２０１３年第９期 文章编号：１００９—２５５２（２０１３）０９—００５２—０３ 中图分类号：ＴＰ２４２．６；ＴＦ２３６．７ 文献标识码：Ａ 自动巡检智能搭载小车的设计与实现 张矿伟，陈 焰，周 杰，李正斌 （昆明理工大学信息工程与自动化学院，昆明６５０５００） 摘要：目前各大企业的仓库和厂房都采用人工巡检，存在很多漏洞。危险场合人工巡检存在 人身安全隐患。以单片机技术为控制核心，设计了一款按预定轨道行驶的自动巡检搭栽小车， 取代人工巡检。实验表明：所设计的自动巡检智能搭载小车能按预定轨道自动寻迹和避障。无 使用条件，达到设计目标。 关键词：ＡＴ８９Ｓ５１；红外传感器；直流电机；自动控制 Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｖｅｈｉｃｌｅ ｃａｒ ｏｆ ａｎ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ＺＨＡＮＧ Ｋｕａｎｇ—ｗｅｉ，ＣＨＥＮ Ｙａｈ，ＺＨＯＵ Ｊｉｅ，ＬＩ Ｚｈｅｎｇ—ｂｉｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ｎｄ ａＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０５００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ ｔｈｅ ｗａｒｅｈｏｕｓｅ ａｎｄ ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｆ ｅａｃｈ ｂｉｇ ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ Ｉ１Ｓｅ ａｒｔｉｉｃｉａｌｆ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ａ ｌｏｔ ｏｆ ｌｏｏｐｈｏｌｅｓ．Ｕｓｉｎｇ ｍａｎｕａｌ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ｄａｎｇｅｒｏｕｓ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｗｏｕｌｄ ｃａｕｓｅ ｍａｎｙ ｈｉｄｄｅｎ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｐｒｏｂｌｅｍｓ．Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｕｓｅｓ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｏｒｅ．ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎｓ ａｎ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｖｅｈｉｃｌｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｉｎ ａｎｔｉｃｉｐａｔｅ ｏｒｂｉｔ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｒｅｐｌａｃｅ ｍａｎｕａｌ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｖｅｈｉｃｌｅ ｃａｒ ｃａｎ ｇｏ ａｌｏｎｇ ｗｉｈ ｔｔｈｅ ａｎｔｉｃｉｐａｔｅｄ ｏｒｂｉｔ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｔｒａｃｉｎｇ ａｎｄ ａｖｏｉｄ ｏｂｓｔａｃｌｅ．Ｔｈｅ ｇｏａｌ ｏｆ ｄｅｓｉｎ ｃａｎ ｂｅ ｒｇｅａｃｈｅｄ ｗｉｈｏｕｔｔ ｌｉｍｉｔｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＡＴ８９Ｓ５ １；ＩＲ ｓｅｎｓｏｒ；ＤＣ ｍｏｔｏｒ；ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ０ 引言 各大企业的仓库和厂房都采用人工巡检，既浪 费了人力又存在很多隐患，而对于一些恶劣环境场 合，例如：高温烘干室、防爆化学反应室等，还可能对 巡检人员的人身安全造成危害。据统计每年由于企 业的仓库未能定期巡检所造成的损失占据企业成本 的５％左右 ］。本文基于单片机技术设计了一款按 预定轨道行驶的自动巡检智能搭载小车，搭载摄像 头完成自动巡检，不受环境条件，代替工人巡 检，消除隐患，防患于未然。 图１ 自动巡检智能搭载小车的结构原理 ｌ 结构及原理 自动巡检智能搭载小车的结构原理如图１所 示。主要包括红外检测模块、电机驱动模块、指示灯 模块和ＡＴ８９￥５１单片机控制模块。 当红外检测模块检测到小车偏离轨道或前方 有障碍时，向控制模块发送信号，控制模块处理该信 收稿日期：２０１３—０１—２８ 基金项目：云南省应用基础研究项目（ＫＫＳＱ２００９１６０２９） 作者简介：张矿伟（１９８７一），男，硕士，研究方向为复杂工业控制。 通讯作者：陈焰。 号后，向驱动模块发送相应的驱动信号，经放大，驱 动电机Ｍｌ和Ｍ２转动，实现小车自动寻迹和避障， 同时指示灯模块点亮相应指示灯指示。 Ｐｏ．２和Ｐｏ．３端口输出信号电平与小车运行状态关 系如表１所示。 表１ 输出信号电平与小车运行状态关系 ２ 电路的设计 本文主要设计小车的红外检测电路、电机驱动 电路和控制电路。其中，控制电路采用单片机最小 小车前进 小车后退 Ｈ Ｌ Ｈ Ｌ Ｌ Ｈ Ｌ Ｈ 系统 ］，电路比较简单，在此不多作介绍。 ２．１寻迹避障检测电路设计 小车右转 小车左转 红外检测电路的设计如图２所示。 当Ｐ０．０与Ｐ０．２为高电平时，电机Ｍ１和Ｍ２正 转，小车前进。改变Ｐ０．０、Ｐ０．１、Ｐ０．２和Ｐ０．３端口 输出信号电平实现小车后退、右转和左转。 完整的设计电路如图４所示。Ａ模块是寻迹避 障红外检测电路；Ｂ模块是寻迹避障电机驱动电路； ｃ模块是指示灯电路；Ｄ模块是单片机最小系统；Ｅ 模块是视频信号插座；Ｆ模块是串口通信电路 Ｊ，此 模块作用是方便上位机与单片机在线编译和上下载 程序。 图２红外检测电路设计 红外检测信号Ｄｌ、Ｄ２和Ｄ３分别通过Ｐ３．５， Ｐ３．６，Ｐ３．７端口送人单片机，根据信号电平高低判 断小车的运行状况。当Ｐ３．５端口输入为高电平，说 明小车左侧偏离轨道，需要右转。当Ｐ３．６端口信号 为高电平，说明小车右侧偏离轨道，需要左转。当 Ｐ３．７端口信号为高电平，说明小车前有障碍物，需 后退３ｓ后停止，等待人工命令。 ２．２寻迹避障驱动电路设计 电机驱动电路的设计如图３所示。 图４ 目动巡检智能搭载小车的整体电路 ３ 测试 通过仿真和实物实验，测试小车自动寻迹和避 障能力，检验设计电路的可行性。 图３驱动电路设计 ３．１仿真实验 电机驱动电路主要由两个直流电机与两个驱 动芯片ＬＧ９１ １０ 组成。根据红外检测电路输人信 号电平高低，单片机通过ＰＯ．０、Ｐ０．１、ＰＯ．２和Ｐｏ．３ 端口向驱动芯片输出控制驱动信号，经ＬＧ９１１０芯 片放大，驱动左侧直流电机Ｍ１和右侧直流电机Ｍ２ 正反转，实现小车前进后退及左右转。Ｐ０．０、ＰