【正文】 磁，光學(xué)或其他自動導(dǎo)引裝置，可以沿設(shè)定的引導(dǎo)路徑行駛，安全的運輸車。AGV 的另一個特點是高度自動化和高智能化，可以根據(jù)倉儲貨位要求、生產(chǎn)工藝流程等改變而靈活改變行駛路徑，而且改變運行路徑的費用與傳統(tǒng)的輸送帶和傳送線相比非常低廉。此外，AGV 小車依靠蓄電池提供動力，還有清潔生產(chǎn)、運行過程中無噪音、無污染的特點，可用在工作環(huán)境清潔的地方。世界上誕生第一臺機器人誕生于 1959 年，至今已有 50 多年的歷史，機器人技術(shù)也取得了飛速的發(fā)展和進(jìn)步，現(xiàn)已發(fā)展成一門包含：機械、電子、計算機、自動控制、信號處理，傳感器等多學(xué)科為一體的性尖端技術(shù)。支持離線編程的第二代循跡小車具有一定感知和適應(yīng)環(huán)境的能力，這類循跡小車裝有簡單的傳感器，可以感覺到自身的的運動位置，速度等其他物理量，電路是一個尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與制作2閉環(huán)反饋的控制系統(tǒng)，能適應(yīng)一定的外部環(huán)境變化。智能循跡小車，能獨立完成任務(wù)，有其自身的知識基礎(chǔ)，多信息處理系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化的工作環(huán)境中，根據(jù)環(huán)境變化作出決策，有一定的適應(yīng)能力，自我學(xué)習(xí)能力和自我組織的能力。 智能循跡分類AGV 從發(fā)明至今已經(jīng)有 50 多年的歷史，隨著應(yīng)用領(lǐng)域范圍的不斷擴大，其種類和形式也變得更加多樣化。 AGV 自動化控制系統(tǒng)，基于這種偏差值，以控制車輛的轉(zhuǎn)向，連續(xù)的動態(tài)的閉環(huán)控制設(shè)置能夠保證 AGV 對設(shè)定路徑的穩(wěn)定自動跟蹤。(2)激光式安裝有可旋轉(zhuǎn)的激光掃描器的 AGV，可安裝在墻壁或有高反射激光定位標(biāo)志的支柱上或者路徑上運行，AGV 依靠激光掃描器發(fā)射激光束，然后接收由四周定位標(biāo)志反射回的激光束，車載計算機，計算出當(dāng)前車輛的位置和運動方向，通過內(nèi)置的數(shù)字地圖和校準(zhǔn)位置相比，以實現(xiàn)自動處理?；谕瑯拥脑?，如果激光掃描儀被紅外線發(fā)射器，或超聲波發(fā)射取代，激光制導(dǎo)的 AGV 小車可以轉(zhuǎn)變?yōu)榧t外引導(dǎo)和超聲引導(dǎo)的 AGV。在尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與制作3AGV 的行駛過程中，相機得到的圖像與圖像數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較，以確定當(dāng)前位置和車輛周圍的圖像信息并對駕駛下一步作出決定。此外，還有鐵磁陀螺慣性引導(dǎo)式 AGV、光學(xué)引導(dǎo)式 AGV 等多種形式的 AGV[2]。至今世界上有超過 2100個廠家把大約 2 萬臺大型或小型的 AGV 小車應(yīng)用到自己的倉庫中。(2)制造業(yè)在制造業(yè)的的生產(chǎn)線中 AGV 小車大顯身手，快速，精確，靈活的完成材料的運送任務(wù)。在 1974 年瑞典的沃爾沃卡爾馬的汽車組裝廠，提高了運輸系統(tǒng)的靈活性，使用以 AGV 小車為載運工具的裝配線，采用該裝配線后，減少了 20%裝配時間、減少了 39%組裝錯誤，減少了 57%投資資金回收時間以及減少了 5%的員工費用。 (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。尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與制作4(4)煙草、醫(yī)藥、化工、食品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(chǎn)品生產(chǎn)如煙草、制藥、食品、化工等產(chǎn)品時應(yīng)考慮 AGV 小車的應(yīng)用。 