田璞 刘圣元 许渝婕 徐永坤
临沂大学 山东省临沂市 276000
摘要：随着科学技术的发展，AGV机器人不仅在生活、生产、医疗等各个方面均有应用，其应用范围也涉及航天、军事等领域。由于智能机器人具有安全稳定、等优点，且能够在复杂环境中完成人们难以完成的困难任务，已经成为国民生活、生产必不可少的部分。
AGV车集各种高科技技术等于一体，是现代化智能的代表。AGV小车上安装相应的传感器即可实现自动循迹、自动避障等功能，即按照预设的轨迹自动行驶，遇到障碍就自动的做出反应，发出警告或停止。在此基础上越来越多的AGV小车添加了实时视频和语音控制的功能，不仅可以实时监测AGV小车作业环境，使复杂环境中AGV小车完成任务得到了保障，还给人们的生活带来了乐趣。AGV小车的研究和应用对我们的生活和生产等方面都具有极大的影响。
关键词：AGV；位置信息；调度
一、引言
随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，人工智能技术在近些年来飞速发展。目前，基于人工智能技术的AGV小车在航空航天、军事、生活、生产、医疗中均有应用，AGV智能车已经影响了人们生活的方方面面。AGV小车的自动驾驶将给人们的出行带来极大的便利，为改善道路交通安全等做出巨大的贡献。目前无人驾驶的自动控制汽车正处于火热的研究中，若此研究成功地应用于实际中，将给人类社会带来巨大的影响。
此外，AGV小车还可以在复杂环境中从事人们无法从事的危险性工作，如上海交通大学研究的消防六足AGV智能车在一定程度上可以代替消防员进行救援活动，若继续优化其性能，使其控制精度进一步加强，则可为消防人员实施救援提供有力的帮助。AGVAGV小车具有操作精度高，运行成本低的特点，大大减轻工人们的劳动压力，提高生活质量。因此，本文AGV小车的研究在理论和实际中都有着十分重大的意义。
二、总体设计
随着人工智能技术的快速发展，AGV小车逐渐应用到生产、生活等多个领域。基于单片机的AGV小车具有控制简便、结构轻巧、功能强大等优点。在很多复杂环境中AGV小车能够代替人们高效的完成任务，既保障了工人的安全又节省了成本，给人们带来了巨大的社会效益。
小车具有自动避障、循迹等功能，相应的控制系统主要分为以下几个模块：微控制器模块、电机驱动模块、超声波避障模块、红外循迹模等。系统以STC89C51单片机为核心，对传感器传来的信号进行判断，并对AGV小车的运动方向、车速等进行及时调整。
（1）微控器制模块：收集传感器传来的信息并处理，协调智能AGV小车系统的各个部分，是AGV小车系统的核心部分。本设计采用STC89C51芯片作为主控制单元，其操作简单、成本低、抗干扰能力强；
（2）电机驱动模块：采用L298N芯片[4]做为电机驱动芯片，其内部有H桥电路，响应频率高，可以控制直流电动机和步进电动机。采用直流电机，并依靠PWM脉冲编码来改变平均电压的大小，从而控制智能AGV小车的运动状态，如车轮的转向与速度；
（3）电源模块：采用电池为系统供电，保证智能AGV小车系统中的各个模块电量充足；
（4）超声波避障模块：小车在运动过程中利用超声波对障碍物进行检测，可以清楚的测量出小车到障碍物之间的距离，并将信号传回主控制器；
（5）红外循迹模块：采用红外传感技术，对小车的路径进行规划。
直流电机调速有两种方法，一种是直接调整电压，另一种是通过PWM进行调节。
本文采用PWM脉冲宽度调制的方法来改变发电机的转速，根据负荷的变化来调节的导通时间，来实现其导通时间的改变。对逆变电路开关器件的开断进行控制，使其输出一系列幅值相等的脉冲，并用这些脉冲代替正弦波来得到本设计所需要的波形。即调整直流电源开关电压的占空比，来改变负载上的平均电压，使加在直流电机两端的电压输出为方波。
通过改变方波的占空比对小车的速度进行调节，既改变输出电压的大小，又可以改变输出的频率，不仅大大简化了电路，还具有稳定度高、简单方便、损耗小、噪声抵抗力强、无需进行数模转换等优点。因此PWM控制小车的速度是本设计的最佳选择。
迹模块利用红外探测法，即色和其他颜色对红外线有不同的反射能力，单片机根据反射回来的光信号确定AGV小车的行动路线。红外传感器不断地发出红外光线对路径进行检测，用光敏二极管接收反射回来的信号，并通过电阻将电信号转换为数字信号，再由单片机进行处理。
本设计采用红外反射传感器TCRT500，其电路实现比较简单，易于操作，由一个光电二极管发出红外光，另一个灵敏度较高的晶体管接收返回的红外光线。如果遇到黑线，小车接收不到返回的红外光线，光敏二极管不能通过信号，输出高电平；而在其他颜色的地板上行驶时则会返回红外光线，光敏二极管导通，输出低电平，并通过电压比较器LM393对电压进行比对，从而输出一定的信号。
单片机会根据能否收到返回的红外光线，来确定AGV小车接下来的运动方向，但红外探测器只在一定的区域内有效，大多情况下为15cm左右。所以应该合理考虑传感器的摆放位置与摆放角度，使红外传感器能够充分发挥其功能。本文将4个红外传感器不分布在一条直线上，而是前后交替分布分布，大致呈M型分布，使得AGV小车在转弯时也能够很好的检测到黑线，并及时做出反应。
本设计的软件编程主要应用Keil4，其语言主要使用C语言，与汇编语言相比较为简单，在结构性、应用性等方面具有显著优点。参照硬件的设计思路，本文对软件也分模块编写程序。超声波避障模块采用端口TRIG发出10us以上的信号，且自动检测是否有信号返回，若有信号返回则在ECHO端口输出一个高电平。本模块的软件设计简单，在接收口一旦输接收到高电平信号就马上开定时器定时，待其变为低电平时就可以读取定时器的值，即为此次测距的时间，如此反复的测量，便可测得小车到障碍物的距离。按此原理对超声波避障模块进行编程
三、总结
本设计的主控芯片为STC89C51单片机，能够实现自主避障和自动循迹。4个红外传感器使得小车可以在预定的黑线轨道上行驶，即使在弯道过急的地方也可以转弯。本设计的小车操作简单方便，取材简单，具有极大的可塑性，便于之后对小车功能的拓展。本设计中的智能小车采用STC89C51单片机作为主控制芯片，原理简单、内存空间大，为本设计的实现提供了有力的基础。
参考文献
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[5]朱天宇，谭琳.激光导引四轮驱动型AGV小车模糊控制的研究[J].机电工程，2013,30(8):1025-1028.
作者简介:田璞(1999-)，女，临沂大学本科，研究方向：控制科学
刘圣元(2001-),男，临沂大学本科，研究方向：土木工程
本文为临沂大学2019年度国家级大学生创新创业训练计划项目结题成果(项目编号:S201910452032)