孫暢 徐洪亮

摘 要：本文設(shè)計(jì)以單片機(jī)ATmega16作為智能小車控制系統(tǒng)主控芯片，利用循跡傳感器模塊控制小車行走路線，光電傳感器模塊識(shí)別小車在行進(jìn)過程中遇到的障礙物，超聲波傳感器測(cè)量小車行駛距離并通過顯示模塊12864進(jìn)行顯示，由于AVR單片機(jī)控制精確、操作簡(jiǎn)單，在制造業(yè)、倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)和特種行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：ATmega16;智能AGV小車;循跡傳感器

0 引言

科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，人工智能系統(tǒng)開發(fā)研究受到廣泛關(guān)注。智能AGV小車在倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)、制造業(yè)、危險(xiǎn)場(chǎng)所和特種行業(yè)有廣泛的應(yīng)用前景。譬如在一些汽車領(lǐng)域，如雪佛蘭、豐田等汽車廠配線上有廣泛的應(yīng)用，經(jīng)過使用了AVG作為載運(yùn)工具裝配線后，減少裝配時(shí)間和故障率。本系統(tǒng)基于AVR單片機(jī)智能AGV小車控制系統(tǒng)研究，能夠自動(dòng)識(shí)別前方道路、障礙物檢測(cè)等功能。

1 控制系統(tǒng)總體構(gòu)成

通過循跡傳感器確定小車按照規(guī)定的軌跡行駛，光電傳感器檢測(cè)前方道路障礙物，超聲波傳感器測(cè)量小車行駛的距離，通過傳感器檢測(cè)到的數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)，單片機(jī)通過處理電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)智能小車的左右，前進(jìn)，并進(jìn)行前方障礙物檢測(cè)和測(cè)量行駛距離，結(jié)果會(huì)顯示在智能小車上。

圖1 ?系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 控制系統(tǒng)硬件組成與實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)主控制模塊

該芯片不僅功耗低，性能也高，運(yùn)行速度快，而且擁有8位AVR微處理器，32個(gè)8位通用工作寄存器，16KB的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，內(nèi)存量大，還擁有上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測(cè)功能，支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試功能，32個(gè)可編程I/O口，而且功耗小。

2.2 系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片主要對(duì)智能AGV小車速度和方向起到一個(gè)控制的作用，速度控制采用ATmega16單片機(jī)定時(shí)中斷法產(chǎn)生PWM方波控制速度，方向采用H橋式電路進(jìn)行電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制。速度和方向同時(shí)控制采用專用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，例如L298N、L297N、AQMH2407等電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，電路具有抗干擾能力的問題，于是我們?cè)诳紤]芯片鏈接、驅(qū)動(dòng)等問題就可以迎刃而解。

2.3 系統(tǒng)輸入模塊

2.3.1 循跡傳感器

智能AGV小車的行進(jìn)軌跡的檢測(cè)是采用循跡傳感器，采用TCRT5000反射式傳感器的紅外發(fā)射二極管不斷發(fā)射紅外線，紅外接收管在發(fā)出的紅外線沒有被反射回來或者反射強(qiáng)度不夠大時(shí)候，它會(huì)一直處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)輸出的模塊為高電平，二極管會(huì)一直處于熄滅狀態(tài);紅外線被反射回來且強(qiáng)度足夠大，紅外接收管飽和，此時(shí)模塊輸出端為低電平，二極管被點(diǎn)亮。

2.3.2 光電傳感器

系統(tǒng)采用光電傳感器也叫光電開關(guān)來檢測(cè)智能AGV小車行進(jìn)軌跡上的障礙物，光電開關(guān)上三根不同顏色的線，紅色接4.5-5V電源，黃色接單片機(jī)。

2.3.3 超聲波傳感器

針對(duì)檢測(cè)AVG小車的形式距離，我們采用的是超聲波傳感器來檢測(cè)。HC-SR04超聲波檢測(cè)行駛距離精度可達(dá)3mm。我們采用IO口TRIG測(cè)距，給最少10us的高電平信號(hào)，通過檢測(cè)是否有信號(hào)返回，如果有信號(hào)返回，則可以通過輸出的一個(gè)高電平信號(hào)，信號(hào)持續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)說明超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間越長(zhǎng)。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)通過C語言編程，完成檢測(cè)信息的處理和分析，并發(fā)出相應(yīng)的控制指令，改變智能AGV小車的行進(jìn)方向，其控制流程如下：

首先，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)流程，利用ATmega16定時(shí)1中斷法產(chǎn)生PWM方波，利用PB0、PB1、PB2、PB3控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而可以控制智能AGV小車的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)。

其次，初始化系統(tǒng)，小車行駛過程中是否有障礙物，檢測(cè)有障礙物時(shí)，PD7口輸出低電平，單片機(jī)檢測(cè)到信號(hào)之后判斷左轉(zhuǎn)或者右轉(zhuǎn)，無障礙物時(shí)保持原來速度繼續(xù)前進(jìn)。

最后，利用三塊循跡傳感器放在小車的前下方，尋找小車的行進(jìn)軌跡，單片機(jī)檢測(cè)到小車信號(hào)為111，小車前進(jìn);檢測(cè)到信號(hào)為110，小車右轉(zhuǎn);檢測(cè)到信號(hào)為011，小車左轉(zhuǎn)。

4 結(jié)論

本文主要是基于AVR單片機(jī)和傳感器技術(shù)原理，以ATmega16單片機(jī)為主控芯片，采用L298N為驅(qū)動(dòng)元件，通過硬件設(shè)計(jì)和軟件編程制作了一套完整、功能模塊化、反應(yīng)較為靈敏的智能AGV小車控制系統(tǒng)。經(jīng)過對(duì)該智能AGV小車進(jìn)行檢測(cè)測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該智能AGV小車能很好完成循線、避障、測(cè)距功能。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉治滿.AVR單片機(jī)（C語言）項(xiàng)目開發(fā)實(shí)踐教程[M].北京：人民郵電出版社，2015.

[2]彭偉.單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)100例 [M].北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2012.