智能循跡小車研究中的關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)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(dǎo)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(jù)已經(jīng)掌握的知識對這些信息進(jìn)行綜合分析，從而全面了解認(rèn)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(fù)雜對象的一致性解釋或結(jié)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(shù)據(jù)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(shè)計，包含主系統(tǒng)流程圖。第 4 章為系統(tǒng)的軟件設(shè)計，主要介紹的是軟件實現(xiàn)過程的框圖。尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與制作52 總體設(shè)計方案 整體設(shè)計方案主單片機電路直流電機循跡模塊無線遙控器電機驅(qū)動模塊圖 21 系統(tǒng)總體框圖 智能循跡小車主要包括了無線遙控器、線性 CCD 循跡模塊，電機驅(qū)動模塊，小車車模等。 無線遙控器的設(shè)計方案單片機電路無線發(fā)送模塊電源模塊搖桿模塊L C D 顯示模塊圖 22 無線遙控器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖無線遙控器主要有 STC12C5A60S2 單片機主控電路模塊，NRF24L01 無線發(fā)射模塊，手機鋰電池充、供電模塊，NOKIA5110 顯示模塊，TL431 基準(zhǔn)電壓模塊和搖桿模尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與制作6塊等。 循跡小車的設(shè)計方案單片機電路無線接收模塊超聲波避障模塊紅外測速模塊電源模塊直流電機電機驅(qū)動循跡傳感器L C D 顯示模塊防撞模塊圖 23 智能循跡小車控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖智能循跡小車主要包括了 STC12C5A60S2 單片機主控電路模塊，TSL1401 線性CCD 循跡模塊， NRF24L01 無線接收模塊，超聲波 HC_SR04 避障模塊，紅外 ST188測速模塊，NOKIA5110 顯示模塊和 PNMOS 對管構(gòu)成的 H 橋電機驅(qū)動模塊等。 系統(tǒng)設(shè)計步驟1. 根據(jù)設(shè)計要求，確定控制方案。3. 畫出程序流程圖，使用 C 語言進(jìn)行編程。5. 進(jìn)行調(diào)試以實現(xiàn)控制功能。2. 整個系統(tǒng)由 、3V、5V 三種直流電供電。3. 電機驅(qū)動模塊由 2 片 PMOS 管 IRF4905 和 2 片 NMOS 管 IRF3205 組成了一個H 橋，可以通過 PWM 來控制電機的啟停和正反轉(zhuǎn)。5. 無線模塊采用 NRF24L01 來傳輸數(shù)據(jù)，從而可以通過遙控器控制小車。7. 速度檢測模塊由紅外對管 ST188 檢測后輪胎轉(zhuǎn)速，然后數(shù)據(jù)處理為速度并實時顯示在現(xiàn)實。尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與制作83 系統(tǒng)的硬件設(shè)計圖 31 系統(tǒng)總體原理圖 單片機電路 圖 32 STC12C5A60S2 單片機最小系統(tǒng) 單片機的簡介STC12C5A60S2/AD/PWM 系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘 /機器周期(1T)的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代 8051 單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)、H_uzet尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與制作98051，但速度快 812 倍。 單片機的主要特點1. 增強型 8051 CPU，1T，單時鐘/機器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051；2. 