自动导向小车（共7篇）
自动导向小车 篇1
0 引言
自动导引小车AGV(Automated Guided Vehicle)是一种自动化物料搬运设备,它具有自动化程度高、应用灵活、安全可靠、无人操作、施工简单及维修方便等诸多优点,因而广泛应用于汽车制造业、烟草行业、工程机械行业、机场等物资运输场所。AGV同时也广泛应用于柔性生产系统(FMS)、柔性搬运系统和自动化仓库中。AGV是现代物流系统的关键设备,它对于提高生产自动化程度和生产效率有着重要意义。
1 AGV小车体系结构
1.1 AGV的基本运行方式
自动导向车系统(以下简称AGVS)是无人控制的自动化系统,主要由自动导向车(以下简称AGV)、地面管理系统(VSM)、导引系统、地址编码系统、通读系统、停车站、充电站和周边设备等基本单元组成。其中AGV是自动导向车系统的主要部分之一。AGV的优点包括能实现柔性运输、使用灵活、运输效率高、节能、系统工作可靠、无公害及改善工作环境。
随着AGVS技术的不断进步,AGV的运行方式有很大变化。大体有两种小车控制方案:
第一种控制方案设计思想是强调小车的智能水平,只需操作者通过车上终端设备或由AGV地面管理系统(以下简称VSM)通过FSK无线感应式数字通讯方式向车载微电脑系统输入诸如目标地址或工艺路线编号等信息,小车就能在车载微电脑控制下按要求完成一系列作业。该控制方案不需要VSM给予更多的支持。
第二种控制方案设计思想是强调VSM的作用,由VSM对系统中的AGV进行实时控制。AGV与VSM间以无线数字通讯方式交流信息,VSM掌握系统中各小车的实时位置和状态,对小车进行实时控制和调度。该方案技术关键的障碍是无线数字通讯环节,一旦通讯环节受到干扰小车就要失控。
1.2 AGV导向系统
AGV导向系统是AGVS的基本组成部分之一。近年来AGV导引技术已经有很大发展。十年前几乎所有AGV都是采用电磁波导引,而今光电导引、磁电导引、磁气导引、化学导引、以及诸如三维空间导引、网格导引、惯性导引等无导引线的导引技术已占据市场相当大的比例。
1.3 AGV的区域自锁
为了防止AGV小车在合流点以及追尾相撞,在系统中划分若干区域并规定在一个区域里只允许有一辆车进入以防止小车相撞。在用户系统中常有一些分支(道岔)和交叉路口,为了防止AGV小车在这些地方的合流点处发生撞车事故,规定当有一辆车进入道岔合流部区域时不允许再有其它车辆进入该区域,对该区域实行闭锁。当这辆车驶离该合流点后才允许其它车辆进入该合流部区域,这样就能有效地防止来自不同方向的车辆在道岔或交叉路口合流处发生撞车事故。
1.4 AGV通讯
AGV通过通讯手段与VSM(地面管理系统)互相联系和传送信息。通常使用的通讯方式有:超短波无线数字通讯、FSK无线数字通讯、红外光通讯等。其中超短波无线数字通讯和FSK无线数字通讯用于AGV小车与AVSM间的通讯,而红外光通讯主要用于AGV小车与地面周边设备,如辊子输送机间的通讯。美国WEBB公司AGVS采用载频460M-465MC超短波无线数字通讯,发射功率为此1W。采用超短波无线数字通讯的主要问题是首先必须向无线电管理部门提出申请,履行波道审批手续,而这个过程可能耽误较长的时间。
另一个问题是工业干扰问题。为了防止干扰,要对工业现场电磁场分布做详细测试,选择一个最有利的位置安放无线通讯设备,这是比较难做的工作。这里向用户推荐长波FSK感应式无线数字通讯方式,因为长波在我国很少使用,同时采用感应式通讯方式不需很大的发射功率,因而在工业现场使用时即不会干扰周边其它设备,也不易受其它设备的干扰,工作可靠。
1.5 AGV地址识别技术
在AGV场中每一个道岔、交叉路口和停车站都设置一个携址装置或设施,每一辆AGV小车上都装有一个地址编码阅读器,这些就构成了地址编码系统。AGV小车靠系统中的携址装置或设施了解当前行驶到什么地方,从而决定下一步的去向或操作。目前常见的地址码系统有以下几种:发射机应答器、磁编码系统、光地址编码系统、感应式地址编码系统。
1.6 AGVS中的停车站
AGVS中的停车站按其功能分为装/卸载停车站、工位停车站和排队停车站。
1.7 AGV蓄电池充电
AGV小车的能源是蓄电池,补充能量是不可忽视的环节。目前在AGVS中常用在线自动充电和人工充电两种充电方法,究竟用那种方法充电要由所用蓄电池种类而定。目前AGV小车所用的蓄电池主要有铅酸蓄电池和镍铬或铁镍碱性蓄电池两大类。其中铅酸蓄电池价格便宜充电时间较长(一般要10个小时左右),寿命较短(一般1-2年)。碱性蓄电池价格比较贵,可快速充电,使用寿命较长。
1.8 AGV的行走机构
早期AGV小车自动运行时只能单向行驶,因而适用环境受到局限。为了满足工业生产的要求,近年来国外已有在自动运行时能前进和后退甚至全方位行驶(前进、后退、侧向和旋转)的AGV产品了,这些成就归功于行走机构的进步。
(1)两轮差速的行走机构
这种行走机构简单,工作可靠,成本低。在自动运行状态下小车能做前进、后退行驶并能垂直转弯,机动性好。
(2)三轮行走机构
三轮行走机构的AGV小车结构简单,控制容易,工作可靠,造价低。该车手动时可前进、后退和转弯,自动运行时只能单向行驶,转弯时后轮中点轨迹偏离导引线(轮迹呈曳物线)。
(3)带舵轮的四轮行走机构
带舵轮的四轮行走机构是在三轮行走机构基础上演变过来的,这种AGV小车在自动运行状态下可全方位行驶,转弯时前后车轮均能跟踪导引线轨迹,机动性比三轮车好,适用于狭窄通道作业环境。
(4)其它形式的行走机构
近年来国外公司不断研究出新的行走机构,其中最有代表性的属瑞典麦卡纳姆公司的行走机构。该行走机构设计新颖、机构紧凑,四个驱动车轮以铰接形式分别布置在底盘的四个角上。运行时分别控制四个车轮的转向和转速,利用速度矢量合成原理实现驾驶。这种AGV小车可实现全方位行驶。
2 结束语
近年来AGV和AGVS技术发展很快,体现在:小车向智能化方向发展,车型品种繁多;系统采用计算机分级管理,在控制方面采用集散式控制技术;在通讯方面采用无线数字通讯、FSK(移频键控)、感应式数字通讯、红外通讯技术;在地址识别方面采用射频识别技术、光电识别技术、磁电识别技术;在车群管理方面采用分区控制、小车实时控制、优化调度、在线自动充电和模拟显示等先进技术。随着新技术的不断发展,AGV技术已广泛应用各项领域。
摘要：自动导向小车(AGV)是现代自动仓储技术发展的趋势,它能实现柔性运输、使用灵活、运输效率高、节能、系统工作可靠、无公害,并且可以改善工作环境,大大节约人工成本,在发达国家已经得到了广范的应用,对提高生产自动化程度和生产效率有着重要意义。
关键词：AGV,自动化
参考文献
[1]储江伟,郭克友.自动导引车辆(AGV)引导技术分析[J].起重运输机械,2002,1(11).
