基于測控角度談循跡小車的設(shè)計(jì)比較方案

鐘雨陽　陳琴　謝穎　陳瑩霞

摘 要：循跡小車是最簡單的智能化產(chǎn)品，通過單片機(jī)的控制，能夠讓其沿著固定的軌道自動(dòng)行駛，通過對(duì)其的擴(kuò)展，可以充分的應(yīng)用在工廠自動(dòng)化、軍事領(lǐng)域、倉庫管理、自動(dòng)停車系統(tǒng)、智能玩具或民用服務(wù)等諸多領(lǐng)域，例如在自動(dòng)倉庫、碼頭、搬運(yùn)、涂裝等物流作業(yè)部門工作的物流小車就是在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出來的。

關(guān)鍵詞：循跡小車;智能;設(shè)計(jì)

一、背景介紹

智能循跡小車又被稱為Automated Guided Vehicle，簡稱AGV，是二十世紀(jì)五十年代研發(fā)出來的新型智能搬運(yùn)機(jī)器人。智能跟蹤車是一種安全的交通工具，它配備有電磁、光學(xué)或其他自動(dòng)引導(dǎo)裝置，可沿設(shè)定的引導(dǎo)路徑行駛。在工業(yè)應(yīng)用中，充電電池是主要的動(dòng)力源，它可以由計(jì)算機(jī)程序控制來選擇運(yùn)動(dòng)軌跡和其它動(dòng)作，或者將電磁軌跡粘在地板上以確定無人駕駛移動(dòng)車輛的運(yùn)動(dòng)軌跡和動(dòng)作通過電磁軌道發(fā)出的信號(hào)，貨物或材料可自動(dòng)從起點(diǎn)運(yùn)至目的地，無需操作員操作。

二、方案設(shè)計(jì)比較

本次設(shè)計(jì)主要分為四個(gè)模塊，分別是主控芯片模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、避障傳感器模塊、循跡傳感器模塊，此外還需要確定充電方式。整體框圖如圖所示。

圖1 整體框圖

（一）方案比較和選擇

（1）主控芯片的選擇

方案一：STC89C52 單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制器。STC89C52 是一-種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案，stc系列的單片機(jī)可以在線編程、調(diào)試，方便地實(shí)現(xiàn)程序的下載與整機(jī)的調(diào)試，并且價(jià)格便宜。

方案二：采用FPGA作為系統(tǒng)的主控制器。FPGA 可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，規(guī)模大，集成度高，體積小，穩(wěn)定性好，I0口資源豐富，易于進(jìn)行功能擴(kuò)展，處理速度快，常用于大規(guī)模實(shí)時(shí)性要求較高的系統(tǒng)，但價(jià)格高，編程實(shí)現(xiàn)難度大。

綜上所述，本系統(tǒng)邏輯功能簡單，僅僅需要接收傳感器的信號(hào)和控制電機(jī)，對(duì)主控芯片的數(shù)據(jù)處理能力要求不高，從性價(jià)比方面考慮選擇方案一。

方案一：采用直流電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)具有轉(zhuǎn)矩大、響應(yīng)快、體積小、重量輕、調(diào)速特性好、調(diào)速平穩(wěn)方便、調(diào)節(jié)范圍廣：過載能力強(qiáng)，能承受頻繁沖擊負(fù)荷，直流電動(dòng)機(jī)能實(shí)現(xiàn)頻繁無級(jí)快速啟動(dòng)，制動(dòng)和反轉(zhuǎn)，滿足各種特殊操作要求，價(jià)格低廉。

方案二：采用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的精密執(zhí)行原件。控制方便，體積小，靈活性和可靠性高，具有瞬時(shí)啟動(dòng)和急速停止的優(yōu)越性，比較適合本系統(tǒng)控制精度高的特點(diǎn)。但步進(jìn)電機(jī)抖動(dòng)較大，輸出轉(zhuǎn)矩較小，隨轉(zhuǎn)速的增加而減小，隨轉(zhuǎn)速的增加而急劇下降。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低。它不適用于有一定速度要求的系統(tǒng)，如汽車，而且價(jià)格昂貴，所以本方案不適用。

綜上所述，由于直流電機(jī)價(jià)格便宜、控制簡單，因此本設(shè)計(jì)用方案一。

（2）傳感器的選擇

方案一：用光敏電阻組成光敏探測器。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。當(dāng)光線照射到白線上面時(shí)，光線發(fā)射強(qiáng)烈，光線照射到黑線上面時(shí)，光線發(fā)射較弱。因此光敏電阻在白線和黑線上方時(shí)，阻值會(huì)發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經(jīng)過比較器就可以輸出高低電平。但是這種方案受光照影響很大，不能夠穩(wěn)定的工作。

方案二：使用避障傳感器模塊。傳感器模塊對(duì)環(huán)境光適應(yīng)能力強(qiáng)，具有一對(duì)紅外發(fā)射和接收管。發(fā)射管發(fā)射一定頻率的紅外線。當(dāng)探測方向遇到障礙物（反射面）時(shí)，紅外光被反射回來并被接收管接收。比較器電路處理后，綠色指示燈亮，信號(hào)輸出接口輸出數(shù)字信號(hào)（低電平信號(hào)）。檢測距離可通過電位計(jì)旋鈕調(diào)節(jié)。有效距離范圍2～30cm，工作電壓3.3v～5v。傳感器的檢測范圍可通過電位器調(diào)節(jié)，干擾小，裝配方便，使用方便。

綜上所述，傳感器選用方案二，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，使用方便，精確度高。

圖2 避障傳感器模塊實(shí)物圖

三、結(jié)語

當(dāng)今世界，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)與管理也朝著自動(dòng)化、信息化、智能化方向發(fā)展。在自動(dòng)化生產(chǎn)線、智能倉庫管理和物流配送等領(lǐng)域，當(dāng)生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境非常惡劣或許多人工不能完成一般的運(yùn)輸或裝卸時(shí)，機(jī)器人能夠適應(yīng)這樣惡劣的環(huán)境。此時(shí)，它需要一臺(tái)智能跟蹤車等機(jī)器來完成這樣的任務(wù)，基于場景和生活。為了滿足生活的實(shí)際需要，研究智能履帶車是不言而喻的。

參考文獻(xiàn)

[1]李全利.單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京：高等教育出版社，2008

[2]何希才.傳感器及其應(yīng)用電路.電子工業(yè)出版社，2001

作者簡介

鐘雨陽（1998—），女，漢族，四川夾江，本科，研究方向：測控技術(shù)與儀器。

陳琴（1998—），女，漢族，四川眉山，本科，研究方向：交通運(yùn)輸。

謝穎（1998—），女，漢族，四川達(dá)州，本科，研究方向：物理學(xué)。

陳瑩霞（1999—），女，漢族，四川資陽，本科，研究方向：信息工程。