【正文】 可以接一個對地電阻，通過電阻來輸出過流情況。內(nèi)部保護電路設(shè)置的過電流閾值為 10A，當(dāng)超過該值時會自動封鎖輸出，并周期性的自動恢復(fù)輸出。如果過電流持續(xù)時間較長，過熱保護將關(guān)閉整個輸出。過熱信號還可通過引腳 9 輸出，當(dāng)結(jié)溫達到 145 度時引腳 9 有輸出信號。（3）電機驅(qū)動電路雙直流電機的驅(qū)動電路如圖 310 所示。西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 22 頁U3TLP5214R90K+圖 310 H 橋驅(qū)動電路 紅外反射傳感器根據(jù)設(shè)計的控制系統(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，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠，因而超聲波。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 23 頁方面能達到工業(yè)實用的要求經(jīng)常用于距離的測量。但時價格較高。紅外線傳感器：因為紅外有發(fā)散性，能量消耗快，在介質(zhì)中傳播較短，一般的可測量范圍為 1080 厘米，只能用于近距離的障礙物檢測。但是其控制方便，并且價格低。智能小車的設(shè)計速度為低速，最高速度為 1m/s。因此其障礙物傳感器的測距有 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,不容易被干擾但價格較貴。理論上光電傳感器只要位于被測區(qū)域反射表面可受到光源照射同時又能被接收管接收到的范圍就能進行檢測,然而這是一種理想的結(jié)果。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。如果直接用發(fā)射和接收管進行測量將因為干擾產(chǎn)生錯誤信號,采用對反射光強進行測量的方法可以提高系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。紅外反射光強法的測量原理是將發(fā)射信號經(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,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（論文） 第 24 頁反射光強度的輸出信號電壓 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,X與 的響應(yīng)曲線是非線性的,如圖313 所示。設(shè)定輸出電壓達到某一閾outV值時作為目標(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為：E3FDS30C4。輸入電源：DC 636V電流： 300mANPN 常開測試距離：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（論文） 第 25 頁圖 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，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 方式控制兩個直流電機的轉(zhuǎn)動，從而達到控制小車運動的目的。但是由于小車運動環(huán)境的不同，小車自己機械的阻力和其它相關(guān)原因，PLC 控制電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動的角度只是理論上的，而實際常駐機構(gòu)常與之有較大的差別。為了達到精確的控制，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作用的元件，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長方形孔。由于光電碼盤與電動機同軸，西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 26 頁電動機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電動機同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，其原理示意圖如圖 1 所示；通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當(dāng)前電動機的轉(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。 圖 317 光電編碼器結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)檢測原理，編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號輸出形式，可分為增量式、絕對式以及混合式三種。 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)一個脈沖，用于基準(zhǔn)點定位。它的優(yōu)點是原理構(gòu)造簡單，機械平均壽命可在幾萬小時以上，抗干擾能力強，可靠性高，適合于長距離傳輸。其缺點是無法輸出軸轉(zhuǎn)動的絕對位置信息。 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)動的絕對位置信息，因此采用的是增量式編碼器。購買的是 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（論文） 第 27 頁圖 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，用來檢測障礙物。當(dāng)防撞傳感器檢測到障礙物時，PLC 立刻停止 PWM 輸出。小車停止運動，并且相應(yīng)的報警喇叭與指示燈有相應(yīng)的輸出。當(dāng)障礙物移走后，小車繼續(xù)行走。當(dāng)小車左轉(zhuǎn)時，左轉(zhuǎn)彎燈交替地閃與滅。當(dāng)小車右轉(zhuǎn)時，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（論文） 第 28 頁圖 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（論文） 第 29 頁第 4 章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 PLC 及編程軟件概述根據(jù)畢業(yè)設(shè)計的要求，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） ，是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在 1987 年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的 PLC 標(biāo)準(zhǔn)草案中對 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)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，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)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。（1） PLC 的特點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),使可靠性更進一步提高。 2)豐富的 I/O 接口模塊PLC 針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位； 強電或弱電等。有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(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，它還有多種人機對話的接口模塊。 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（論文） 第 30 頁 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 的各個部件，包括 CPU，電源，I/O 等均采用模塊化設(shè)計，由機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，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 5)安裝簡單，維修方便 PLC 不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與 PLC 相應(yīng)的 I/O 端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。 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,不受安裝場所限制； 最多可擴展 3 單元 128 點，擴展單元可直接連接到 控制單元，不需任何電纜； 實現(xiàn)綜合精度177。℃的高精度溫度控制； 最多可達 24ch 溫度控制； 掃描時間約 1ms 的高速運算； 輸入信號：24VDC，輸出信號：220VAC、24VDC。 FPWIN GR 編程軟件簡介FPWINGR 是松下電工株式會社為松下電工的 FP 系列可編程序控制器而設(shè)計的松下編程支持工具軟件。利用該編程軟件，可以在計算機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（論文） 第 31 頁讀易懂，在程序中可加人中英文注釋，它能夠監(jiān)控 FLC 運行時的動作狀態(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?？傊?，F(xiàn)PWINGR 軟件為用戶提供了程序錄入、編輯和監(jiān)控手段，是功能個分強大的 PLC 上位編程軟件。 FPWIN GR 編程語言PLC 不是采用微機的編程語言，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 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、常閉觸點和線圈的符號。它們并非是物理實體，而是“軟繼電器” ， 每個“軟繼電器 ”僅對應(yīng) PLC 存儲單元中的一位。該位狀為“1”時，對應(yīng)的繼電器線圈接通，其常開觸點閉合、常閉觸點斷開；該位狀態(tài)為“0”時，對應(yīng)的繼電器線圈不通，其常開、常閉觸點保持原態(tài)。（2）指令助記符語言指令助記符語言類似于計算機匯編語言，用一些簡潔易記的文字符號表達 PLC 的各種指令。其助記符語言與梯形圖語言相互對應(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算機控制編程環(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)進入串口控制狀態(tài)。程序的每一個循環(huán)都要對控制方式選擇開關(guān)進行判斷。 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動。比如：當(dāng)按前進控制鍵“↑” ，則小車馬上啟動前進；如果沒有其它的遙控操作和障礙物，小車將一直沿直線運動下去；當(dāng)小車處于一種運動狀態(tài)時，通過遙控器按下其它運動狀態(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（論文） 第 32 頁刻進入左轉(zhuǎn)彎的運動狀態(tài)。當(dāng)遙控器按下停止鍵“■”時，小車立刻停止所有的運動，進入待機狀態(tài)。如此一直可以進行很多種操作。各種運動狀態(tài)的控制的優(yōu)先級是相同的，小車執(zhí)行的是最近切換的運動狀態(tài)。 串口控制（1）串口通信控制功能實現(xiàn)過程1）計算機將三個控制量 V， R， S通過串口傳送給 PLC。2）PLC 將這三個量分別進行處理，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）可能會有多組數(shù)據(jù)，小車將按順序進