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1 引言

    自動導引車(AGV-Automated Guided Vehicle)是現代制造企業及物流系統中的重要設備，是一種以微控制處理器為核心，以蓄電池為動力，裝有非接觸導向裝置的無人駕駛自動導向運載車。它可以按照監控系統下達的命令，根據預先設計的程序，依照車載傳感器確定的位置信息，沿著規定的行駛路線和停靠位置自動駕駛。AGV具有運輸效率高、節能、工作可靠、無公害、柔性輸送等優點，已廣泛應用于許多領域。從超級市場、車間擴展到大型自動化倉庫、醫院及配送中心，AGV成為工業自動化的主要標志之一。本文利用縮小比例的模型車模擬實際生產線上的AGV，并采用紅外傳感器技術引導AGV移動。

2硬件系統設計

2.1整體設計

    　　自動導引車包括車體、控制器、傳感器和動力裝置等4部分。其中，車體采用縮小比例的200 mm×300 mm、帶有差速器的后輪驅動模型車模擬。控制器是以單片機MC9S12DG128為核心，配合車體上的傳感器和動力裝置以控制AGV穩定運行。傳感器由測向的紅外傳感器和測速的霍爾傳感器組成。動力裝置是由蓄電池驅動的直流電機和舵機構成，分別控制速度和轉向。這4部分配以相應的驅動電路，能自主識別路徑，控制模型車穩定運行。AGV模型車如圖1所示。

　    　AGV與MCU可以看成一個自動控制系統，是由傳感器、信息處理、控制算法、執行機構4部分組成。其硬件部分是以單片機為核心，配有傳感器、執行機構以及相應的驅動電路構成控制系統；信息處理與控制算法則由控制軟件完成。圖2所示是硬件系統電路框圖。

2.2 MCU介紹

　　    AGV采用MC9S12DGl28作為系統控制器，該器件內置128 KB的Flash、8 KB的RAM、2 KB的EEPROM，8個輸人捕捉和輸出比較通道，2個8位或16位脈沖累加器，8路PWM波產生通道，8路10位ADC通道或16路8位ADC通道，2 個SCI、SPI通信接口，80～112個可編程I／O端口。

2.3電源模塊

　　    AGV模型車的動力由7.2 V，2 A／h蓄電池提供。由于電路中的不同模塊所需的工作電壓、電流各不相同，因此需要多個穩壓電路將電池電壓轉化為各模塊所需電壓。LM7805是串聯穩壓器，輸出電壓為5 V，主要為單片機、紅外傳感器、速度傳感器及部分接口電路提供電源。而LM1117-ADJ輸出為2.85 V～6 V可調穩壓電源．通過電位器調節至6 V電壓為舵機供電。蓄電池7.2 V電源直接為ACV模型車后輪電機供電。

2.4速度檢測模塊

　　    速度傳感器使用CS3020型霍爾元件。霍爾元件使用方便，只需一只上拉電阻將輸出接至電源即可正常工作。在輪胎內側粘上4個磁鋼，在磁鋼正對方向選擇合適地方固定霍爾元件。當輪胎每轉動一圈，霍爾元件輸出4個信號，輪胎周長為17 cm，所以每兩個信號時間差為T，AGV行駛4.25 cm。通過測量T，計算AGV的速度V=4.5 cm／T。

2.5紅外檢測模塊

　　    AGV模型車的引導方式為超聲波引導、電磁感應引導、圖像識別引導、慣性導航、紅外傳感器引導等。由于紅外傳感器使用方便、價格低廉、引導精確、響應速度快等優點，因此本系統設計采用紅外傳感器技術引導AGV模型車行駛。選用發射功率大、接收靈敏度高的紅外傳感器是保證紅外檢測電路可靠工作的基礎。本系統設計的紅外傳感器選用反射式光電管TSL600。如圖3所示，右邊是紅外發光二極管和紅外接收三極管，其中，VCC為+5 V，而R1=510 Ω和R2=20 kΩ為限流電阻，OUT為輸出信號。紅外發光二極管發射的紅外光根據反射介質色彩的深淺反射到接收三極管的光量不同。接收三極管是一種光敏三極管，接收到的光量越多，輸出的電流越大。本設計在AGV模型車前10 cm處橫向安裝7對紅外傳感器，AGV中軸方向上安裝1對，中軸左、右兩側各安裝3對。根據7對傳感器輸出的信號，判斷黑色引導線和AGV模型車的位置關系，為引導轉向提供可靠的數據。紅外接收管接收道路反射的紅外光產生變化的電壓，反映賽道中心線的位置。紅外傳感器輸出量為模擬量，通過 MCU的ADC將模擬量轉換為數字量，不僅簡化外部電路設計，同時保留紅外接收管的連續變化電壓信息，通過軟件算法得到更精確的位置信息并消除環境光線的影響。MC9S12DG128有8路10位ADC或16路8位ADC，考慮到8位有效值已滿足系統精度要求，本系統設計采用16路8位ADC中的7路通道。

2.6驅動控制模塊

　　    電機啟動采用PC33886作為驅動器，驅動電路原理如圖3左邊部分所示。MCU產生的PWM3通過IN1引腳輸入，以調節PC33886的 OUT1端口的輸出電壓，并且IN2接地使OUT2輸出為0，使得OUT1和OUT2之間產生一個壓差，MCU通過改變PWM3的占空比來調節電機轉速。

3系統軟件設計

3.1控制算法

　　    在連續控制系統中，按偏差的比例(P)、積分(I)、微分(D)進行控制的PID控制算法獲得了廣泛的應用。這種數字PID控制算法結構簡單，參數易于調整，適應性強。本系統設計采用增量式數字PID控制算法，通過PWM調速直流電機。

3.2程序流程

　　    該系統的主程序流程圖如圖4所示。系統首先初始化設備，然后進人參數修改程序，參數設定完畢后打開中斷，最后循環執行位置速度控制程序。

4 結束語

　　    實驗是在5 000 min×6 000 mm的區域內搭建U型行駛道路中進行，路中央劃有20 mm寬的黑色引導線。正常情況下，給定AGV模型車的速度上限為1 m／s，AGV平穩行駛在引導線上，從出發點開始，到識別出終點并停車，全程共耗時22 s；給定AGV模型車速度上限為1.5 m／s時，AGV比較平穩地行駛在引導線上，全程共耗時16 s；給定AGV模型車速度上限為2 m／s時，AGV行駛不穩定，在拐彎處有時會沖出引導線，全程共耗時12 s。根據以上實驗，AGV穩定工作的平均速度為1 m／s。AGV不是競速車輛，工業現場一般以穩定、安全為主要考慮因素，所以本設計的模型車在穩定方面完全符合AGV車的規范，達到了自主引導、運輸效率高、節能、工作可靠、無公害等要求。