通用 I/O 口（36/40/44 個） ，復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/ 弱上拉（普通 8051 傳統(tǒng) I/O口）可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，強推挽 /強上拉，僅為輸入/高阻，開漏每個 I/O 口驅(qū)動能力均可達(dá)到 20mA，但整個芯片最大不要超過 120mA；3. 內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路（外部晶體 12M 以下時，復(fù)位腳可直接 1K電阻到地） ；4. 時鐘源：外部高精度晶體/時鐘，內(nèi)部 R/C 振蕩器(溫漂為177。10%以內(nèi))用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內(nèi)部 R/C 振蕩器還是外部晶體 /時鐘常溫下內(nèi)部 R/C 振蕩器頻率為： 單片機為：11MHz ～17MHz 單片機為：8MHz～12MHz5. 共 4 個 16 位定時器 兩個與傳統(tǒng) 8051 兼容的定時器/計數(shù)器，16 位定時器 T0 和 T1，沒有定時器 2，但有獨立波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器,再加上 2 路 PCA 模塊可再實現(xiàn) 2 個 16 位定時器；6. 3 個時鐘輸出口，可由 T0 的溢出在 ，可由 T1 的溢出 輸出時鐘，獨立波特率發(fā)生器可以在 口輸出時鐘；7. 外部中斷 I/O 口 7 路,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,并新增支持上升沿中斷的 PCA 模式，Power Down 模式可由外部中斷喚醒， INT0/,INT1/,T0/, T1/, RxD/,CCP0/(也可通過寄存器設(shè)置到 ), CCP1/(也可通過寄存器設(shè)置到 )；8. PWM（2 路）/ PCA（可編程計數(shù)器陣列 ,2 路） 也可用來當(dāng) 2 路 D/A 使用 也可用來再實現(xiàn) 2 個定時器 也可用來再實現(xiàn) 2 個外部中斷(上升沿中斷/ 下降沿中斷均可分別或同時支持) ；9. A/D 轉(zhuǎn)換, 10 位精度 ADC，共 8 路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá) 250K/S(每秒鐘 25 萬次)；尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與制作1010. 通用全雙工異步串行口(UART)，由于 STC12 系列是高速的 8051，可再用定時器或 PCA 軟件實現(xiàn)多串口；11. STC12C5A60S2 系列有雙串口，后綴有 S2 標(biāo)志的才有雙串口， RxD2/(可通過寄存器設(shè)置到 )，TxD2/(可通過寄存器設(shè)置到 )。所以，路徑檢測的好壞直接關(guān)系到最終性能的優(yōu)劣。缺點：道路參數(shù)檢測精度低、道路參數(shù)檢測種類少、傳感器的個數(shù)較多、檢測距離前瞻較短、耗電量較大。缺點：電路設(shè)計復(fù)雜、軟件計算量大、監(jiān)測信息更新速度快。 TSL1401 線性 CCD 簡介TSL1401 線性 CCD 傳感器陣列由一個 1281 的光電二極管陣列，相關(guān)的電荷放尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與制作11大器電路，和一個內(nèi)部的像素數(shù)據(jù)保持功能，它提供同時集成起始和停止時間所有像素。 像素之間的間隔是 8 微米。主要特點：1. 1281 個傳感器單元組織；2. 每英寸 400 點（DPI）傳感器間距；3. 高線性度和均勻度；4. 寬動態(tài)范圍：4000：1（72 分貝） ；5. 輸出參考地；6. 低圖像延遲：％典型值；7. 操作為 8MHz；8. 單 3V 到 5V 供應(yīng)；9. 軌到軌輸出擺幅（AO） ；10. 沒有外部負(fù)載電阻。積分電容存儲的電荷越多，說明前方對應(yīng)的那個感光二極管采集的光強越大。光強接近飽和，像素點灰度趨近于全白，則呈白電平。尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與制作12 環(huán)境光影響問題試驗表明 TSL1401 線性 CCD 的輸出信號和環(huán)境光線密切相關(guān)，在自然光條件比晚上燈光下 AO 引腳輸出電壓值高出很多，正對著光線比背著光線輸出電壓高，白熾燈光下比日光燈下輸出電壓高。在智能車應(yīng)用中，白天自然光環(huán)境和晚上燈光環(huán)境、正對光和背光、不同的比賽場地之間都不能采用相同的曝光參數(shù)。智能車為適應(yīng)各種運行環(huán)境，必須實時感知環(huán)境，并根據(jù)環(huán)境閉環(huán)調(diào)節(jié)曝光量，使得在不同環(huán)境中曝光量都處于一個合理的范圍，這樣才能保證在不同環(huán)境中 CCD 輸出電壓在合理范圍，以利于算法提取黑線信息。 無線模塊 、MOQJWB圖 34 NRF24L01 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊 無線 NRF24L01 簡介NRF24L01 是 NORDIC 公司最近生產(chǎn)的一款無線通信通信芯片，采用 FSK 調(diào)制，內(nèi)部集成 NORDIC 自己的 Enhanced Short Burst 協(xié)議。無線通信速度可以達(dá)到 2M(bps)。嵌入式工程師或是單片機愛好者只需要為單片機系統(tǒng)預(yù)留 5個 GPIO，1 個中斷輸入引腳，就可以很容易實現(xiàn)無線通信的功能，非常適合用來為MCU 系統(tǒng)構(gòu)建無線通信功能。NRF24L01 應(yīng)用的是 SPI 接口，可以與單片機的 SPI 接口直接相連。 無線 NRF24L01 的工作原理NRF24L01 模塊的原理圖如圖 35 所示：尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與制作14圖 35 NRF24L01 模塊的原理圖從單片機控制的角度來看，我們只需要它的的六個控制和數(shù)據(jù)信號，分別為 CSN、 SCK、 MISO、MOSI、IRQ、CE。 SCK；芯片控制的時鐘線（SPI 時鐘）。 MOSI：芯片控制數(shù)據(jù)線（Master output slave input）。無線通信過程中 MCU 主要是通過 IRQ 與 NRF24L01 進(jìn)行通信。在 CSN 為低的情況下， CE 協(xié)同 NRF24L01 的 CONFIG 寄存器共同決定 NRF24L01 的狀態(tài)（掉電、發(fā)射、接收、待機Ⅰ、待機Ⅱ） 。 若自動應(yīng)答開啟，那么 NRF24L01 在發(fā)射數(shù)據(jù)后立即進(jìn)入接收模式，接收應(yīng)答信號（自動應(yīng)答接收地址應(yīng)該與接收節(jié)點地址TX_ADDR 一致） 。若未收到應(yīng)答，則自動重新發(fā)射該數(shù)據(jù)(自動重發(fā)已開啟)，若重發(fā)次數(shù)(ARC)達(dá)到上限，MAX_RT 置高，TX FIFO 中數(shù)據(jù)保留以便在次重發(fā)。最后發(fā)射成功時,若 CE 為低則 NRF24L01 進(jìn)入空閑模式 1。 若發(fā)送堆棧中無數(shù)據(jù)且 CE 為高，則進(jìn)入空閑模式 2。當(dāng)接收方檢測到有效的地址和 CRC 時，就將數(shù)據(jù)包存儲在 RX FIFO中，同時中斷標(biāo)志位 RX_DR 置高，IRQ 變低，產(chǎn)生中斷，通知 MCU 去取數(shù)據(jù)。最后接收成功時，若 CE變低，則 NRF24L01 進(jìn)入空閑模式 1。 產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域：機器人避障、物體測距、液位檢測、公共安防、停車場檢測 。 超聲波的主要工作原理超聲波傳感器的工作原理是陶瓷的壓電效應(yīng)。超聲測距大致有以下方法：一種是取輸出脈沖的平均值電壓，該電壓(其幅值基本固定) 與距離成正比，測量電壓即可測得距離；另一種是測量輸出脈沖的寬度，即發(fā)射尋跡小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與制作16超聲波與接收超聲波的時間間隔 t，如圖 35 所示，故被測距離為 。由于超聲波的聲速與溫度有關(guān)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