPU，電源，I/O 等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 4)編程簡(jiǎn)單易學(xué) PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來說，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 5)安裝簡(jiǎn)單，維修方便 PLC 不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與 PLC 相應(yīng)的 I/O 端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。 由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。（2） PLC 的功能 (順序)控制 控制 ：PLC 具有數(shù)據(jù)處理能力。 ：PLC 還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊，CRT 模塊。（3） FP0 C32 的技術(shù)參數(shù)根據(jù)控制任務(wù)所需要的 I/O 資源，最終選擇 FP0 C32 PLC。其相關(guān)的技術(shù)參數(shù)如下。小尺寸，25*90*60mm,不受安裝場(chǎng)所限制； 最多可擴(kuò)展 3 單元 128 點(diǎn)，擴(kuò)展單元可直接連接到 控制單元，不需任何電纜； 實(shí)現(xiàn)綜合精度177。℃的高精度溫度控制； 最多可達(dá) 24ch 溫度控制； 掃描時(shí)間約 1ms 的高速運(yùn)算； 輸入信號(hào)：24VDC，輸出信號(hào)：220VAC、24VDC。 FPWIN GR 編程軟件簡(jiǎn)介FPWINGR 是松下電工株式會(huì)社為松下電工的 FP 系列可編程序控制器而設(shè)計(jì)的松下編程支持工具軟件。利用該編程軟件，可以在計(jì)算機(jī)上方便地輸入程序指令。為使程序易西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 31 頁(yè)讀易懂，在程序中可加人中英文注釋，它能夠監(jiān)控 FLC 運(yùn)行時(shí)的動(dòng)作狀態(tài)和數(shù)據(jù)變化情況，而且還具有程序和監(jiān)控結(jié)果的打印功能。總之，F(xiàn)PWINGR 軟件為用戶提供了程序錄入、編輯和監(jiān)控手段，是功能個(gè)分強(qiáng)大的 PLC 上位編程軟件。 FPWIN GR 編程語言PLC 不是采用微機(jī)的編程語言，而是采用梯形圖語言、指令助記符語言、控制系統(tǒng)流程圖語言、布爾代數(shù)語言等。其中，梯形圖語言和指令助記符語言是世界第一編程語言。（1）梯形圖語言梯形圖語言是在原繼電接觸器控制系統(tǒng)中的繼電器控制原理邏輯圖的基礎(chǔ)上演變而來的一種圖形語言，是目前世界上用得最多的 PLC 編程語言。梯形圖語言表示的是一個(gè) PLC 控制程序，其間的連線表示的是它們之間的邏輯關(guān)系，即所謂“軟接線” 。梯形圖語言沿用了繼電器常開、常閉觸點(diǎn)和線圈的符號(hào)。它們并非是物理實(shí)體，而是“軟繼電器” ， 每個(gè)“軟繼電器 ”僅對(duì)應(yīng) PLC 存儲(chǔ)單元中的一位。該位狀為“1”時(shí)，對(duì)應(yīng)的繼電器線圈接通，其常開觸點(diǎn)閉合、常閉觸點(diǎn)斷開；該位狀態(tài)為“0”時(shí)，對(duì)應(yīng)的繼電器線圈不通，其常開、常閉觸點(diǎn)保持原態(tài)。（2）指令助記符語言指令助記符語言類似于計(jì)算機(jī)匯編語言，用一些簡(jiǎn)潔易記的文字符號(hào)表達(dá) PLC 的各種指令。其助記符語言與梯形圖語言相互對(duì)應(yīng)，可互相轉(zhuǎn)換。指令助記符語言常用于手持編程器中，梯形圖語言則多用于計(jì)算機(jī)控制編程環(huán)境中。 控制系統(tǒng)流程控制系統(tǒng)的工作步驟如下：1）控制方式選擇；系統(tǒng)根據(jù)開關(guān)狀態(tài)選擇是無線遙控還是串口控制。2）如果開關(guān)選中無線遙控方式，則系統(tǒng)進(jìn)入遙控控制狀態(tài)。3）如是開關(guān)選中串口控制方式，則系統(tǒng)進(jìn)入串口控制狀態(tài)。程序的每一個(gè)循環(huán)都要對(duì)控制方式選擇開關(guān)進(jìn)行判斷。 無線遙控打開智能小車的電源后，并且選中無線控制狀態(tài)。通過遙控器可以直接控制智能小車的運(yùn)動(dòng)。比如：當(dāng)按前進(jìn)控制鍵“↑” ，則小車馬上啟動(dòng)前進(jìn)；如果沒有其它的遙控操作和障礙物，小車將一直沿直線運(yùn)動(dòng)下去；當(dāng)小車處于一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，通過遙控器按下其它運(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制鍵，則智能小車立西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 32 頁(yè)刻進(jìn)入左轉(zhuǎn)彎的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)遙控器按下停止鍵“■”時(shí)，小車立刻停止所有的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。如此一直可以進(jìn)行很多種操作。各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的控制的優(yōu)先級(jí)是相同的，小車執(zhí)行的是最近切換的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 串口控制（1）串口通信控制功能實(shí)現(xiàn)過程1）計(jì)算機(jī)將三個(gè)控制量 V， R， S通過串口傳送給 PLC。2）PLC 將這三個(gè)量分別進(jìn)行處理，得到便于控制的相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并保存在數(shù)據(jù)寄存器中。3）可能會(huì)有多組數(shù)據(jù)，小車將按順序進(jìn)