[2]王宏玉.探密AGV.现代物流[J],2005,(5):50-51.
[3]张正义.AGV技术发展综述[J].物流技术与应用,2005,10(7):67-73.
自动导向小车 篇2
当前,翻转课堂的相关研究和教学改革成为教育领域的一个热点,无论是广大高校、中小学,还是职业教育领域,翻转课堂正在成为一个热门话题,这一点从近几年的相关研究文献即可见一斑。通过中国知网检索“翻转课堂”可以发现,国内相关研究起始于2012 年,当年相关文章只有12 篇,随后呈现出爆发式的指数级的增长,2013 年达到133 篇,2014 年激增至1013 篇,这说明翻转课堂相关研究已成为当下最具潜力的一个研究热点。
近三年来围绕翻转课堂的教学改革和培训非常活跃,大部分研究者肯定了它的积极意义,但在教学实践中切实取得成效却并不容易,翻转课堂在现实课堂中的落地还需要精心的设计与实施。教学改革历来有求新的趋向,在职业教育领域行动导向教学法就是曾经的新鲜事物,而现在已发展为一种基本的教学模式,当职业教育又一次面临翻转课堂这个新生事物,如何应对就是一个值得探讨的问题。行动导向教学法作为职教领域一种主流而又颇具特色的教学模式,经过多年的教学实践也越发成熟,并积累下很多优质资源和实践经验,面临翻转课堂的教学改革广大教育从业者理应以继承、创新与发展的眼光来审视这种旧有的教学模式。探索行动导向教学法与翻转课堂相结合的教学模式与方法,对于当下职业教育的教学改革意义非凡,它甚至意味着一种具有鲜明职业教育特色的翻转课堂教学模式。
二、行动导向教学法与翻转课堂的基本教学思想和特点
行动导向作为德国80 年代职业教育教学改革的核心,突出的教学变革体现为:第一,行动导向教学的目标是职业行动能力的培养。职业行动能力特别是其中的“关键能力”不能通过传统的学科性的传授式教学来实现,而社会交往能力、工作方法能力以及职业道德也不应该通过专门的课程来传授,而应该将其融入专业内容学习中,在行动中习得。第二,行动导向教学是以真实的工作任务为学习内容,主张完整性的学习。行动导向教学在职业教育中引入以职业任务和未来工作任务为导向的“工作领域”[1],它打破了传统教学模式的学科界线,由师生共同确定的行动产品来引导教学组织过程,学生通过主动和全面的学习,达到脑力劳动和体力劳动的统一[2]。在行动导向的学习活动中,学生针对职业工作过程开展从计划、实施、评价等完整性的学习,学生对于将要完成的行动产品和实际的工作过程有深刻的认识,而这也促进了他们职业行动能力的发展。第三,行动导向教学改变了传统的师生角色,给学生以学习的主体地位。这种教学模式将学生看作是积极的行动者,提倡学生在学习过程中的自我控制,他们可以独立地对自己的学习任务负责,在信息的获取、计划的制定、实施以及评估等阶段由个人或者通过小组互动来推进工作,而教师转变为咨询者,在必要时给学生以说明、指导或其他帮助。第四,行动导向教学模式有多种具体的教学方法,而无论是项目教学法、引导文教学法,还是头脑风暴法、角色扮演法等等不同的方法,它们却有着相对统一的教学流程,而这种统一性源于职业工作过程。
翻转课堂是最近几年在全球教育界广受关注的一种教学改革模式,它于最近两年连续入选了新媒体联盟出版的地平线报告,被认为会对近几年的教育产生较大影响的改革形式。翻转课堂颠覆了传统的课堂教学结构,教学过程的四个要素——教师、学生、教学内容和教学媒体的作用和地位发生了巨大的改变[3],确立了一种新的教学模式,学生在课前借助教师开发和提供的学习材料完成新知识的学习,而课堂上借助教师的指导和同伴的互动完成知识的内化,这与传统教学在课堂上进行知识传授,而课下借助作业或实践进行知识内化是完全颠倒的,这是翻转课堂的最为突出的特征。张新明等人进一步指出翻转课堂成功的关键在于两点:第一,课外真正发生了深入的学习;第二,高效利用课堂时间进行学习经验的交流与观点的相互碰撞能够深化学生的认知[4]。翻转课堂同样颠倒了传统课堂教学中的师生角色,特别突出了学生在教学过程中的主体地位,它建立了一种新的师生关系。在翻转课堂教学过程中,教师是主要的推动者,教师要对课前和课上的教学内容和教学活动进行针对性的设计,组织学生在课前进行自主学习,在课堂上通过实施适当的教学活动促进学生的交流和反思。而学生是在教师的指导下,按照学习材料的要求进行自主学习,他们也可以借助测试材料对自己的学习进行反馈,在课堂教学中学生处于主体地位,他们通过展示、汇报、辩论、比赛、讨论以及评价等主体性的活动将知识进行内化。
三、行动导向教学背景下的翻转课堂教学流程设计
行动导向教学与翻转课堂是两种截然不同的教学模式,其特点也都非常鲜明,但是它们在师生的角色定位上是相同的。两者都强调学习者的主体地位,也都鼓励学生开展自主化的学习,而教师不再负责知识的直接传授,他们通过教学情境的创设和教学设计对学生的学习产生影响,在教学过程中是一个支持者和咨询者的角色。因此,行动导向教学和翻转课堂就有了相互借鉴的基础,甚至可以在一个教学过程中统合这两种教学方法。两者显著的差异使得相互的借鉴有了意义,翻转课堂作为一种新兴的教学模式,其理论基础和教学流程还有待进一步发展,而行动导向教学经历了长期的发展,其教学模式和具体方法都趋于成熟稳定,特别是对于职业教育的翻转课堂实践具有重要的启示意义,这或许意味着一种适应于职业教育的翻转课堂教学模式。
