利用電磁導航的AGV設計

摘要：隨著(zhù)物流系統的迅速發(fā)展，AGV的應用范圍也在不斷擴展，為了滿(mǎn)足用戶(hù)功能、價(jià)格、質(zhì)量方面需求的AGV系統，研究設計了一種基于電磁導航的無(wú)人駕駛小車(chē)系統方案。通過(guò)實(shí)際硬件實(shí)驗，系統能夠達到預期設計要求，能夠廣泛運用于工業(yè)、軍事、交通運輸、電子等領(lǐng)域，具有良好的環(huán)境適應能力，很強的抗干擾能力和目標識別能力。
關(guān)鍵詞：電磁導航；AGV；無(wú)線(xiàn)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)導引裝置，能夠沿規定的導引路徑行駛，具有各種移載功能的運輸車(chē)。無(wú)人AGV廣泛地應用于現代工業(yè)控制系統中，能完成人工條件下不能完成的任務(wù)，可以保障系統在不需要人工導航的情況下自動(dòng)行駛。
AGV包含了自動(dòng)控制系統、引導方式的系統和信息無(wú)線(xiàn)傳輸等部分。通過(guò)各種算法研究，該設計有效地確定了小車(chē)的位置且能很好控制小車(chē)運行狀態(tài)。小車(chē)運行時(shí)，可以實(shí)時(shí)采集數據并傳回電腦，從而很好地對周?chē)h(huán)境進(jìn)行監控。系統利用電磁軌道(Electromagnetic path-following System)設立其行進(jìn)路線(xiàn)，電磁軌道黏貼於地板上，無(wú)人搬運車(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。根據小車(chē)采集的信息，上位機給小車(chē)發(fā)送指令，控制攝像頭轉動(dòng)，以便獲取不同區域的視頻信息。

1 系統硬件設計
AGV系統結構框如圖1所示，上位機首先通過(guò)遙控的方式給小車(chē)指定運行路徑；小車(chē)上的電磁傳感器將采集到的電磁信號經(jīng)過(guò)放大檢波變成直流電壓信號，單片機再對該信號進(jìn)行模／數轉換，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，從而實(shí)現小車(chē)沿著(zhù)導線(xiàn)的中心自動(dòng)運行；最后，小車(chē)采集的數據實(shí)時(shí)傳回電腦顯示，與此同時(shí)，上位機可給小車(chē)發(fā)出指令，讓小車(chē)執行相關(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系列單片機中的一款增強型16位單片機MC9S12DG128(以下簡(jiǎn)稱(chēng)DG128)，片內資源及I／O接口豐富，接口模塊包括SPI，SCI，IIC，A／D，PWM等，在汽車(chē)電子應用領(lǐng)域具有廣泛的用途。
MC9S12G128的單片運行方式是最常用的應用方式。因片內已經(jīng)有較大的RAM，FLASH空間，一般無(wú)需擴展外部RAM或外部FLASH。本設計應用DG128來(lái)實(shí)現對系統的總體控制。
1．2 速度采集模塊
速度檢測利用霍爾效應來(lái)實(shí)現。當一塊通有電流的金屬或半導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U，其表達式為：
U=K·I·B／d (1)
式中：K為霍爾系數；I為薄片中通過(guò)的電流；B為外加磁場(chǎng)(洛倫茲力Lorrentz)的磁感應強度；d是薄片的厚度。
霍爾片的輸入端是以磁感應強度B來(lái)表征的，當B值達到一定的程度時(shí)，霍爾開(kāi)關(guān)內部的觸發(fā)器翻轉，霍爾開(kāi)關(guān)的輸出電平狀態(tài)也隨之翻轉。輸出端一般采用晶體管輸出，和接近開(kāi)關(guān)類(lèi)似。當有磁鋼接近霍爾片的時(shí)候時(shí)(在一定的距離范圍內才有反應)，設置單片機定時(shí)器的時(shí)間為t，計數器計數為n，一個(gè)轉盤(pán)上的磁鋼數量為s，則轉速(單位：r／s)的計數公式為：
speed=(n／s)／t (2)