【正文】 到目的地 。 AGV小車一般配有 裝卸機構，可與其它物流設備自動 接口 ，實現貨物裝卸與搬運 的 全 自動化 過程。 循跡小車 的發(fā)展歷程回顧 隨著社會的不斷發(fā)展，科學技術水平的不斷提高，人們希望創(chuàng)造出一種來代替人來做一些非常危險， 或者要求精度很高等其他事情的工具，于是就誕生了機器人這門學科。 循跡小車 共 歷了三代 技術創(chuàng)新 變革 ： 第一代 循跡小車 是可編程的示教再現型， 不裝載 任何傳感器， 只是 采用簡單的開關控制 ， 通過編程來設置 循跡小車 的路徑與運動參數，在工作過程中， 不能根據環(huán)境的變化而 改變自身 的 運動軌跡 。 沈陽理工大學 2 第三代 循跡小車 是智能的， 目前在研究和發(fā)展階段，以多種外部傳感器構成感官系統(tǒng)，通過采集外部的 環(huán)境信息，精確地描述 外部環(huán)境 的變化 。為了讓循跡小車 能獨立工作，一方面應具有較高的智慧和更廣泛的應用，研究各種新機傳感器，另一方面，也掌握多個多類傳感器信息融合的技術，這樣 循跡小車 可以更準確，更全面的 獲得 所處環(huán)境的信息 [1]。一般根據行駛的導航方式將 智能循跡 小車 分為以下幾種類型： (1)電磁感應式 電磁感應式引導一般在地面上，沿預定路徑埋電線，當高頻電流通過導線，電線周圍產生電磁場流動， AGV小車上安裝兩個對稱的電磁感應傳感器，他們收到的電磁信號差異可以反映的 AGV偏離程度路徑的程度。在目前商業(yè)用途的 AGV中，特別是大型和中型小車，絕大多數都采用電磁感應導航。目前，這種 AGV類型的應用比較廣泛。 (3)視覺式 視覺引導式 AGV是的迅速發(fā)展和比較成熟的 AGV，這種 AGV配備 CCD 攝像機，傳感器和車載電腦，在車載計算機中設置有 AGV欲行駛路徑周圍環(huán)境圖像數庫。這種 AGV小車并不需要設置任何的人工物沈陽理工大學 3 理路徑，所以在理論上具有靈活性，在計算機圖像采集，存儲和處理技術飛速發(fā)展的今天，這種類型的 AGV實用性越來越強。 智能循跡 小車的應用 智能循跡小車發(fā)展歷史及主要應用場所 如下 ： (1)倉儲業(yè) 1954 年，來自美國南卡羅來納州的 Mercury Motor Freight 公司成為第一批把 AGV小車的應用到倉庫的使用者，來實現出入庫貨物的自動處理。中國的海爾集團在2020 年把 9 臺 AGV小車投產到了自己的倉庫區(qū)，形成一個靈活的 AGV自動數據庫處理系統(tǒng)，輕松地完成了每天至少 33500 的儲存和裝卸貨物的任務。由多臺 AGV小車組成的物流運輸處理系統(tǒng)，較人工搬運系統(tǒng)來說更靈活，運輸路線可以根據生產過程及時調整，使一條生產線，生產十幾個產品，大大提高了生產的靈活性 ， 企業(yè)的競爭力。目前，在世界主要的汽車生產廠家，如通用、 豐田、克萊斯勒、大眾 AGV小車已被廣泛應用。 (3)郵局、圖書館、港口碼頭和機場 在郵局，圖書館，碼頭和機場候機樓等人口密集的公眾場所，存在著大量的物品的運送工作，充滿不定性和動態(tài)性強的特點，搬運過程往往也很單一。 1983年瑞典的 大斯得哥爾摩郵局 ， 1988 年日本東京的多摩郵局 ， 1990 年中國上海的 郵政相繼 開始使用 AGV 小車來完成郵品的搬運工作。 (4)煙草、醫(yī)藥、化工 、食品 沈陽理工大學 4 對于處理一些需要在清潔、安全、無排放污染等其他特殊環(huán)境要求的產品生產如煙草、制藥、食品、化工等產品時應考慮 AGV小車的應用。 (5)危險場所和特種行業(yè) 在軍事方面，以 AGV小車為基礎有著自動駕駛和檢測功能的設備，可用于戰(zhàn)場偵察和掃雷，英國軍方正在開發(fā) MINDER 偵察系統(tǒng)，這是一種具有地雷探測 、 銷毀和路線驗證能力自動型偵察車。在核電廠的核儲存地點使用 AGV小車，以避免輻射的危險。 智能循跡 小車研究中的關鍵技術 現在全世界越來越多的國家都在做著 研究 智 能化 、多樣化的 自動汽車導航的工作。 人類可以 利用自己 的 聽覺、 視覺 、 味覺 、觸覺等 功能 獲取事物的信息 ，人類的大腦再根據已經掌握的知識對這些信息進行綜合分析 ，從而全面 了解認知事物 。多傳感器信息融合的基本原理 就 是模仿人類大腦 的這個過程， 得到一個對 復雜對象 的 一致性解釋或結論 。 多傳感器信息融合具有許多性能上的優(yōu)點： (1)增加了系統(tǒng)的生存能力； (2)減少了信息的模糊性； (3)擴展了 采集 數據 覆蓋范圍； (4)增加了可信度； (5)改善了探測性能；(6)提高了空間的分辨力； (7)改善了系統(tǒng)的可靠性 (8)信息的低成本性 [5]。