基于無線控制的危險品拖運(yùn)小車設(shè)計THEDESIGNOFTHEDANGEROUSGOODSAGVBASEDONWIRELESSCONTROL摘要本小車主要用于運(yùn)送一些高危險品，以保證人的生命財產(chǎn)安全，它具有自動化程度高、應(yīng)用靈活、安全可靠、無線操作、維修方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。研究內(nèi)容主要是AGV導(dǎo)引技術(shù)、運(yùn)動控制原理和無線通信技術(shù)。使用VB語言編輯人機(jī)接口界面，通過手動和自動兩種方式對小車進(jìn)行控制。PC機(jī)和小車之間通過串口和無線通信模塊，將控制指令傳遞給小車。通過系統(tǒng)配備的攝像頭可以實(shí)時監(jiān)測小車的位置，控制小車將危險物品運(yùn)送到指定地點(diǎn)。AGV小車還配有電源電壓管理模塊，可實(shí)時監(jiān)控小車電源狀態(tài)，及時更換電池，防止電池電壓由于消耗變低造成單片機(jī)復(fù)位，保證小車正常運(yùn)行。車載溫度檢測裝置及人員監(jiān)控裝置，對現(xiàn)場人員和危險品進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。關(guān)鍵詞AGV；無線通信；ATMEGA16ABSTRACTAGVMAINLYUSESFORTRANSPORTINGSOMEDANGEROUSGOODS,INORDERTOGUARANTSAFETYOFOURLIFEANDPROPERTYITSAUTOMATIONLEVELISHIGHANDUSINGISFLEXIBLEALSOITISRELIABLEANDCANOPERATEWITHWIRELESSWHATISMORE,PROTECTINGANDMAINTAININGISCONVENIENTTHERESEARCHFOCUSESONAGVSTEERINGSKILL,THEORYOFCONTROLLINGMOVEMENTANDCOMMUNICATIONSTECHNOLOGYINWIRELESSEDITINGPORTABOUTMACHINEANDPEOPLEINVBPROGRAMLANGUAGE,THECARISVIAMANUALLYOPERATIONANDAUTOMATICTWOMODESTOCONTROLTHROUGHTHESYSTEMVIDEOGRAPHYCANMONITORITSPLACEONTIME，INORDERTOCONTROLTHEGOALTHATTHECARSPLACEAGVCANMONITORSTHESTATEOFPOWERLINEVOLTAGEONTIMEALSOITCANMONITORSTHEPEOPLEANDDANGEROUSGOODSONTIMEKEYWORDSAGVWIRELESSCOMMUNICATIONATMEGA16目錄1引言111AGV自動尋軌小車簡介112AGV的應(yīng)用領(lǐng)域113研究價值22系統(tǒng)方案321系統(tǒng)構(gòu)造3211運(yùn)動區(qū)域圖3212系統(tǒng)設(shè)計322方案介紹4211系統(tǒng)的主要控制處理器選擇4212顯示單元方案6213無線模塊方案6214電機(jī)驅(qū)動模塊方案7215溫度傳感器方案9216人員探測方案10217電源選擇方案10218報警方案113功能與指標(biāo)1231功能介紹1232主要技術(shù)指標(biāo)124硬件系統(tǒng)設(shè)計1341整體框圖1342車體設(shè)計13421輪胎的選擇13422車體的機(jī)械調(diào)校1443實(shí)物圖145軟件系統(tǒng)設(shè)計1551晶振的配置1552ICCAVR集成開發(fā)環(huán)境1553軟件流程圖176模塊的設(shè)計1861核心控制模塊的設(shè)計18611ATMEGA16L單片機(jī)簡介18612ATMEGA16L單片機(jī)最小系統(tǒng)19613RS232通訊協(xié)議20614無線通訊協(xié)議207結(jié)論與展望2171結(jié)論2172發(fā)展趨勢21參考文獻(xiàn)22附錄23致謝2801引言11AGV自動尋軌小車簡介隨著現(xiàn)代物流技術(shù)的發(fā)展,儲存的規(guī)模擴(kuò)大,企業(yè)更注重物流效率的提高及人力成本的減少。倉庫是各種物資流通過程中的一個重要環(huán)節(jié),目前中國基本處于人工管理或半自動化管理狀態(tài),效率不高,而且人力成本較高，雖然現(xiàn)在有一些企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了物資倉儲系統(tǒng)的部分信息集成,但有些環(huán)節(jié)還不能實(shí)現(xiàn)無人、無紙作業(yè)。從提高倉儲的效率、改造傳統(tǒng)倉儲靈活性以及降低企業(yè)人力成本的角度出發(fā),實(shí)現(xiàn)倉儲的無線化、自動化、信息化管理成為倉儲的發(fā)展方向。作業(yè)連續(xù)化的自動化搬運(yùn)裝卸手段，其應(yīng)用范圍和技術(shù)水平在近年得到了迅速發(fā)展。AGVAUTOMATEDGUIDEDVEHICLES又名無人搬運(yùn)車，自動導(dǎo)引車，自動導(dǎo)向車，自動尋軌小車。美國物流協(xié)會對AGV的定義是裝備有電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護(hù)以及各種移載功能的運(yùn)輸車輛。其顯著特點(diǎn)的是無人駕駛，AGV上裝備有自動導(dǎo)向系統(tǒng)，可以保障系統(tǒng)在不需要人工引航的情況下就能夠沿預(yù)定的路線自動行駛，將貨物或物料自動從起始點(diǎn)運(yùn)送到目的地。