综合分析两种教学模式的特征,研究者认为行动导向教学可以为翻转课堂教学实践提供以下三方面的借鉴。一是职业教育的翻转课堂改革不能偏离职业行动能力培养的目标,仍应按照“工作领域”从整体上来组织课程的翻转计划;二是基于真实的工作任务来组织翻转课堂,并在教学内容的安排上保证任务的完整性,使学生可以认识到学习的意义,并对学习结果形成明确的预期,据此可以较好地调动学生的学习兴趣与动机;第三,两种教学模式在师生的角色定位上具有一致性,都非常重视学生在教学过程中的主体性地位,但行动导向教学更强调学生的独立性,教师提供的帮助和指导相对较少,学生通常可以通过个人以及小组协作完成一系列工作。而在翻转课堂实践中,也应该根据学习内容的综合性以及复杂程度适当减少教师的帮助和指导,让学生有机会独立地开展工作和学习。
行动导向教学是在教师的引导下帮助学习确立工作任务的目标,然后学习者通过计划、决策、实施、检查和评估完成任务,学生在这个过程中学习知识并发展能力。翻转课堂的教学流程也可以向行动导向借鉴,再进行一些适当的调整,从而发展出适应职业教育的翻转课堂的流程模式。在课前学习中,要让学生明确学习的任务,然后通过自学尝试完成任务。首先通过任务书向学生阐明工作情境和具体任务要求,可以较好地调动其学习兴趣与动机,这相当于行动导向教学的咨询环节;学生在具体工作任务的驱动下,借助教师提供的微课以及其他学习材料进行自学,并通过自学页对自己的学习结果进行反馈,以掌握任务相关的知识;然后,学生通过工作页的指引,提出任务相关的材料、元件、原理以及实施方法,尝试设计任务方案。在课堂学习中,学生首先进行小组研讨,交流任务方案,相互答疑,教师可以针对共性问题和难点问题进行讲解;通过答疑环节,学生既可以将其设计的方案进行实施,尝试解决任务;最后,教师引导学生通过小组评价和个人评价完成评估环节,具体流程如下图所示。
四、装料小车自动往返控制的翻转课堂设计
(一)教学目标分析
按照三维教学目标的要求分别阐述如下。知识目标:能够分析、理解和设计位置控制线路;能够分析、理解和设计自动往返控制线路。能力目标:通过完成自学页培养学生独立思考、自主学习的能力;通过对任务的分析、理解,明确任务的要求,联系所学知识,探究线路设计原理,设计出合理电路,并实现知识的迁移;培养学生阅读、分析、比较、表达、归纳的能力。 情感目标:通过本课的学习,培养学生自主学习,主动观察,勇于发现的创新精神,养成良好的学习方法和习惯;发挥学生的主体作用,通过小组讨论和协作培养团队协作精神。
(二)课前自学部分
课前提供给学生的学习材料包括任务书、学习内容说明、微课、自学页、工作页以及教科书,这是课前学生自主学习的指导性文件和基本学习内容。基于行动导向教学的思想,任务书的设计来源于现代化企业生产车间的自动化设备,该具体而真实的任务可以充分调动学生的学习兴趣和动机,同样地,在学习环境的设计方面也应该重视逼真工作环境的设计。学习任务说明给学生的自主学习提供指引,包括要求学习的具体材料、建议的学习条件与时间、可以借助的资源和支持性措施等。自学页以填空题和理解性的提问来设计,学生将其用于自学过程中的检核和反馈性测试,由其个人进行自我测试使用,一是可以起到学习内容检核的作用,提醒学生所学内容的完整性,二是学生可以从自我测试中得到反馈,及时了解自己的掌握情况,便于查缺补漏。自学页提前发给每一位学生,在其自学完成后,课堂教学之前提交,限于篇幅下文仅列出任务书的设计。
【任务书】现代生产企业为提高生产车间物流自动化水平,实现生产环节间的运输自动化,使厂房内的物料搬运全自动化,许多企业(如海尔)在生产车间广泛使用无人小车,小车在车间工作台之间自动往返装料卸料。请设计出装料小车的控制电路图。说明:装卸料小车有3 种运行状态,左行(电动机正转)、右行(电动机反转)和停车,装料小车可以在运行状态中利用按钮直接实现反向,装卸料小车自动往返过程要求利用电力拖动控制电路进行控制。电路要有短路、过载、欠压、失压、终端保护。
(三)课堂教学部分
在课堂教学中,师生主要依据工作页进行学习和交流。“工作页”这一概念源于行动导向的教学思想,它指引学生按照职业工作过程展开行动,在行动中获得职业能力,培养职业精神道德。而工作页的设计又相当于翻转课堂中对课堂教学活动的设计和组织。需要说明的是,工作页也可以作为课前学习的材料,让学生可以先行尝试设计任务方案,需要提前印发给每一位学生。学生依靠自评表进行自我评价和反思,促进其知识和技能的提升。
【工作页】
1. 明确工作任务
(1)分析任务书,你对本装卸料小车自动往返控制任务的理解是?
(2)通过小组交流,并与教师讨论后,对本任务有何进一步的理解?
