基于红外传感器引导的AGV设计

基于红外传感器制导的自动导引车设计介绍自动导引车(AGV)是现代制造企业和物流系统中的重要设备。它是以微处理器为核心，电池为动力，非接触式导向装置的无人自动导向车。根据监控系统发出的指令，根据预先设计的程序，根据车载传感器确定的位置信息，自动沿规定的行驶路线和停车位置行驶。AGV具有运输效率高、节能、工作可靠、无污染、运输灵活等优点。它已被广泛应用于许多领域。从超市和车间到大型自动化仓库、医院和配送中心，自动导引车已经成为工业自动化的主要标志之一。本文在实际生产线上用一辆按比例缩小的模型车来模拟AGV，并用红外传感器技术来引导AGV运动。2硬件系统设计2.1总体设计自动导引车由四部分组成：车体、控制器、传感器和动力装置。其中，车身是由一个缩小的200毫米300毫米后轮驱动的模型汽车模拟与差异。控制器以单片机MC9S12DG128为基础，配合车身上的传感器和动力装置，控制AGV稳定运行。该传感器由测向红外传感器和测速霍尔传感器组成。动力单元由蓄电池驱动的DC电机和转向机构组成，分别控制速度和转向。这四个部分配有相应的驱动电路，可以自主识别路径，控制模型车的稳定运行。自动导引车模型如图1所示。AGV和MCU可以看作是一个自动控制系统，由传感器、信息处理、控制算法和执行器组成。系统的硬件部分以单片机为基础，配有传感器、执行器和相应的驱动电路，构成一个控制系统。信息处理和控制算法由控制软件完成。图2是硬件系统的电路框图。2.2单片机简介AGV采用MC9S12DGl28作为系统控制器。该器件具有128千位闪存、8千位随机存取存储器、2千位可编程只读存储器、8个输入捕获和输出比较通道、2个8位或16位脉冲累加器、8个脉宽调制波形发生通道、8个10位模数转换器通道或16个8位模数转换器通道、2个SCI和SPI通信接口以及80 112个可编程输入/输出端口。2.3电源模块AGV车型的动力由7.2 V、2节电池提供。由于电路中不同模块所需的工作电压和电流不同，需要多个稳压电路将电池电压转换成每个模块所需的电压。LM7805是一款输出电压为5 v的串联稳压器，主要为单片机、红外传感器、速度传感器和一些接口电路提供电源。LM1117-ADJ输出为2.85伏 6伏可调稳压电源，由电位器调节至6伏电压，为舵机供电。蓄电池7.2 V电源直接给ACV车型的后轮电机供电。2.4速度检测模块速度传感器使用CS3020霍尔元件。霍尔元件使用方便，只需要一个上拉电阻将输出连接到电源就能正常工作。四个磁钢粘在轮胎内侧，霍尔元件固定在与磁钢相反方向的适当位置。当轮胎旋转一次时，霍尔元件输出四个信号，轮胎周长为17厘米，因此两个信号之间的时间差为t，自动导引车行驶4.25厘米。通过测量t，计算AGV的速度V=4.5厘米/t。2.5红外探测模块AGV模型车的制导方式有超声波制导、电磁感应制导、图像识别制导、惯性导航、红外传感器制导等。由于红外传感器使用方便、价格低廉、导航准确、响应速度快等优点，本系统采用红外传感器技术对AGV模型车进行导航。选择高发射功率、高接收灵敏度的红外传感器是保证红外探测电路可靠运行的基础。本系统中设计的红外传感器采用反射式光电池TSL600。如图3所示，右边是红外发光二极管和红外接收三极管，其中VCC为5 V，R1=510，R2=20k为限流电阻，OUT为输出信号。红外发光二极管发出的红外光根据反射介质颜色的深浅，向接收三极管反射不同量的光。接收三极管是光电晶体管。它接收的光越多，输出的电流就越大。本设计中，7对红外传感器水平安装在AGV模型车前10厘米处，1对安装在AGV中心轴方向，3对分别安装在中心轴左右两侧。根据7对传感器输出的信号，判断黑色导向线与AGV模型车之间的位置关系，为导向转向提供可靠的数据。红外接收管接收由道路反射的红外光以产生变化的电压，该电压反映轨道中心线的位置。红外传感器的输出为模拟量，通过单片机的模数转换器将模拟量转换为数字量，不仅简化了外部电路的设计，而且保留了红外接收管不断变化的电压信息，通过软件算法获得更准确的位置信息，消除了环境光的影响。MC9S12DG128有8通道10位ADC或16通道8位ADC。考虑到8位均方根已满足系统精度要求，系统设计中使用了16通道中的7通道8位ADC。2.6驱动控制模块电机以PC33886为驱动器启动，驱动电路原理如图3左侧所示。单片机产生的脉冲宽度调制3通过IN1引脚输入，调节PC33886 OUT1端口的输出电压，IN2接地，使OUT2输出0，OUT 1和OUT2之间产生压差。单片机通过改变脉宽调制3的占空比来调节电机速度。3系统软件设计3.1控制算法在连续控制系统中，基于偏差比例(P)、积分(I)和微分(D)的PID控制算法得到了广泛的应用。该数字PID控制算法结构简单，参数调整容易，适应性强。该系统的设计采用增量式数字PID控制算法，通过PWM调节DC电机的转速。3.2程序流程系统的主要程序流程图如图4所示。系统首先初始化设备，然后进入参数修改程序，在参数设置完成后打开中断，最后循环执行位置和速度控制程序。结论实验是在一条长5000分钟、宽6000毫米的U形道路上进行的，道路中间有一条20毫米宽的黑色引导线。在正常情况下，给定AGV模型车的速度上限为1米/秒，AGV在引导线上平稳运行，总共需要22秒；从起点到终点被识别和停止。假定AGV模型车的速度上限为1.5 m/s，AGV在引导线上平稳运行，需要16s；总共。给定AGV模型车的速度上限为2 m/s，AGV是不稳定的，并且有时在拐角处脱