它具有運(yùn)輸效率高、節(jié)能、工作可靠、使用靈活等許多優(yōu)點(diǎn)。AGV的另一個特點(diǎn)是柔性好，自動化程度高和智能化水平高，AGV的行駛路徑可以根據(jù)倉儲貨位要求、生產(chǎn)工藝流程等改變而靈活改變，并且運(yùn)行路徑改變的費(fèi)用與傳統(tǒng)的輸送帶和剛性的傳送線相比非常低廉。12AGV的應(yīng)用領(lǐng)域目前，AGV廣泛應(yīng)用于社會的各個領(lǐng)域，這些領(lǐng)域主要有1自動化立體倉庫。2辦公室、醫(yī)院、規(guī)劃展覽館、賓館、圖書館等。3柔性裝配系統(tǒng)。4機(jī)械、電子、紡織、卷煙、醫(yī)療、食品、造紙、玩具制造等行業(yè)領(lǐng)域的物料輸送。5在火車站、軌道交通、飛機(jī)場、郵局、超市等場合的物品分撿工作中作為運(yùn)輸工具。6機(jī)械制造中的柔性加工系統(tǒng)FMS。113研究價值基于無線控制的危險品拖運(yùn)AGV小車自動化程度高，可以保障系統(tǒng)在人工測量定位尋軌引航的情況下，將危險貨物沿預(yù)定的軌道從起點(diǎn)運(yùn)送到目的地，相對于固定的物料輸送線在占地最少的情況下，具有最大交叉能力。小車的運(yùn)動采取手動制動切換，能夠在遠(yuǎn)程操縱控制，操做方便，減輕工作強(qiáng)度；運(yùn)用時能靈活、及時的搬運(yùn)危險品，保障人身安全；提高設(shè)備的利用率，且能使生產(chǎn)線的設(shè)備具有很大的靈活性，便于重新布置和調(diào)整。圖11是此小車的設(shè)計步驟。功能分析總體設(shè)計方案討論與確定硬件分析與設(shè)計軟件分析與設(shè)計各功能模塊調(diào)試程序調(diào)試電路板設(shè)計與制作整體聯(lián)調(diào)軟硬件完善論文撰寫圖11設(shè)計步驟22系統(tǒng)方案21系統(tǒng)構(gòu)造211運(yùn)動區(qū)域圖圖21位置圖212系統(tǒng)設(shè)計圖22結(jié)構(gòu)圖PC機(jī)將手動或自動控制信息通過RS232串口下傳給編碼單片機(jī)，然后在通過無線傳送的方式，將編碼信息傳遞給解碼單片機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對小車的運(yùn)動控制，這其中的串口通信協(xié)議和無線通信協(xié)議都是由設(shè)計者自己制定。操作人員可以通過攝像頭實(shí)時監(jiān)測小車的位置，來決定是使用手動還是自動對小車進(jìn)行控制。321小車RS232USBPC機(jī)攝像頭單片機(jī)單片機(jī)電機(jī)3422方案介紹本設(shè)計使用VB語言設(shè)計開發(fā)友好的人機(jī)界面。通過攝像頭將工作區(qū)的實(shí)時狀況顯示在人機(jī)界面上，方便工作人員準(zhǔn)確定位小車，及控制小車的安全運(yùn)行；當(dāng)小車在位置1、2和3時，小車此時可以工作在自動方式，本設(shè)計將小車的運(yùn)行軌跡以數(shù)字信息的方式存儲在PC機(jī)里。通過通信的方式將數(shù)據(jù)傳遞給控制小車運(yùn)行的單片機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)了小車自動按照預(yù)定軌跡運(yùn)行到指定地點(diǎn)。這種方式由于沒有采用常規(guī)的尋軌方式，從而提高了系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。當(dāng)小車在除1、2和3外的任意位置時，小車工作在手動方式?？梢酝ㄟ^PC機(jī)操作界面的無線遙控使小車到達(dá)指定位置。在小車進(jìn)入工作區(qū)域之前操作人員可通過車載的電源檢測模塊的液晶顯示屏，實(shí)時監(jiān)控小車電源狀態(tài)，方便及時更換電池，保證操作人員在不進(jìn)入工作區(qū)域的情況下使小車正常運(yùn)行。211系統(tǒng)的主要控制處理器選擇目前，單片機(jī)的應(yīng)用范圍十分廣泛，主要的應(yīng)用領(lǐng)域有工業(yè)控制、儀器儀表、計算機(jī)外部設(shè)備與智能接口、商用產(chǎn)品、家用電器等。單片機(jī)在這些領(lǐng)域的應(yīng)用使產(chǎn)品功能、精度和質(zhì)量大幅度提升，且電路簡單，故障率低，可靠性高，成本低廉。由于單片機(jī)應(yīng)用范圍和場合的不同，其選型就顯得尤為重要。市面上的單片機(jī)品牌很多，要根據(jù)不同的需要選擇適合的品牌，因此有必要了解各種單片機(jī)及其特點(diǎn)。以下是當(dāng)今最流行的幾種單片機(jī)18051類單片機(jī)。國內(nèi)應(yīng)用最廣的單片機(jī)，最早由INTEL推出。20世紀(jì)80年代中期，INTEL公司將8051內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出售形式轉(zhuǎn)給世界許多著名的IC制造廠商，他們在保持與8051單片機(jī)兼容的基礎(chǔ)上，改善了8051許多特性，如提高速度、提高集成度、放寬電源電壓的動態(tài)范圍等。集成度、放寬電源電壓的動態(tài)范圍等。2PIC單片機(jī)。由MICROCHIP設(shè)計生產(chǎn)，主要產(chǎn)品是16C系列8位單片機(jī)。CPU采用RISC結(jié)構(gòu)，僅33條指令，運(yùn)行速度快，價格低廉，抗干擾性強(qiáng)?；旧隙际荗TP（ONETIMEPROGRAMMABLE，次性燒錄）產(chǎn)品，適于用量大、檔次低、價格敏感的產(chǎn)品。3PHILPS單片機(jī)。P89LPC938MCU是PHILIPS半導(dǎo)體公司推出的51LPC系列OTP單片機(jī)，適合于許多要求高集成度、低成本的場合，可以滿足多方面的性能要求。