2. 填写设备清单,描述设备功能。表格如下,限于篇幅有缩减。
3.绘制控制方案电路工作原理图。
4.描述控制方案电路通电试车步骤。
5.检验电路设计是否符合任务要求。
【自评表】
要求学生通过自我评价表,对自己的学习结果进行检核与反思,以促进职业素质与能力的发展。主要评价项目为:能否独立完成自学内容、根据任务要求选取合适的元件、根据任务要求完成原理图的设计、主动参与讨论、能为小组提供新的思路、能促进其他同学的理解等,要求学生按照五级等次对自己的掌握情况进行判断。学生还要按照以下问题就自己的学习进行反思:你在完成工作的时候遇到了哪些问题,如何解决的?本项目的学习中,给你感受最深的是什么?你学到了什么知识点?你收获最大的是什么?
摘要：本文通过分析行动导向与翻转课堂两种教学模式的基本思想和特点,发现它们具有一定的共性,可以在职业教学过程中将其统合,从而提出了一种融合行动导向思想的翻转课堂的教学设计方法,并以装料小车自动往返控制电路设计的教学为例进行说明。
自动循迹小车 篇3
整个系统由MSP430F5529、LDC1000评估模块、电机驱动模块等模块组成。各模块的系统框图如图1所示。
1.1 单片机模块
方案一:AT89C51单片机。控制简单, 其运算速度慢, 片内资源很少, 存储器容量也小, 难以作较复杂的程序设计和实现复杂的算法。
方案二:MSP430单片机。超低功耗, 存储量大, 外部扩展能力强, 控制功能强。16位指令集处理器, 14个双向I/O口, 每个I/O口均可作为中断源。
基于以上分析, 拟选用方案二。
1.2 LDC1000模块
方案一:采用自绕线圈进行检测。理论上, 当线圈电感增大时, 探测距离应增加。但经实测, 该方法对线圈及其与之匹配的电容要求极高, 计算困难, 所以无明显效果。
方案二:采用LDC1000模块自带PCB线圈。经实验, 通过合理设置模块寄存器值, 可以有效检测3cm距离的金属。但其有效检测面积较小, 只能检测到线圈正对的金属, 可以通过增大检测时的扫描密度解决。
综上所述, 我们采用LDC1000模块自带PCB线圈, 所以选择方案二。
1.3 电机驱动模块
方案一:采用步进电机, 其转过的角度可以精确定位, 可实现小车行进过程的精确定位。但步进电机的输出力矩低。
方案二:采用直流电机, 其转动力矩大, 装配简单, 操作方便。速度的调节可以改变电压也可以调节PWM。
基于以上, 我们选择了方案二, 使用直流电机作为驱动电机。
2 主要单元电路
2.1 LDC1000模块电路
本设计采用LDC1000模块电路, 原理图如图2。
3 系统软件设计
循迹流程图如图3所示。
4 结论
通过对本设计要求的技术指标进行分析, 能较好地完成以下几个任务:
(1) 在探测区域内某处任意位置放置一枚第五套1角硬币, 在1角硬币边缘紧贴铁丝。小车从起点进入测试区域, 当LDC1000检测到硬币时小车停止, 同时蜂鸣器发出报警信号。
(2) 在4min内小车完成寻迹, 结束测试。
打破了以往金属探测只局限于利用电磁感应的惯例。采用AY-LDC1000作为探头, 使该系统具有检测精度高、性能稳定、易于扩展等特点。
摘要：本系统由单片机MSP430F5529、LDC1000评估模块、电机驱动模块以及电源模块组成, 实现小车自动循迹的功能。通过检测到地面上的铁丝然后按照铁丝的轨迹运行, 在运行过程中当遇到硬币时, 小车会停止并驱动蜂鸣器发出报警信号, 同时显示其对应的实验数据;采用投射式光电传感器测得小车运行的距离和时间。
关键词：投射式光电传感器,LDC1000评估模块,MSP430F5529
参考文献
[1]王化祥, 张淑英.传感器原理及应用[M].3版.天津天津大学出版社, 2006.
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自动巡航森林火灾检测小车的设计 篇4
(1)检测当前环境中温湿度,烟雾浓度;(2)在沿着预定路线形势的时候,可以通过主控中心切换到手动遥控,观察详细环境信息;(3)进行GPS定位和精准火源检测;(4)低电量自动返回。
2 远程监控系统
远程监控系统即通过网络、电话线、移动宽带、数据线等远程传输数据以供查看的监控系统。如今,网络遍布全球,从理论上分析,远程监控的范围可以遍布全球上任何角落。但是出于成本等因素考虑,通常是点对点的监控模式。远程监控者则可以通过电脑端的应用、网页或者手机客户端实时查看远方的活动场景,检测到异常后,可以系统先自行出发警报或者作出处理,也可以有监控者自己实施人工干预处理。监控系统包括监控设备、接收软件和传输过程3大部分。基本硬件包括:摄像头、PC或手机、处理板。整个系统需要用到的知识有:网络传输协议、数字图像处理技术和嵌入式开发等技术。核心原理图如图1所示。
3 火焰和温度监测模块设计
火焰传感器根据探测的距离远近而不同。对于森林防火这样大范围的火焰探测,仍是利用特殊的红外光敏管,当区域出现明显高于环境温度的红外源点时,表明该点出现明火;对于非常近距离火焰的探测(比如用于自动燃烧设备),则是利用火焰区电阻值低、无火焰区电阻高的特点进行检测。
而温度模块使用了非接触性的温度传感器:TMP006为IIC接口,外围电路相对较少,其中AD-DR0,ADDR1为芯片地址设置,方便同一ⅡC总线挂载多个同芯片时使用,通过修改ADDR地址而在从而可以达到地址可变的设计。C11作为无极性瓷片电容,用在该电路中的电容称为退耦电容,退耦电容并接于电路正负极之间,可防止电路通过电源形成的正反馈通路而引起的寄生振荡。所谓退耦,即防止前后电路电流大小变化时,在供电电路中所形成的电流冲动对电路的正常工作产生影响,换言之,退耦电路能够有效地消除电路之间的寄生耦合。DTRDY为data ready,用于检测数据就绪;ⅡC的双线SCL,SDA分别接至MCU的ⅡC接口。温度与火焰检测电路原理图如图2所示。
4 无线和网络部分的设计
CC3200自带了网络服务的协议栈,所以大部分情况下只要调用相应的API就可以完成所需要的任务,能有效地提高开发效率,加快设计周期。在初始化设定好Wi-Fi之后,便需要启动HTTP SERVSR,详细启动流程如图3所示。