第 2 章 為 總體規(guī) 劃智能循跡小車系統(tǒng)的設計 ，包含主系統(tǒng)流程圖。第 4 章為系統(tǒng)的軟件設計，主要介紹的是軟件實現過程的框圖。 沈陽理工大學 5 2 智能 循跡 小車 總體設計方案 整體 設計方案 本系統(tǒng)采用簡單明了的設計方案。 系統(tǒng)設計步驟 (1)根據設計要求，確定控制方案。 (3)畫出程序流程圖， 使用 C 語言 進行編程， 運用 WAVE 6000 進行 模擬調試。 (5)進行調試以實現控制功能。 圖 循跡 小車 控制系統(tǒng)結構框圖 (1)單片機電路： 采用 STC89C52 芯片 作為控制單元 。使用 ISP 可不用編程器直接在 PCB 板上燒錄程序，修改、調速都很方便。信號采集部分 就 相當于 智能 循跡 小車的眼睛， 由它 完成 黑線 識別 并 生產高 、低 平信號 傳送到控制單元， 然后單片機生成 指令來控制 驅動模塊來控制兩個直流電機的工作狀態(tài)，來完成自動 循跡 。 (3)L298N 驅動模塊 ： 采用 L298N 作為電機驅動芯片。該電機驅動芯片驅動能力強、操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。另外， L298N 的 驅動功率較大，能 夠根據輸入電壓的大小輸出不同的電壓和功率，解決了負載能力不夠 的 問題。直流電動機的控制方法比 異步電 動 機簡單 ，只需給電機兩條控制線 加上 適當的電壓 就能使 電機 旋轉， 在正常工作電壓范圍，電壓越高直流 電機轉速越高。 PWM 調速就是使加在直流電機兩端的電壓 波形 為 矩形波 ， 改變 矩形波 的占空比 就能 實現 電壓的改變，從而實現 電機轉速 的改變 。 通過 7805 穩(wěn)壓芯片穩(wěn) 壓，通過 和 470μF電容進行濾波。 引導線是小車跟蹤的目標， 檢測系統(tǒng)檢測車的相對路徑 ， 然后 將此信息輸入到單片機，單片機 處理 此信息后 ， 將控制命令輸出到 驅動模塊 ，以控制小車的 直流電機 ，保證小車快速平穩(wěn)地沿預先設定好的路線行駛 。 STC89C52 單片機作為主控制器。 L298N 是利用 TTL電平進行控制，通過改變芯片控制端的輸入電平，即可以對電機進行正轉、反轉和停止操作，亦能滿足直流減速電機的要求，用該芯片作為電機驅動具有的操作方便、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。 這樣單片機和循跡傳感器組成了一個帶有反饋信號的系統(tǒng)。 單片機的功能特性描述 單片機又稱單片微控制器 ,它不是完成某一個邏輯功能的芯片 ,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片 上。它的體積小、質量輕、價格便宜。 單片機是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器 CPU隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時器 /計時器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、 A/D 轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。 STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，是帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲器。 STC89C52 提供給為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)高靈活、超有效的解決方案。此外，空閑模式下， CPU 停止工作，允許RAM、定時器 /計數器、串口、中斷繼續(xù)工作。 表 STC89C52 單片機和 AT89S52 單片機的對比 STC89C52單片機 AT89S52 單片機 序存儲空間 8K 字節(jié) 8K 字節(jié) 數據存儲空間 512 字節(jié) 256 字節(jié) EEPROM 存儲空間 內帶 4K 字節(jié) 無 是否可以直接使用串口下載 可以 不可以 沈陽理工大學 9 晶振電路 在 STC89S52 單片機 上 內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器 ， 引腳XTAL1 和 XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出 端。