LPC938采用了高性能的處理器結(jié)構(gòu)，指令執(zhí)行時間只需2到4個時鐘周期，6倍于標(biāo)準(zhǔn)80C51器5件。LPC938集成了許多系統(tǒng)級的功能，這樣可大大減少元件的數(shù)目、電路板面積以及系統(tǒng)的成本，還繼承了PHILIPS半導(dǎo)體的低功耗特性及不可破譯性。4AVR單片機(jī)。AVR單片機(jī)，由著名的ATMEL公司設(shè)計生產(chǎn)，已形成系列產(chǎn)品。其ATTINY、AT90和ATMEGA系列分別對應(yīng)低、中、高檔產(chǎn)品。AVR單片機(jī)片內(nèi)資源豐富，是一種高集成度的單片機(jī)。AVR單片機(jī)的程序存儲空間采用FLASH技術(shù)，可重復(fù)擦寫10000次以上。與其他單片機(jī)相比，AVR單片機(jī)具有以下優(yōu)勢特征簡便易學(xué)，費(fèi)用低廉。首先，進(jìn)入AVR單片機(jī)開發(fā)的門檻非常低，只要會操作電腦就可以學(xué)習(xí)AVR單片機(jī)的開發(fā)。其次，AVR單片機(jī)便于升級。AVR程序?qū)懭胧侵苯釉陔娐钒迳线M(jìn)行程序修改、燒錄等操作，這樣便于產(chǎn)品升級。再次，AVR單片機(jī)費(fèi)用低廉。學(xué)習(xí)AVR單片機(jī)可使用ISP在線下載編程方式即把PC機(jī)上編譯好的程序?qū)懙絾纹瑱C(jī)的程序存儲器中，不需購買仿真器、編程器、擦抹器和芯片適配器等，即可進(jìn)行所有AVR單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用，這可節(jié)省很多開發(fā)費(fèi)用。高速、低耗、保密。首先，AVR單片機(jī)是高速嵌入式單片機(jī)1AVR單片機(jī)具有預(yù)取指令功能，即在執(zhí)行一條指令時，預(yù)先把下一條指令取進(jìn)來，使得指令可以在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行。2多累加器型，數(shù)據(jù)處理速度快。AVR單片機(jī)具有32個通用工作寄存器，相當(dāng)于有32條立交橋，可以快速通行。3中斷響應(yīng)速度快。AVR單片機(jī)有多個固定中斷向量入口地址，可快速響應(yīng)中斷。其次，AVR單片機(jī)耗能低。對于典型功耗情況，WDT關(guān)閉時為100NA，更適用于電池供電的應(yīng)用設(shè)備。有的器件最低18V即可工作。再次，AVR單片機(jī)保密性能好。它具有不可破解的位加密鎖LOCKBIT技術(shù)，保密位單元深藏于芯片內(nèi)部，無法用電子顯微鏡看到。I/O口功能強(qiáng),具有A/D轉(zhuǎn)換等電路。1AVR單片機(jī)的I/O口是真正的I/O口，能正確反映I/O口輸入/輸出的真實(shí)情況。工業(yè)級產(chǎn)品，具有大電流灌電流1040MA,可直接驅(qū)動可控硅SCR或繼電器，節(jié)省了外圍驅(qū)動器件。62AVR單片機(jī)內(nèi)帶模擬比較器，I/O口可用作A/D轉(zhuǎn)換，可組成廉價的A/D轉(zhuǎn)換器。ATMEGA48/8/16等器件具有8路10位A/D。3部分AVR單片機(jī)可組成零外設(shè)元件單片機(jī)系統(tǒng)，使該類單片機(jī)無外加元器件即可工作，簡單方便，成本又低。4AVR單片機(jī)可重設(shè)啟動復(fù)位,以提高單片機(jī)工作的可靠性。有看門狗定時器實(shí)行安全保護(hù),可防止程序走亂飛,提高了產(chǎn)品的抗干擾能力。有功能強(qiáng)大的定時器/計數(shù)器及通訊接口。定時/計數(shù)器T/C有8位和16位,可用作比較器。計數(shù)器外部中斷和PWM也可用作D/A用于控制輸出，某些型號的AVR單片機(jī)有34個PWM，是作電機(jī)無級調(diào)速的理想器件。AVR單片機(jī)有串行異步通訊UART接口,不占用定時器和SPI同步傳輸功能,因其具有高速特性，故可以工作在一般標(biāo)準(zhǔn)整數(shù)頻率下,而波特率可達(dá)576K。因此，本系統(tǒng)采用AVR單片機(jī)中的ATMEGA16作為主控制器,ATMEGA16是基于增強(qiáng)的AVRRISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATMEGA16的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1MIPS/MHZ，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。212顯示單元方案方案一LED數(shù)碼管。LED數(shù)碼管亮度高,價格低廉，而且使用方便，但其電路復(fù)雜，占用資源較多，浪費(fèi)單片機(jī)的資源,只能顯示數(shù)字，顯示單一，無法顯示文字，圖片等復(fù)雜符號信息。因此本設(shè)計中不采用。方案二液晶模組。液晶模組可以顯示文字、數(shù)字、圖片等符號信息，顯示方案豐富，顯示的信息量大，形象。價格相對較貴。但是由于工作現(xiàn)場中的小車承載的信息量大而且豐富，因此本設(shè)計中采用液晶模組進(jìn)行顯示。213無線模塊方案無線數(shù)據(jù)傳輸廣泛地運(yùn)用在車輛監(jiān)控、遙控、遙測、小型無線網(wǎng)絡(luò)、無線抄表、門禁系統(tǒng)、小區(qū)傳呼、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無線標(biāo)簽、身份識別、非接觸RF智能卡、小型無線數(shù)據(jù)終端、安全防火系統(tǒng)、無線遙控系統(tǒng)、生物信號采集、水文氣象監(jiān)控、機(jī)器人控制、無線232數(shù)據(jù)通信、無線485/422數(shù)據(jù)通信、數(shù)字音頻、數(shù)字圖像傳輸?shù)阮I(lǐng)域中。