在调用的API中,较重要的有以下几个方面:HT-TP服务任务(HST)函数HTTPServerTask()主要包括下列内容:(1)初始化程序变量InitializeAppVariables();(2)配置SimpleLink为默认状态ConfigureSimpleLinkToDefaultState();(3)读取设备配置ReadDeviceConfiguration();(4)连接网络ConnectToNetwork();(5)停止HTTP服务sl_NetAppStop();(6)启动HTTP服务sl_NetAppStart()。
其中连接网络函数ConnectToNetwork()包含Ht-tpserver项目的主要内容。而其中最重要的就是Con-nectToNetwork()这个API了,连接网络函数Connect-ToNetwork()主要包括下列内容:(1)启动SimpleLinkksl_Start();(2)设置WLAN模式sl_WlanSetMode();(3)接入点模式操作sl_NetAppStop()+sl_NetAppStart();(4)站点模式操作SmartConfigConnect()。
其中站点模式操作的主要内容是智能配置连接SmartConfigConnect()中,首先设置WLAN模式连接网络函数ConnectToNetwork()启动SimpleLink后,根据sl_Start()返回的当前模式g_uiSimplelinkRole和设备配置模式g_uiDeviceModeConfig进行判断:如果当前模式不是站点模式(g_uiSimplelinkRole!=ROLE_STA),而设备配置模式为站点模式(g_uiDeviceModeConfig==ROLE_STA),则调用sl_WlanSetMode()将设备设置为站点模式(ROLE_STA),然后重启SimpleLink。同样,如果当前模式不是接入点模式(g_uiSimplelinkRole!=ROLE_AP),而设备配置模式为接入点模式(g_uiDeviceModeConfig==ROLE_AP),则调用sl_WlanSetMode()将设备设置为接入点模式(ROLE_AP),然后重启SimpleLink。还有一种操作模式为:接入点模式操作如果当前模式是接入点模式(g_uiSimplelinkRole==ROLE_AP),则进行接入点模式操作,包括等待获取IP、重启HTTP服务、获取接入点名称和显示下列提示信息:最后芯片作为站点模式操作,如果当前模式不是接入点模式,则进行站点模式操作,包括重启HTTP服务、等待设备自动连接接入点和智能配置连接接入点等。在等待设备自动连接接入点时,开发板上的红LED快速闪烁,如果自动连接超时(g_ucConnectTimeout==AUTO_CONNECTION_TIMEOUT_COUNT),则红LED点亮,超级终端中显示下列提示信息:Use Smart Config Application to configure the device。设备进入一个接入点模式时,可以通过上位机来访问当前的Wi-Fi设备,对其进行操作,读取传感器的值。当有上位机连接到下位机时,或连接到站点通过一个接入点时,下位机中应用程序启动HT-TP服务,然后发起GET请求,浏览器设备页。当有一个请求建立与设备的连接时,就能打开存储在闪存芯片网页,当HTTP服务,使用POST方法发送网页到设备操作,也就可以控制装置。
在设计中,PC端的上位机主要是用于发起HTTP请求,HTTP(Hypertext Transfer Protocol,超文本传输协议)是用于将超文本资源(HTML网页、图像和查询结果等)传输到客户端的客户端/服务器协议,HTTP工作在预定义的TCP套接字上,默认端口80。
HTTP服务器监听HTTP套接字(默认端口80),按照请求类型(GET或POST)求的URI(UniformRe-sourceIdentifier,统一资源标识符)资源和内容,HTTP服务器在ROM中保存有一组作为内部默认网页的内部静态网页,可以提供cc3200芯片的设备配置、设备状态和基本的分析工具。调试及结果,下位机默认的域名为web_serve.com,当PC中上位机客户端打开的时候,其实就是对web_serve.com进行HTTP GET请求,在MCU端,当服务器获取到HTTP GET请求时,首先检查请求资源URN(uniform resource name,统一资源名称)在闪存中是否存在,如果存在的话,将闪存中的数据作为响应发送给上位机解析。其流程如图4所示,上位机工程流程、工作装台如图5所示。
5 结语
通过系统调试、仿真运行,基本达到了设计要求,但如能提高元器件的精度,将能更有效地扩展监测范围。
摘要：设计了自动巡航森林火灾监测小车以用于有效防范森林火灾,在续航中当扫描地区温度超过一定值且烟雾浓度超过上限值定位后,将GPS位置信息和图像,通过监测系统将检测到的信息传送至总控系统并且进行报警。可以进行手动自动切换对各处巡查;小车可以自动定位,规划路线返回充电站;低功耗模式巡查,遇到火情是开启其它模块;能够采用太阳能电池板供电,提高部分续航能力等功能。详细分析了其各系统的作用及原理,以期能更有效地开展森林火灾的监测范围。
一种可自动跟随手机行走的小车 篇5
目前已经有很多关于智能跟踪的产品,但是这些产品都还不成熟,它们大多是使用简单的传感器,不能跟随特定的人[1],如Five Elements Robotics推出的Budgee机器人,是一款专门针对老年人和残疾人的轻量级助力机器人,其最高速度为3.9km/h左右,如果主人的行进速度太快,它就会用消息推送的方式提醒主人慢一些;CaddyTrek推出的电动高尔夫轮式机器人已经能够取代部分劳动力,可带着打球装备跟随运动员走,但它们身上需要佩带特定的超音波发射器,易发出噪声、易被外界干扰、且价格昂贵。针对此,本文设计的小车只需要手机即可进行控制,仅需一次连接,无需后续操作便可让小车一直跟随着车主,当人多路杂时,车主还可以遥控小车前进。
1 跟随原理和实现方式
小车以STM32F103 为主控芯片[2],应用到电子罗盘、蓝牙模块、超声波测距传感器、直流电机、舵机和LCD显示屏等外设上。
1.1 主控芯片
STM32F103ZEV6 芯片是以Cortex-M3 为内核[3],其最高工作主频可达72 MHz,内置高速存储器(高达512kB的闪存和64kB的SRAM),采用哈佛结构,2.0V~3.6V供电电压,具有丰富的外设,2通道12位D/A转换器,12通道DMA控制器,多达11个定时器,支持IIC、USART、SPI、CAN、USB等通讯协议。
