利用電磁導(dǎo)航的AGV設(shè)計(jì)

摘要：隨著物流系統(tǒng)的迅速發(fā)展，AGV的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)展，為了滿足用戶功能、價(jià)格、質(zhì)量方面需求的AGV系統(tǒng)，研究設(shè)計(jì)了一種基于電磁導(dǎo)航的無(wú)人駕駛小車(chē)系統(tǒng)方案。通過(guò)實(shí)際硬件實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)能夠達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求，能夠廣泛運(yùn)用于工業(yè)、軍事、交通運(yùn)輸、電子等領(lǐng)域，具有良好的環(huán)境適應(yīng)能力，很強(qiáng)的抗干擾能力和目標(biāo)識(shí)別能力。
關(guān)鍵詞：電磁導(dǎo)航；AGV；無(wú)線傳輸；控制算法

0 引言
AGV(Automated Guided Vehicle)是指裝備有電磁或光學(xué)等自動(dòng)導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有各種移載功能的運(yùn)輸車(chē)。無(wú)人AGV廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中，能完成人工條件下不能完成的任務(wù)，可以保障系統(tǒng)在不需要人工導(dǎo)航的情況下自動(dòng)行駛。
AGV包含了自動(dòng)控制系統(tǒng)、引導(dǎo)方式的系統(tǒng)和信息無(wú)線傳輸?shù)炔糠?。通過(guò)各種算法研究，該設(shè)計(jì)有效地確定了小車(chē)的位置且能很好控制小車(chē)運(yùn)行狀態(tài)。小車(chē)運(yùn)行時(shí)，可以實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)并傳回電腦，從而很好地對(duì)周?chē)h(huán)境進(jìn)行監(jiān)控。系統(tǒng)利用電磁軌道(Electromagnetic path-following System)設(shè)立其行進(jìn)路線，電磁軌道黏貼於地板上，無(wú)人搬運(yùn)車(chē)則依循電磁軌道所帶來(lái)的信息進(jìn)行移動(dòng)與動(dòng)作，并自動(dòng)采集相關(guān)信息。根據(jù)小車(chē)采集的信息，上位機(jī)給小車(chē)發(fā)送指令，控制攝像頭轉(zhuǎn)動(dòng)，以便獲取不同區(qū)域的視頻信息。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
AGV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框如圖1所示，上位機(jī)首先通過(guò)遙控的方式給小車(chē)指定運(yùn)行路徑；小車(chē)上的電磁傳感器將采集到的電磁信號(hào)經(jīng)過(guò)放大檢波變成直流電壓信號(hào)，單片機(jī)再對(duì)該信號(hào)進(jìn)行模／數(shù)轉(zhuǎn)換，利用PID算法，獲取小車(chē)距離中心位置的偏差，再把差值賦給舵機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)小車(chē)沿著導(dǎo)線的中心自動(dòng)運(yùn)行；最后，小車(chē)采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳回電腦顯示，與此同時(shí)，上位機(jī)可給小車(chē)發(fā)出指令，讓小車(chē)執(zhí)行相關(guān)任務(wù)。

1．1 中央控制器
中央處理器采用Freescale公司推出的S12系列單片機(jī)中的一款增強(qiáng)型16位單片機(jī)MC9S12DG128(以下簡(jiǎn)稱(chēng)DG128)，片內(nèi)資源及I／O接口豐富，接口模塊包括SPI，SCI，IIC，A／D，PWM等，在汽車(chē)電子應(yīng)用領(lǐng)域具有廣泛的用途。
MC9S12G128的單片運(yùn)行方式是最常用的應(yīng)用方式。因片內(nèi)已經(jīng)有較大的RAM，F(xiàn)LASH空間，一般無(wú)需擴(kuò)展外部RAM或外部FLASH。本設(shè)計(jì)應(yīng)用DG128來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的總體控制。
1．2 速度采集模塊
速度檢測(cè)利用霍爾效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)一塊通有電流的金屬或半導(dǎo)體薄片垂直地放在磁場(chǎng)中時(shí)，薄片的兩端就會(huì)產(chǎn)生電位差，兩端具有的電位差值稱(chēng)為霍爾電勢(shì)U，其表達(dá)式為：
U=K·I·B／d (1)
式中：K為霍爾系數(shù)；I為薄片中通過(guò)的電流；B為外加磁場(chǎng)(洛倫茲力Lorrentz)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；d是薄片的厚度。
霍爾片的輸入端是以磁感應(yīng)強(qiáng)度B來(lái)表征的，當(dāng)B值達(dá)到一定的程度時(shí)，霍爾開(kāi)關(guān)內(nèi)部的觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，霍爾開(kāi)關(guān)的輸出電平狀態(tài)也隨之翻轉(zhuǎn)。輸出端一般采用晶體管輸出，和接近開(kāi)關(guān)類(lèi)似。當(dāng)有磁鋼接近霍爾片的時(shí)候時(shí)(在一定的距離范圍內(nèi)才有反應(yīng))，設(shè)置單片機(jī)定時(shí)器的時(shí)間為t，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)為n，一個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)上的磁鋼數(shù)量為s，則轉(zhuǎn)速(單位：r／s)的計(jì)數(shù)公式為：
speed=(n／s)／t (2)