數(shù)據(jù)發(fā)射模塊的工作頻率為315M，采用聲表諧振器SAW穩(wěn)頻，頻率穩(wěn)定度極高，當(dāng)環(huán)境溫度在2585度之間變化時，頻飄僅為3PPM/度。7特別適合多發(fā)一收無線遙控及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。聲表諧振器的頻率穩(wěn)定度僅次于晶體，而一般的LC振蕩器頻率穩(wěn)定度及一致性較差，即使采用高品質(zhì)微調(diào)電容，溫差變化及振動也很難保證已調(diào)好的頻點(diǎn)不會發(fā)生偏移。數(shù)據(jù)模塊具有較寬的工作電壓范圍312V，當(dāng)電壓變化時發(fā)射頻率基本不變,和發(fā)射模塊配套的接收模塊無需任何調(diào)整就能穩(wěn)定地接收。當(dāng)發(fā)射電壓為3V時，空曠地傳輸距離約2050米，發(fā)射功率較小，當(dāng)電壓5V時約100200米，當(dāng)電壓9V時約300500米，當(dāng)發(fā)射電壓為12V時，為最佳工作電壓，具有較好的發(fā)射效果，發(fā)射電流約60毫安，空曠地傳輸距離700800米，發(fā)射功率約500毫瓦。當(dāng)電壓大于L2V時功耗增大，有效發(fā)射功率不再明顯提高。這套模塊的特點(diǎn)是發(fā)射功率比較大，傳輸距離比較遠(yuǎn)，比較適合惡劣條件下進(jìn)行通訊。天線最好選用25厘米長的導(dǎo)線，遠(yuǎn)距離傳輸時最好能夠豎立起來，因?yàn)闊o線電信號傳輸時收很多因素的影響，所以一般實(shí)用距離只有標(biāo)稱距離的一半甚至更少，這點(diǎn)需要開發(fā)時注意?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，所以在此設(shè)計中選擇315M無線模塊。214電機(jī)驅(qū)動模塊方案電機(jī)驅(qū)動模塊是汽車的動力部分，主要負(fù)責(zé)汽車的起停，在本系統(tǒng)設(shè)計時考慮了以下兩種方案。方案一采用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)。方案一的原理是由單片機(jī)發(fā)出不同頻率的信號來實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的控制。單片機(jī)速度快，輸出頻率準(zhǔn)確且可調(diào)節(jié)范圍大，可將步進(jìn)電動機(jī)的速度劃分為幾個檔位，使控制方式和控制電路都更加簡化。方案二采用小型直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)。直流電機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速和起動性能。它具有調(diào)速范圍廣、平滑性和經(jīng)濟(jì)性好、起動轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)。方案二的原理就是由電機(jī)驅(qū)動芯片L298N結(jié)合單片機(jī)PWM技術(shù)實(shí)現(xiàn)對小型直流電動機(jī)的速度和方向控制，電路圖如圖23所示。以電機(jī)MOTOR1為例，控制邏輯說明原理如下當(dāng)使能端ENA為高電平時，如果輸入端PWM0為高電平，輸入引腳IN1為低電平而引腳IN2為高電平，則電機(jī)A正轉(zhuǎn)；如果輸入端PWM0為低電平，輸入引腳1為低電平而輸入引腳2為高電平，則電機(jī)A反轉(zhuǎn)。L298N是一款高集成度、雙橋結(jié)構(gòu)的直流電機(jī)驅(qū)動器，具有驅(qū)動50V電壓和2A電流的能力，而且使用簡單、實(shí)用性強(qiáng)。因此，方案二較為適用。L298N的控制邏輯詳見表21，其引腳排列如圖24所示。8ENA6B1I527304OUTSV9GDLFCPWMR圖23電機(jī)驅(qū)動模塊電路圖表21L298N的控制邏輯輸入信號使能端A使能端B輸入引腳（IN1/IN3）輸入引腳（IN2/IN4）電機(jī)運(yùn)動方式1110前進(jìn)1101后退1010左轉(zhuǎn)0110右轉(zhuǎn)0110原地轉(zhuǎn)動圖24L298N的引腳排列9215溫度傳感器方案由DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS18B20型單線智能溫度傳感器,屬于新一代適配微處理器的智能度傳感器。獨(dú)特的一線接口，只需要一條口線通信，多點(diǎn)能力，簡化了分布式溫度傳感應(yīng)用，無需外部元件，可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為30V至55V無需備用電源測量溫度范圍為55至125。華氏相當(dāng)于是67到257華氏度10至85范圍內(nèi)精度為05。溫度傳感器可編程的分辨率為912位,溫度轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字格式最大值為750毫秒，用戶可定義的非易失性溫度報警設(shè)置，應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)電子產(chǎn)品溫度計，或任何熱敏感系統(tǒng)描述該DS18B20的數(shù)字溫度計提供9至12位（可編程設(shè)備溫度讀數(shù)。信息被發(fā)送到/從DS18B20通過1線接口，所以中央微處理器與DS18B20只有一個一條口線連接。為讀寫以及溫度轉(zhuǎn)換可以從數(shù)據(jù)線本身獲得能量，不需要外接電源。