在 1 和 XTAL2 引腳上外接定時元件，內部振蕩器就產生自激振蕩。 從 XTAL1 接入，如圖 所示。 本設計選用的是 12MHZ無源晶振、 2 個 22pF 電容，使得一個機器周期是 1μs。 圖 單片機晶振電路圖 復位電路 復位電路的作用 是 在上電或復位過程中，控制 CPU的復位狀態(tài)：這段時間內讓 CPU保持復位狀態(tài)，而不是一上電或剛復位完畢就工作，防止 CPU 發(fā)出錯誤的指令、執(zhí)行錯誤操作，也可以提高電磁兼容性能。 施密特觸發(fā)電路是一種波形整形電路，當任何波形的信號進入電路時，輸出在正、負飽和之間跳動，產生方波或脈波輸出。如遙控接收線路，傳感器輸入電路都會用到它整形。 本設計采用的電容值為 10μF 的電容和電阻 采用 和 200Ω 的電阻 。當單片機已在運行之中時，按下復位鍵也能使 RST 持續(xù)一段時間的高電平，從而實現上電且開關復位的操作 [6] [7]。光電傳感器實現 循跡 的基本電路如 所示。 Signal 端為檢測信號輸出，當遇到黑線，沈陽理工大學 11 黑線吸收大量的紅外線，反射的紅外線很弱，光敏三極管不導通， Signal 輸出高電平 ；當遇到 白線 ，與黑線相反，反射的紅外線很強，使光敏三極管導通， Signal 輸出低電平。當紅外光遇到白色路線，地板發(fā)生漫反射，安裝在小型車的反射光接收器接收；如果是遇到黑色路線，紅外光將被黑線吸收，安裝在小車上的接收管沒有收到紅外光。紅外探測器距離通常是不應超過 15 厘米的。 調整左右傳感器之間的距離，兩探頭距離約等于 黑線 寬度最合適， 選擇 寬度 為 3 – 5 厘米 的黑線 。另外， 循跡 傳感器的 放置 也 是 有講究的，有兩種方法，一種是兩個都是放置在 黑線 內側緊貼 黑線 邊緣，第二種是都放置在 黑線 的外側，同樣緊貼 黑線 邊緣。 單片機燒錄程序后 ， 就可以執(zhí)行循跡指令了 。兩傳感器輸出信號為 低 電平 時， 小車前進。 這樣， 小車 一定 不 會 偏離 黑線 。 傳感器分布 傳感器通過信號采集，向單片機提供信息。傳感器的布局一般有以下三種：一字型布局， M 型布局和活動型布局。一字型布局分為等距排布型和非等距排布型?？紤]到弧度信息采集的連貫性，非等距排布采用等角原則，即在垂直平分線上方處某點，以等角的引射線與直線的交點就是傳感器的分布點，此種方法檢測連貫簡單，更容易控制小車。由于傳感器不在同一直線上，故小車轉彎時，左右兩邊后部的傳感器有較大的采樣空間，兩邊前端的傳感器則對采集的信號有更好的前瞻性， M 型中間底部的傳感器擇更好的確定小沈陽理工大學 12 車的位置。但相對一字型布局， M 型布局容易產生不穩(wěn)定信號，從而產生信號震蕩，影響小車行駛的穩(wěn)定性。這樣對不同路況有更強的適應性。 最終決定采用 M型布局 方法來對 4 個傳感器進行布局，這種 布局 方法 的前瞻性最好 。 直流電機由 定子和轉子 兩大部分組成。運行時轉動的部分稱為 轉子 ，其主要作用是產生 電磁轉矩 和感應電動勢，是直流電機進行能量轉換的樞紐，通常又稱為 電樞 ，由轉軸、電樞鐵心、 電樞繞組 、 換向器 等組成。可以驅動兩個直流電機 或 驅動兩個二相電機，也可 單 獨 驅動一個四相電機，輸出電壓最高可達 50V。 L298N 可接受標準 的 TTL邏輯電平信號 VSS， VSS 通常 接 ~7V的 電壓。 L298N 芯片 輸出電流可達 A，可驅動電感 負載。使用 標準邏輯電平信號控制， 直接連接 單片機管腳 ， 具有兩個使能控制端， 使能端 在不受輸入信號影響 的情況下 不允許器件工作。 沈陽理工大學 13 L298N 引腳結構 圖 L298N 驅動芯片 表 L298N 引腳編號與功能 引腳編號 名稱 功能 1 電流傳感器 A 在該引腳和地之間接小阻值電阻可用來檢測電流 2 輸出引腳 1 內置驅動器 A的輸出端 1，接至電機 A 3 輸出引腳 2 內置驅動器 A的輸出端 2，接至電機 A 4 電機電源端 電機供電輸入端 ,電壓可達 46V 5 輸入引腳 1 內置驅動器 A的邏輯控制輸入端 1 6 使能端 A 內置驅動器 A的使能端 7 輸入引腳 2 內置驅動器 A的邏輯控制輸入端 2 8 邏輯地 邏輯地 9 邏輯電源端 邏輯控制電路的電源輸入端為 5V 10 輸入引腳 3 內置驅動器 B 的邏輯控制輸入端 1 11 使能端 B 內置驅動器 B 的使能端 12 輸入引腳 4 內置驅動器 B 的邏輯控制輸入端 2 13 輸出引腳 3 內置驅動器 B 的輸出端 1，接至電機 B 14 輸出引腳 4 內置驅動器 B 的輸出端 2，接至電機 B 15 電流傳感器 B 在該引腳和地之間接小阻值電阻可用來檢測電流 電機驅動原理 電路的形狀很像字母 H。 圖 L298N 內部 H 橋驅動電路