1.2 跟随原理
当安卓手机与小车建立连接之后,APP会自动调用手机自身硬件电子磁罗盘的驱动程序,获得当前手机的方位信息,然后通过蓝牙将手机的方位信息发送出去。当小车上的蓝牙串口接收到手机的方位信息后,与小车自身的电子磁罗盘测得的方位信息作比较(求差),再通过PID调节器处理,控制舵机转向从而控制小车转向的角度[4]。手机不断地发送方位信息过来,小车不断地接收并处理后,通过调节器控制舵机及时调整自身的转向,并不断逼近车主的方位。小车的转向由舵机控制,小车的动力由一个直流减速电机驱动,驱动电机通过处理器的数字化处理实现PWM调速。小车上配置一个320×240液晶屏终端,以显示小车当前的各种状态。控制原理结构框图如图1所示。
2 小车主要结构模块设计
2.1 电源模块
小车的电源电路如图2所示。电源采用7.4V锂电池,具有容量大、可反复多次充电的优点,并且放电电流相对较大,可以满足小车驱动电机所需要的2A放电电流。由于小车主控芯片的供电电压和直流电机额定电压不一致,故该小车设计应用了两组电源:一组经过稳压滤波电路后输出3.3V的电压,给主控芯片STM32F103ZEV6供电,采用的稳压芯片为LM1117-3.3;另一组电压也是由电池稳压后引出,但却采用了两个LM7805稳压芯片并联的方式稳压,因为单个稳压芯片承受不了电机启动时流过的大电流,这会导致稳压芯片严重发热,甚至烧毁[5]。采用两片稳压芯片并联的连接方式,各自承担一半的电流,避免了芯片的过度发热。
2.2 电机驱动模块
BTN7971B是应用于电机驱动的大电流、半桥高集成芯片,它带有一个P沟道的高边MOSFET、一个N沟道的低边MOSFET和一个驱动IC。P沟道高边开关省去了电荷泵的需求,因而减小了EMI(电磁干扰)。BTN7971B集成的驱动IC具有逻辑电平输入、电流诊断、斜率调节、死区时间产生和过温、过压、欠压、过流及短路保护的功能[6]。通态电阻典型值为16mΩ,驱动电流可达43A。采用两片BTN7971B构成一个全桥驱动,驱动电路如图3所示。
小车采用MG995 舵机来控制转向。舵机(Ser-vo)是由直流电机、减速齿轮组、传感器和控制电路组成的一套自动控制系统,通过发送信号,指定输出轴旋转角度。舵机一般而言都有最大旋转角度(如180°),它与普通直流电机的区别主要在于直流电机是一圈圈转动的,而舵机只能在一定角度内转动,不能一圈圈地转(数字舵机可以在舵机模式和电机模式中切换)[7]。普通直流电机无法反馈转动的角度信息,而舵机可以,舵机的伺服系统由可变宽度的脉冲来控制,控制线用来传送脉冲,脉冲的参数主要有最小值、最大值和频率。一般而言,舵机基准信号的周期都是20ms,小车基准信号定义的位置为中间位置,中间位置就是从定义位置到最大角度与最小角度的量完全一样。不同舵机的最大转动角度可能不相同,但舵机中间位置的脉冲宽度是一定的,即1.5ms。来自控制线的持续的脉冲产生转动角度,这种控制方法叫做脉冲调制,脉冲的长短决定舵机转动多大角度。当控制系统发出指令时,使舵机移动到某一位置,并让它保持这个角度,这时外力的影响不会使角度产生变化。当舵机接收到一个小于1.5 ms的脉冲时,输出轴会以中间位置为标准,逆时针旋转一定角度;当舵机接收到的脉冲大于1.5ms,则顺时针旋转一定角度。不同品牌,甚至同一品牌的不同舵机都会有不同的脉冲最大值和最小值,一般而言,最小脉冲为1ms,最大脉冲为2ms。舵机的工作原理如图4所示。
舵机驱动芯片采用LN298N,L298N是一种双H桥电机驱动芯片,其中每个H桥可以提供2A的电流,功率部分的供电电压范围为2.5V~48V,逻辑部分为5V供电,接收5V TTL电平。一般情况下,功率部分的电压应大于6V,否则芯片可能不能正常工作。舵机驱动电路如图5所示。
2.3 蓝牙串口电路模块
该模块电路采用Max232作为电平转换芯片,与蓝牙串口连接,实现手机和小车的蓝牙通讯。Max232芯片内部含有一个电源电压变换器,可以将输入的+5V电源电压变换成RS-232C所需的+10V电压。模块芯片提供两组接收器和驱动器,而小车蓝牙串口只需用其中的一组即可。蓝牙串口电平转换电路的工作原理如图6所示。
2.4 电子磁罗盘模块
电子磁罗盘,又称3 轴数字罗盘HMC5883L,是一种表面贴装的高集成模块,并带有数字接口的弱磁传感器芯片,应用于低成本罗盘和磁场检测领域。HMC5883L包括最先进的高分辨率HMC118X系列磁阻传感器,并附带霍尼韦尔专利的集成电路,包括放大器、自动消磁驱动器、偏差校准、能使罗盘精度控制在1°~2°的12位模数转换器、简易的I2C系列总线接口。
HMC5883L采用无铅表面封装技术,带有16 引脚,尺寸为3.0mm×3.0mm×0.9mm。其所应用领域有手机、笔记本电脑、消费类电子、汽车导航系统和个人导航系统,可通过IIC数字接口通信,带置位/复位偿。电子磁罗盘电路图如图7所示。
2.5 安卓APP算法模块
采用C语言编写小车主程序代码,通过Android SDK完成APP开发。安卓APP算法如图8所示。采用MDK4.6+Jlink V8仿真器作为软件调试工具,硬件测试工具有万用表、示波器等。小车在机主拿着手机正常步行的情况下,可以实现自动跟随的功能。小车通过一块320×240液晶显示当前的状态、方位等信息。
3 结语
本文介绍了一种基于STM32控制的自动跟随小车的硬件电路和核心控制算法。小车可以连接主流安卓系统,当系统与手机匹配成功后,人带着手机走到哪里,小车就会跟到哪里。该小车可以改装成行李箱、超市的购物车以及老人的备忘箱,人们可以更加轻松愉快地享受保姆式跟随小车带来的许多乐趣。该自动跟随小车使用方便简捷、成本低廉,有极大的应用前景。
摘要：设计了一种可自动避障并且可以自动跟随主人行走的小车。该小车通过蓝牙与安装APP的安卓手机连接,当APP软件获得手机的电子磁罗盘方位信息后,通过蓝牙将信息发送出去。小车蓝牙接收到手机方位信息再与自身携带的电子磁罗盘方位信息比较,经过算法处理,控制小车的转向角度和行走速度,从而实现小车跟随手机移动的功能。
关键词：自动跟随小车,安卓APP软件控制,蓝牙
参考文献
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[5]曲永印,白晶.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2013.