因?yàn)槊恳粋€DS18B20的包含一個獨(dú)特的序號，多個DS18B20S可以同時存在于一條總線。這使得溫度傳感器放置在許多不同的地方。它的用途很多，包括空調(diào)環(huán)境控制，感測建筑物內(nèi)溫設(shè)備或機(jī)器，并進(jìn)行過程監(jiān)測和控制。DS18B20的性能特點(diǎn)1獨(dú)特的單線接口，既可通過串行口線，也可通過其它I/O口線與微機(jī)接口，無需變換其它電路直接輸出被測溫度值；2多點(diǎn)MULTIDROP能力使分布式溫度檢測應(yīng)用得以簡化；3不需要外部元件；4既可用數(shù)據(jù)線供電，也可采用外部電源供電；5不需備份電源；6測量范圍為55125，固有測溫分辨率為05；7通過編程可實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式；8用戶可定義非易失性的溫度告警設(shè)置；9警告搜索命令能識別和尋址溫度在編定的極限之外的器件（溫度警告情況）；10應(yīng)用范圍包括恒溫控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費(fèi)類產(chǎn)品、溫度計或任何熱敏系統(tǒng)。圖25為DS18B20溫度傳感器的引腳以及外部結(jié)構(gòu)。10DS18B20123GNDI/OUDD圖25DS18B20溫度傳感器的引腳以及外部結(jié)構(gòu)基于以上優(yōu)點(diǎn)，在此設(shè)計中選擇DS18B20溫度傳感器。216人員探測方案熱釋電紅外傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為21MM的探測元件。在每個探測器內(nèi)裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設(shè)一個菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號放大70分貝以上，這樣就可以測出1020米范圍內(nèi)人的行動。優(yōu)點(diǎn)本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價格低廉。缺點(diǎn)容易受各種熱源、光源干擾；被動紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收；環(huán)境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度明顯下降，有時造成短時失靈。217電源選擇方案電源選擇為2塊12V組合電池，1塊電池給遙控器供電，另外1塊電池對小車供電，選擇此種電池是因?yàn)閮r格低廉，體積小，方便放于小車內(nèi)部，并且可以11多次充電，可以重復(fù)利用，對保護(hù)環(huán)境做出了一定的貢獻(xiàn)。218報警方案當(dāng)DS18B20溫度傳感器所測的溫度超過29時，蜂鳴器即會發(fā)出警報。123功能與指標(biāo)31功能介紹本小車主要用于運(yùn)送一些高危險品，以保證人的生命財產(chǎn)安全，它具有自動化程度高、應(yīng)用靈活、安全可靠、無線操作、維修方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。研究內(nèi)容主要是AGV導(dǎo)引技術(shù)、運(yùn)動控制原理和無線通信技術(shù)。使用VB語言編輯人機(jī)接口界面，通過手動和自動兩種方式對小車進(jìn)行控制。PC機(jī)和小車之間通過串口和無線通信模塊，將控制指令傳遞給小車。通過系統(tǒng)配備的攝像頭可以實(shí)時監(jiān)測小車的位置，控制小車將危險物品運(yùn)送到指定地點(diǎn)。AGV小車還配有電源電壓管理模塊，可實(shí)時監(jiān)控小車電源狀態(tài)，及時更換電池，防止電池電壓由于消耗變低造成單片機(jī)復(fù)位，保證小車正常運(yùn)行。車載溫度檢測裝置及人員監(jiān)控裝置，對現(xiàn)場人員和危險品進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。小車可以根據(jù)各光電傳感器檢測到的信號自動尋跡，在事先設(shè)計好的工作線路上安全行駛。當(dāng)小車周圍的溫度超過設(shè)置的閥值溫度時，即會發(fā)出報警聲。液晶模組上能夠顯示電源電壓、溫度、周圍是否有人等細(xì)節(jié)，以便各個工位進(jìn)行處理。32主要技術(shù)指標(biāo)抗干擾能力強(qiáng)，效率高，柔性高。要求AGV能夠按照編好的程序自動執(zhí)行任務(wù)，運(yùn)行要達(dá)到一定的精度，不能脫離預(yù)定的路線而造成設(shè)備損壞；在出現(xiàn)危險情況時能夠及時報警；運(yùn)行路線施工量要小，路徑的修改方便，易維護(hù)，具有一定的柔性。134硬件系統(tǒng)設(shè)計41整體框圖單片機(jī)（MEGA16）電機(jī)驅(qū)動RS232PC機(jī)電池檢測無線模塊單片機(jī)（MEGA16）無線模塊A/D溫度、熱釋電報警USB攝像頭圖41整體框圖42車體設(shè)計421輪胎的選擇輪胎是小車行駛機(jī)構(gòu)中的最重要的組成元件之一，直接關(guān)系到車輛的安全性和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。如果不能正確地選擇和使用輪胎，不但會降低小車的各項(xiàng)性能指標(biāo)，而且還會影響小車的行駛安全性，甚至?xí)斐刹槐匾娜藛T傷亡和財產(chǎn)損失。輪胎選擇的基本原則首先，根據(jù)軸荷計算輪胎的負(fù)荷能力和速度等級來確定輪胎的規(guī)格，這涉及到車輛的性能指標(biāo)和行駛安全性。