【某AGV车载控制系统的硬件设计分析案例2600字】

24某AGV车载控制系统的硬件设计分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u13999某AGV车载控制系统的硬件设计分析案例 147601.1系统硬件总体结构 132011.2主控最小系统电路 2315651.3循迹导航模块 3186881.4驱动控制模块 5170411.4称重模块 6233121.5安全避障模块 81.1系统硬件总体结构AGV车载控制系统硬件结构如图1.1所示，主要由主控制器、红外导航传感器、红外避障传感器、TFT液晶显示屏、控制开关、锂电池、状态指示灯、扬声器、HX711称重模块、速度检测模块、TB6612FNG驱动控制模块组成。AGV硬件设计总体框图如图1.1所示图1.1AGV硬件设计总体框图通过前几章的内容，我们选定单片机作为AGV的控制方式，同时选用资源丰富，编辑能力较强的STM32F103RCT6芯片作为主控制器，实现对上位系统命令的接收和控制相关指令动作的完成；红外循迹模块选用的是4路循迹，即有四个和红外发射和接收对管，其中两组用来识别路径，完成循迹功能，另外两组用来识别标志点，完成定位功能；控制开关由3个按键组成，其中按键UP和按键DOWN是用来选择速度档位的，而确认按键是用来确定速度档位和开启小车运动状态；扬声器主要是在货物超重和遇到障碍物时发出警报声；速度检测模块负责测定两驱动轮的速度，以便获取小车实时速度情况。1.2主控最小系统电路本设计的主控制器选择的是ST公司的STM32F103RCT6，该芯片的最小系统包含以下电路：1：复位电路复位电路的作用是用来使系统恢复到初始状态，在单片机系统中，单片机复位方式主要有两种，一种是在系统上电、掉电以及系统从待机模式返回时发生的上电复位，另外一种是可以在程序运行过程中通过按键给NRST引脚一个低电位，从而使系统完成复位的手动复位，如下图1.2所示为复位电路，其中电容C5的作用是按键消抖，防止按键在刚刚按下或松开时的电平抖动引发误操作。 图1.2STM32F103RCT6复位电路 2：晶振电路晶振全称为晶体振荡器，在单片机系统中作用十分大，晶振电路为能单片机提供其所必须的时钟频率，而单片机的一切指令都是建立在这个基础上的。晶振所提供的时钟频率越高，那么单片机的运行速度也就越快。此次设计，本系统使用8M外部晶振，其能与STM32内部的PLL锁相环配合使用，使单片机的系统时钟达到STM32允许的最高频率72M，晶振电路如图1.3所示图1.3STM32F103RCT6晶振电路3:下载及调试电路STM32内部支持实时调试功能，串口只能起到下载程序的作用，而使用JNINK就可以进行在线仿真，方便观察数据变化，为使用者的设计带来诸多便利。STM32支持两种调试接口：SWD和JTAG。本次使用的是JTAG,JTAG下载接口如图1.4所示图1.4STM32F103RCT6JTAG下载接口1.3循迹导航模块红外传感器循迹原理如图1.5所示：图1.5红外传感器原理红外二极管发射红外光，接收管接受反射的红外光信号。不同的颜色反光效果不同，如果红外光照射在黑色物体上，由于黑色物体对光的吸收能力强，反射的光很少。但照在白色物体上，由于白色物体对光的吸收能力弱，反射的光较多。从而当红外二极管发出的光照射在不同颜色的物体上时，接收管接受的红外光强度也不同，从而可以判断出前面物体的颜色。图1.6轨道图示红外循迹就是根据这个原理，将红外模块安装在寻迹小车上，然后再赛道上面贴上黑色胶带，红外对管对准黑线两侧（稍留间隙），当检测到白色时说明小车沿线行驶，检测到黑色是说明小车偏离黑线，则需要纠正位置，轨道如图1.6所示。目前数字式的红外循迹传感器在市场上占有主要地位，这种传感器通过模数转换器（AD转换器）将接收管得到的红外光强度模拟数据转换为数字数据，由0和1来表示，用这种方法来确定轨迹则至少要用到两个红外传感器，将两个传感器等距离地布置在黑线两侧，当一边的传感器监测到小车在往它那边偏移时就可以控制小车往反方向回正。本次设计采用的就是这种红外模块，其电路图如下图1.7所示：图1.7红外循迹模块电路原理图1.4驱动控制模块本次设计采用的驱动控制模块是TB6612FNG[18]，TB6612FNG是一款新型直流电机驱动器件，具有大电流MOSFT-H桥结构，双通道输出，能够独立双向控制2个直流电机，能够实现多种运动姿态。并且其集成度高，对车体的占用空间小，方便布局。运行性能和能耗方面也具有优势，因此在集成化、小型化的电机控制系统中，它可以作为理想的电机驱动器件。其引脚功能和引脚模式设置分别如表1.1和表1.2所示。表1.1TB6612的引脚功能引脚定义VM驱动电压输入端（4.5~10V）VCC逻辑电平输入端（2.7~5.5V）GND电源地端STBY正常工作/待机状态控制输入端1路电机PWMAPWM信号输入端AIN1电机控制模式输入端AIN2A01电机驱动输出端A022路电机PWMAPWM信号输入端AIN1电机控制模式输入端AIN2A01电机驱动输出端A02表1.2TB6612的引脚模式设置输入输出IN1IN2PWMSTBY0102模式状态HHH/LHLL制动LHHHLH反转LHLHLL制动HLHHHL正转HLLHLL制动LLHHOFF停止H/LH/LH/LLOFF待机1.4称重模块本次设计采用的称重模块是由电阻式压力传感器和HX711A/D转换芯片组成。电阻应变式压力传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，传感器使用用惠斯通电桥作为内部电路，当弹性体受到压力产生变形时，贴在弹性体上的电阻应变片（转换组件）也会受到拉伸或压缩发生相应的形变，从而使自身阻值将发生变化（增大或减小），导致电桥失去平衡，产生相应的差动信号，供后续电路测量和处理。

如图1.8所示，当一个压力P垂直作用在梁上时，梁产生形变，从而使电阻应变片R1、R3受压弯拉伸，阻值增加。R2、R4受压缩，阻值减小。电桥失去平衡，产生不平衡电压U，电压U与作用在传感器上的正压力P成正比，从而将非电量转化为电量输出。图1.8电阻应变片受力图HX711[19,20]是一款专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换器芯片。与同类型其它芯片相比，该芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。降低了电子秤的整机成本，提高了整机的性能和可靠性。该芯片与后端MCU芯片的接口和编程非常简单，所有控制信号由管脚驱动，无需对芯片内部的寄存器编程。输入选择开关可任意选取信道A或信道B,与其内部的低噪声可编程放大器相连。通道A的可编程增益为128或64,对应的满额度差分输入信号幅值分别为±20mV或±40mV。通道B则为固定的32增益，用于系统参数检测。芯片内提供的稳压电源可以直接向外部传感器和芯片内的A/D转换器提供电源，系统板上无需另外的模拟电源。芯片内的时钟振荡器不需要任何外接器件。上电自动复位功能简化了开机的初始化过程。HX711芯片封装及引脚说明如图1.9所示。图1.9HX711芯片封装及引脚说明1.5安全避障模块本