[6]巫付专,王晓雷.控制电机及其应用[M].北京:电子工业出版社,2008.
自动导向小车 篇6
(1) 对小车运动轨迹设计采用红外发射接收探头检测路面寻迹线, 从起始线出发, 自动将物体按设计好的轨迹线逐一运送到库房内, 运行的时间应力求最短。
(2) 小车运送物体到达库房时, 把物体放到库房挡板线以内。
1 系统方案设计、比较与论证
本文主要设计一辆带有机械手的智能电动小车, 采用轮式结构以减少制造成本。能够实现把物体放入库房内, 同时对搬运过程中自动记录、显示每一次往返的时间和总的行驶时间。为完成相应功能, 系统可以划分为以下几个基本模块:单片机最小系统模块、舵机驱动模块、步进电机驱动模块、液晶显示模块、转向指示模块、声音提示模块。
2 车体设计
制定了左右两轮分别驱动, 车尾安装牛眼轮转向的方案。即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流步进电机进行驱动, 车体尾部装两个牛眼轮。这样, 当一个直流步进电机转动另一个不动时就可以实现机器人的旋转, 由此可以轻松的实现机器人的90度和180度的转弯。在安装时我们保证两个驱动电机同轴。当小车前进时, 左右两驱动轮与后万向轮形成了四点结构。这种结构使得小车在前进时比较平稳, 可以避免出现后轮过低而使左右两驱动轮驱动力不够的情况。为了防止小车重心的偏移, 车尾的牛眼轮还起支撑作用。
对于车架材料的选择, 我们经过比较选择了有机玻璃。用有机玻璃做的车架比塑料车架更加牢固, 比铁制小车更轻便, 美观。
3 智能小车控制系统的总体设计
控制器模块采用宏晶公司的STC12C5A32S2单片机作为控制器的方案。该单片机I/O资源丰富, 并具有两路PWM, 可以很容易的控制两个舵机;寻迹线探测与寻木探测模块
集成式GP2A25反射式光电传感器。它具有集成度高、工作性能可靠的优点, 只须要调节探头与被测物之间的距离达到1.5cm就可, 此种探头还能有效地防止普通光源 (如日光灯等) 的干扰;电动机选择采用旧打印机拆机的步进电机控制机器人的运动, 由于其转过的角度可以精确的定位, 可以实现小车前进路程和位置的精确定位。当不给步进电机发送脉冲的时候, 能实现自锁, 从而能较好的实现小车及时停车的目的;电机驱动模块采用专用芯片L298作为电机驱动芯片。L298是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片, 它相应频率高, 一片L298可以控制一个步进电机, 而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动, 操作方便, 稳定性好, 性能优良;舵机驱动模块采用三极管驱动电路, 单片机I/O口只需要控制三极管的集极来控制三极管的导通或是截止, 来给驱动舵机;显示模块用LCD1602液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点;电源模块采用3节4.2V可充电式锂电池串联共12.6 V给步进电机供电, 然后将12.6V电压再次降压5v、稳压后给单片机系统和其他芯片供电。锂电池的电量比较足, 并且可以充电, 重复利用, 体积小巧, 便于安装到机器人;供电模块消耗的功率过大, 采用2576将电压稳至5V。2576的输出电流最大可至3A, 完全满足系统要求。经过反复论证, 最终确定了如下方案:
(1) 车体用有机玻璃车架手工制作。
(2) 采用宏晶STC12C5A32S2单片机作为主控制器。
(3) 用GP2A25型光电对管进行寻迹与寻木块。
(4) L298作为步进电机的驱动芯片。
(5) 用9013三极管作为舵机的模块
(6) 用3节4.2V可充电式锂电池串联共12.6 V给步进电机供电, 将12.6V电压经2576降压、稳压后为单片机系统和其他芯片供电。
4 硬件设计与软件流程
寻迹线探测电路采用型号为GP2A25P2A25反射式光电传感器, 该探头输出端只有三根线 (电源线、地线、信号线) , 只要将信号线接在单片机的I/O口, 然后不停地对该I/O口进行扫描检测, 当其为底电平时则检测到路面, 当为高电平时则检测到运动轨迹线。搬运机器人前进时, 始终保持运动轨迹线在车头两个传感器之间, 当搬运机器人偏离轨迹时, 探测器一旦探测到有轨迹线, 单片机就会按照预先编定的程序发送指令给搬运机器人的控制系统, 控制系统再对搬运机器人路径予以纠正。当搬运机器人回到了轨道上时, 搬运机器人车头两个探测器都只检测到路面, 则搬运机器人继续直线行走, 否则搬运机器人会持续进行方向调整操作, 直到搬运机器人恢复正常。
寻木块探测电路采用型号为GP2A25P2A25反射式光电传感器, 该探头输出端只有三根线 (电源线、地线、信号线) , 只要将信号线接在单片机的I/O口, 然后不停地对该I/O口进行扫描检测, 当其为高电平时则检测到物体, 当为底电平时则检测没有检测到物体, 搬运机器人再前进时探头始终寻找物体, 当搬运机器人寻物探头探测到物体时, 单片机就会按照预先编定的程序发送指令给搬运机器人的机器手夹持物体。
步进电动机驱动电路如图所示该驱动动电路J2接单片机I/O口进行向L298输入脉冲, J3接步进电机的线上L298输出地脉冲来驱动步进电机转动或停止。
5 结束语
本文对智能小车的硬件及软件进行分析设计, 并且通过使用Pro/E三维软件对车体的设计。通过测试, 系统完全达到了设计要求, 不但完成了基本设计要求, 并增加了全路程记时、每次往返时间和全程时间显示和语音提示, 转向时转向灯显示三个创新功能。
参考文献
[1]赵健领.51系列单片机开发宝典[M].北京:电子工业出版社, 2007.