其次，根據(jù)車輛的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、行駛道路條件、氣候等確定輪胎的結(jié)構(gòu)（子午胎或普通胎）及輪胎花紋等來滿足車輛的通過性、行駛平順性、轉(zhuǎn)向特性等和輪胎的互換性及維護(hù)的方便性等要求，并估算經(jīng)濟(jì)性。最后，再考慮輪胎的其他輔助要求，如輪胎貨源的穩(wěn)定性及車輛管理方面的問題等。輪胎的力學(xué)性能輪胎的力學(xué)性能也是輪胎的重要性能指標(biāo)，主要指輪胎的通過性能、緩沖性能和剛度。車輛在轉(zhuǎn)彎時如果輪胎的剛度不夠（即常說的“胎軟”），輪胎的14附著性能馬上變壞，車輛會出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不足，偏離正常的行駛軌道，這種情況在高速行駛時最危險。一般來說，寬胎剛度較大，標(biāo)準(zhǔn)胎剛度較小。輪胎必須具有良好的緩沖性能，與懸架一起吸收和緩沖車輛的振動?？傊?，輪胎的選擇和使用要根據(jù)車輛的載荷、速度、道路條件、氣候環(huán)境來綜合考慮，才能保證小車行駛的安全性和經(jīng)濟(jì)性。422車體的機(jī)械調(diào)校底盤高度一般來說，底盤的高度越低，車的轉(zhuǎn)向性能越好，行駛穩(wěn)定性越佳。43實(shí)物圖圖42實(shí)物圖155軟件系統(tǒng)設(shè)計51晶振的配置ATMEGA16單片機(jī)可以設(shè)置內(nèi)部晶振時鐘，為簡化電路，本設(shè)計選用內(nèi)部時鐘，采用8MHZ的晶振，需要用PROGISP軟件對單片機(jī)的熔絲位進(jìn)行燒寫。被校準(zhǔn)的內(nèi)部RC振蕩器提供固定的1/2/4/8MHZ的時鐘，這些工作頻率是在5V，25下校準(zhǔn)的。內(nèi)部RC振蕩器的工作模式如表51所示，按表51對CKSEL熔絲位進(jìn)行編程可以選擇內(nèi)部RC時鐘，此時將不需要外部元件，在使用這些時鐘時，應(yīng)當(dāng)是未編程的，即CKOPT1。當(dāng)MCU完成復(fù)位后，硬件將自動地封裝校準(zhǔn)值到OSCCAL寄存器中，從而完成對內(nèi)部RC振蕩器的頻率校準(zhǔn)。表51內(nèi)部RC振蕩器的工作模式表熔絲位（CKSEL31）工作頻率范圍（MHZ）00011000102000114001008052ICCAVR集成開發(fā)環(huán)境IMAGECRAFT公司開發(fā)的ICCAVR是使用符合ANSI標(biāo)準(zhǔn)的C語言來開發(fā)AVR系列單片機(jī)的一種開發(fā)工具。ICCAVR是一個綜合了編輯器、工程管理器和C編譯器的基礎(chǔ)開發(fā)環(huán)境（INTEGRATEDDEVELOPMENTENVIRONMENT,IDE）。其可在WINDOWS9X/NT/XP下工作。ICCAVR采用工程項(xiàng)目管理方式，將源文件全部組織到工程中。文件的編輯（EDIT）和工程的構(gòu)筑（BUILD）也在這個環(huán)境中完成。編譯錯誤顯示在狀態(tài)窗口中，并且當(dāng)用鼠標(biāo)單擊編譯錯誤時，光標(biāo)會自動跳轉(zhuǎn)到編輯窗口中引起錯誤的那一行。工程管理器還能直接產(chǎn)生可以直接使用的INTELHEX格式文件。INTELHEX格式文件可被大多數(shù)的編程器所支持，用于下載程序到芯片中去。在編輯器安裝完成后，得到的是一個只可以使用45天的未注冊版本的集成開發(fā)環(huán)境。因此，應(yīng)當(dāng)對其進(jìn)行注冊，首先啟動編譯器的集成開發(fā)環(huán)境（IDE），單擊菜單欄HELP/REGISTERSOFTWARE；然后，單擊CONTINUE按鈕進(jìn)入注冊機(jī)界面，在注冊欄填入軟件的序列號對應(yīng)得注冊碼，單擊LICENSE后完成編譯軟件的注冊。ICCAVR編輯器的使用首先，創(chuàng)建工程文件，從IDE的菜單“PROJECT”16中選擇“NEW”命令，在對話框中指定工程存放的文件夾以及工程名稱。在工程管理窗口中會出現(xiàn)三個子目錄，F(xiàn)ILES、HEADERS、DOCUMENTS。然后，從打開已編輯好的源文件或直接在新建的編輯區(qū)內(nèi)鍵入程序。在編輯窗口中單擊鼠標(biāo)右鍵，在菜單中選擇“ADDTOPROJECT”命令，將源文件添加到工程中。最后，編譯源文件。從IDE的中選擇“OPTIONS”命令，在TARGET標(biāo)簽下的DEVICECONFIGURATION單片機(jī)，選擇完成后點(diǎn)擊“OK”，并可在編輯區(qū)進(jìn)行程序的編寫與修改。圖51為ICCAVR編輯器IDE界面。圖51ICCAVR編輯器IDE界面在程序編譯通過后，再單擊“PROJECT”菜單下的“BUILDALL”命令，編譯工程中的全部文件（FILE文件夾中的文件）。如果配置“INSYSTEMPROGRAMMING”對話框的AUTOPROGRAMAFTERCOMPILE項(xiàng)，通過自制的ISP下載線將編譯后的程序即可下載到目標(biāo)板，完成自動下載過程。INSYSTEMPROGRAMMING對話框如圖52所示。17圖52INSYSTEMPROGRAMMING對話框53軟件流程圖系統(tǒng)硬件主要是由無線的接收、發(fā)送以及控制器組成，其中控制器是收發(fā)的核心，其程序的好壞直接影響著系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，系統(tǒng)軟件的程序流程圖如圖53所示。開始I/O口初始化串口、定時器初始化是否啟動小車是否有危險讀取汽車前方信息執(zhí)行相應(yīng)動作、信息轉(zhuǎn)發(fā)報警，處理數(shù)據(jù)執(zhí)行相應(yīng)動作返回NYYN圖53系統(tǒng)整體設(shè)計流程圖186模塊的設(shè)計61核心控制模塊的設(shè)計611ATMEGA16L單片機(jī)簡介單片機(jī)又稱微處理器是在一片硅片上集成了中央處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、程序存儲器（ROM或者FLASH）、定時器/計數(shù)器以及多種I/O接口的單芯片型微型計算機(jī)。本設(shè)計所采用的單片機(jī)是ATMEGA16L單片機(jī)開發(fā)板。該單片機(jī)芯片由ATMEL公司于1997年推出的一款高端AVR單片機(jī)（ATMEGA系列）。它有內(nèi)部接口豐富、功能齊全、性價比高、功耗低、生產(chǎn)技術(shù)高密度、擁有非易失性存儲等優(yōu)點(diǎn)。1、功能特性概述AVRRISC結(jié)構(gòu)；數(shù)據(jù)和非易失性程序存儲器；工作電壓和時鐘275V08MHZ2、引腳功能說明圖61為ATMEGA16單片機(jī)引腳配置圖。19PB0XCK/T01PB1T12PB2AIN0/INT23PB3AIN1/OC14PB4SS5PB5MOSI6PB6MOSO7PB7SCK8RESET9PD0RXD14PD1TXD15PD2INT016PD3INT117PD4OC1B18PD5OC1A19PD6ICP20PD7OC221XTAL212XTAL113PA7ADC733PA6ADC634PA5ADC535PA4ADC436PA3ADC337PA2ADC238PA1ADC139PA0ADC040PC0SCL22PC1SDA23PC2TCK24PC3TMS25PC4TDO26PC5TDI27PC6TOSC128PC7TOSC229AVCC30GND31AREF32VCC10GND11MAG16U3圖61單片機(jī)引腳配置圖1VCC為數(shù)字電路的電源，GND為地。2端口A（PA7PA0）作為A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端，是8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口A處于高阻狀態(tài)。3端口B（PB7PB0）為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)始終還未起振，端口B處于高阻狀態(tài)。端口B也可以用做其他不同的特殊功能。4端口C（PC7PC0）為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)始終還未起振，端口C處于高阻狀態(tài)。如果JTAG接口使能，即使復(fù)位出現(xiàn)引腳PC5（TD1）、PC3（TMS）與PC2（TCK）的上拉電阻被激活。端口C也可以用做其他不同的特殊功能。205端口D（PD7PD0）為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)始終還未起振，端口D處于高阻狀態(tài)。端口D也可以用做其他不同的特殊功能。6RESET為復(fù)位輸入引腳，持續(xù)時間超過最小門限時間的低電平將引起復(fù)位。7XTAL1為晶振反相放大器的輸入端和內(nèi)部時鐘操作電路的輸入端。8XTAL2為晶振反相放大器的輸出端。9AVCC是端口A與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。不使用ADC時，該引腳應(yīng)該直接與VCC連接。使用ADC時應(yīng)通過一個低通濾波器與VCC連接。10AREF是A/D的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。612ATMEGA16L單片機(jī)最小系統(tǒng)ATMEGA16L單片機(jī)內(nèi)含有FLASH程序存儲器和SRAM數(shù)據(jù)存儲器，故在一般情況下不需要擴(kuò)展存儲器。在該單片機(jī)的XTAL1和XTAL2之間加上08MHZ的晶振，并通過20PF左右的電容接地為單片機(jī)提供工作時鐘，在9引腳加上低電平復(fù)位的復(fù)位電路并為單片機(jī)加上4060V電源后，ATMEGA16L單片機(jī)即可正常工作。以上三部分共同組成了ATMEGA16L單片機(jī)的最小系統(tǒng)。613RS232通訊協(xié)議1波特率9600BIT/S,8BIT,1位停止位,無校驗(yàn)位2格式EBH地址，命令，數(shù)據(jù)長度，數(shù)據(jù)N，冗余EBH為幀起始位，以二進(jìn)制表示為11101011地址設(shè)備的通訊代號，出廠時已設(shè)定好，用戶不能修改，同一型號的所有設(shè)備共用一個相同的地址。命令用十六進(jìn)制數(shù)據(jù)代表的操作。數(shù)據(jù)長度發(fā)送或接收的信息字節(jié)數(shù)，它只包括數(shù)據(jù)1到數(shù)據(jù)N的個數(shù)。冗余用來判斷發(fā)送或接收是否正確的信息，在發(fā)送時由發(fā)送端計算，在回送信息中由設(shè)備自動計算。計算方法為冗余地址命令數(shù)據(jù)長度數(shù)1數(shù)N如果冗余EBH，則發(fā)送反碼，即冗余14H；若冗余有進(jìn)位，則將進(jìn)位取消只取低八位即可。例冗余2AH01H01HF3H11FH則將進(jìn)位取消即為冗余1FH。21614無線通訊協(xié)議1協(xié)議說明通訊中，主機(jī)與從機(jī)之間采用嚴(yán)格的“一問一答”式的通訊機(jī)制A從機(jī)接收到主機(jī)發(fā)過來的數(shù)據(jù)后都要回復(fù)一個應(yīng)答數(shù)據(jù)包，來告知主機(jī)接收到的數(shù)據(jù)是否正確。B主機(jī)接收到從機(jī)發(fā)過來的數(shù)據(jù)后都要回復(fù)一個應(yīng)答數(shù)據(jù)包，來告知從機(jī)接收到的數(shù)據(jù)是否正確。