自动导向小车 篇7
关键词：嵌入式系统,ARM7,自动引导小车,物流中心
1 总体方案设计
物流中心自动引导小车(AGV)控制系统由AGV智能控制模块、监视模块、及无线网络通讯模块等三大部分组成。工作过程是通过接入互联网的手机或者微机客户端通过无线网络向远程的AGV发送控制指令代码,期间传输信号由发送端使用加密狗加密。当信号经互联网发送到接收终端时,AGV网络模块把接受的指令传送到处理器,处理器指示驱动模块驱动AGV执行动作。运动的同时监视模块把采集到的图像通过无线互联网传输到客户机端,其整体结构如图1所示。
1.1 智能控制模块
这部分是AGV的核心部分。采用的是嵌入式系统设计,可以准确高效地运行及处理数据。控制器通过网络组件WIFI或者GPRS与外部网络进行数据通讯,用户可以使用家用宽带网络或者手机短信的方式实现模块的远程控制。同时在本地控制还可以应用红外无线键盘、数字液晶屏来提供本地人机交流界面。
1.2 网络模块
AGV无线网络通讯模块是AGV通讯信号传输的重要组成部分,由WIFI或者GPRS模块来实现通讯。通讯中介是家用无线路由或者移动网络GPRS。
1.3 监视模块
AGV监视模块通过单片机驱动舵机实现全方位的监视。视频信号通过摄像头来采集,信号转换后将视频的PAL信号传输至处理器,经无线网络传输实时传到客户端。摄像头的控制与智能控制模块连接,摄像头的运动受控制模块的控制。
1.4 驱动模块
AGV驱动模块是通过可编码的直流电机来驱动的。当处理器接收到客户端传来的指令,处理器对驱动模块信号处理。从而实现AGV的全方位移动。
2 系统硬件设计
本文采用的是PHILIPS单片32位ARM微控制器LPC2138,作为控制器的处理器,负责和WIFI、GPRS无线通讯模块、监视模块、数据存储、键盘、红外、显示屏等模块进行数据通讯和对无线网络客户端发送的信号进行采集和处理。
2.1 控制核心模块
ARM外围电路包括电源键盘显示屏、SD卡、SDRAM以及与各个辅助模块进行连接的扩展接口等。ARM处理器内嵌512k FLASH、32k的可读写RAM。电路中SDRAM芯片选用hy57v25641,存储容量为16M。用其做系统运行所需内存,为操作系统信号的采集和数据的处理提供了可靠的运行空间。扩展的接口有串口、USB接口。串口为下载程序和与GPRS模块通讯用,USB接口用于与WIFI连接从而接入无线互联网络。LCD显示屏主要与键盘配合完成本地人机交互界面,LCD液晶240×320像素,65k色,驱动芯片是ili9325。键盘采用的是PS2接口方便使用电脑键盘,与LCD合力完成本地人机信息交换。串口通过MAX232与上位机进行通信,辅助单片机的下载通过ISP下载,支持在线调试。
2.2 外围网络模块
WIFI和GPRS模块用于实现处理器与客户端的通信连接。WIFI模块采用的是wf8000-u USB WIFI模块。GPRS模块采用的是BENQ M22A模块。各通讯模块外围电路主要由电源部分、工作指示及数据连接扩展口组成。
2.2.1 TTL电平
GPRS模块与处理器的连接通过串口通讯,模块与处理器间的电平均为TTL电平,所以无需进行电平转换就可直接进行连接。
2.2.2 MAX232转换电平
由于编程及调试控制器电脑与处理器间的电平定义不同,采用MAX232进行电平的转换,其外围电路主要有电源供电部分。
MAX232电平转换模块用来把电脑端的RS232信号处理得到TTL电平实现电脑和处理器及GPRS模块之间的通信,电路如图2所示。
2.2.3 GPRS外围网络模块
GPRS模块第15管脚必须持续3s的低电平才能实现模块的启动。本文采用的是软件模拟低电平GPRS模块启动。关机电路同样是管脚持续低电平3s,电路如图3所示。
GPRS模块第35脚是一个工作状态指示灯接口,状态表示分别为:亮1s灭1s为启动搜索信号;亮1s灭2s为信号正常;持续点亮为有数据输入或者输出。其工作原理图如图4(a)所示。图4(b)为GPRS模块SIM卡连接示意图。
GPRS模块串口工作方式的电平为TTL电平,所以GPRS模块和控制核心处理器的连接可以是直接连接。但考虑到模块的调试及程序的烧录,所以在GPRS模块与处理器连接处使用转接开关。以此完成电脑到处理器的通信、GPRS模块到电脑的通信。GPRS模块、处理器、电脑的通信电路连接示意图如图5所示。
3 监视模块
监视模块采用的是普通高清视频摄像头,分辨率达1024×768。视频采用PAL模式传输经处理器处理,通过无线互联网把图像传输到客户端,其电路图如图6(a)所示。摄像头的各方位由单片机驱动舵机来实现舵机驱动电路如图6(b)所示。
4 驱动模块
驱动模块采用的驱动芯片为L298N该芯片功率大,电源可直接采用12V。单个芯片可以控制两个直流电机,本文采用两片L298N以实现自动引导小车(AGV)的各方位移动。电路如图7所示。
5 电源模块
电源部分采用的是12V直流锂电池,功率为10W。对各个模块部分进行分别供电。稳压管采用的是7805。由于GPRS对电源要求特别高,所以单独采用一个LM2941S对其供电。
wf8000 WIFI模块是华为公司生产的一种专门用于嵌入式系统的无线网络模块,其符合802.11b标准,芯片采用prism3.0。原理图如图8所示。
6 结论
利用本控制系统,可以实现AGV的远程控制及工作环境实时监控。结合运输机械装置可以实现在特殊工作环境下的智能远程控制搬运工作。在物流中心等一些环境较差的场所可以代替人工作实现更多的功能,为货物搬运工作带来便利。
参考文献
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