2錯誤處理A通過2個機(jī)制保證協(xié)議楨的完整性I字頭0XAA,0X55。表示協(xié)議楨的開始。有這個字頭，可以將多個楨連續(xù)發(fā)送，主機(jī)或上位機(jī)和從機(jī)或下位機(jī)根據(jù)字頭來確定一楨的開始。II檢查校驗(yàn)和是否正確。B如果從機(jī)應(yīng)答超時500MS），主機(jī)或上位機(jī)重發(fā)，如再次超時，則放棄此指令。C如果從機(jī)返回數(shù)據(jù)錯誤校驗(yàn)和錯誤、指令錯誤等，主機(jī)應(yīng)重發(fā)3次。如仍然錯誤，則放棄此指令。D波特率19200BPS，8數(shù)據(jù)位，1停止位，CRC校驗(yàn)位。E對于有符號數(shù)據(jù)，最高位為符，0為正，1為負(fù)，例如0X1016，0X9016。7結(jié)論與展望71結(jié)論基于無線控制的危險品拖運(yùn)AGV小車自動化程度高，可以保障系統(tǒng)在人工測量定位尋軌引航的情況下，將危險貨物沿預(yù)定的軌道從起點(diǎn)運(yùn)送到目的地，相對于固定的物料輸送線在占地最少的情況下，具有最大交叉能力。AGV的另一個特點(diǎn)是柔性好，自動化程度高和智能化水平高，AGV的行駛路徑可以根據(jù)倉儲貨位要求、生產(chǎn)工藝流程等改變而靈活改變，并且運(yùn)行路徑改變的費(fèi)用與傳統(tǒng)的輸送帶和剛性的傳送線相比非常低廉。歷時三個月的設(shè)計過程中，我邊查資料，邊在實(shí)驗(yàn)室焊接小車的線路板。在焊接過程中，我感覺到即使是一個簡單的電路，要想很輕松的焊好，也不是很容易的事情。有時是“虛焊”的原因，有時可能是阻值選錯。這使我深深感22受到理論與實(shí)際間的差距。通過這樣的設(shè)計，提高了我的動手能力。72發(fā)展趨勢本作品在實(shí)際的用途上還有很大的發(fā)展空間，而且應(yīng)用范圍還很大?？傮w可以概括為以下幾個方面。（1）在電機(jī)調(diào)速方面，可以再加上一個速度傳感器結(jié)合PID算法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的模糊控制，這樣小車的行駛將更加穩(wěn)定。（2）在小車上可以加上軌跡記憶存儲的功能，這一功能在工業(yè)現(xiàn)場尤為必要。（3）在尋軌、測距、顯示、報警的基礎(chǔ)上可以加上語音識別功能，從而豐富人機(jī)交互方式，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)操作的智能性。參考文獻(xiàn)1童詩白,華成英模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M高等教育出版社,20042康華光電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分M高等教育出版社,20063劉海成AVR單片機(jī)原理及測控工程應(yīng)用基于ATMEGA48/ATMEGA16M北京航空航天大學(xué)出版社,20084張軍,宋濤AVR單片機(jī)C語言程序設(shè)計實(shí)例精粹M電子工業(yè)出版社,20095馬潮AVR單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用實(shí)踐M北京航空航天大學(xué)出版社,20076周興華手把手教你學(xué)AVR單片機(jī)C程序設(shè)計M北京航空航天大學(xué)出版社,20097魏崇毓無線通信基礎(chǔ)及應(yīng)用M西安電子科技大學(xué)出版社,2009238劉同法單片機(jī)外圍接口電路與工程實(shí)踐M北京航空航天大學(xué)出版社,20099索雪松,紀(jì)建偉傳感器與信號處理電路M水利水電出版社,200810國林等數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)M清華大學(xué)出版社,200611呂廣明工程機(jī)械智能化技術(shù)M中國電力出版社,200712李玉民物流技術(shù)與裝備M上海財經(jīng)大學(xué)出版社有限公司,200813孔令中現(xiàn)代物流設(shè)備設(shè)計與選用M化學(xué)工業(yè)出版社,200614張鐸,鮑新中倉儲規(guī)劃與技術(shù)M清華大學(xué)出版社,200215徐正林,劉昌祺自動化立體倉庫實(shí)用設(shè)計手冊M中國物資出版社,200916陳立元,范逸之,廖錦棋VISUALBASIC2005與自動化系統(tǒng)監(jiān)控（串并行控制）J清華大學(xué)出版社,2008121517寧煥生,王炳輝RFID重大工程與國家物聯(lián)網(wǎng)M機(jī)械工業(yè)出版社,2009附錄1電路原理圖24PB0XCK/T12AIN3O4S5M678RE9DLGFVUMEGAW下YP2程序INCLUDEINCLUDEDEFINELCD_EN_PORTPORTA/以下2個要設(shè)為同一個口DEFINELCD_EN_DDRDDRADEFINELCD_RS_PORTPORTA/以下2個要設(shè)為同一個口DEFINELCD_RS_DDRDDRADEFINELCD_DATA_PORTPORTA/以下3個要設(shè)為同一個口DEFINELCD_DATA_DDRDDRA/一定要用高4位DEFINELCD_DATA_PINPINADEFINELCD_RS1PA2/0X04PORTA2OUTDEFINELCD_EN1PA3/0X08PORTA3OUTDEFINELCD_DATA1PA4|1PA5|1PA6|1PA7/0XF0PORTA4/5/6/7OUTEXTERNVOIDLCD_INITVOID25EXTERNVOIDLCD_EN_WRITEVOIDEXTER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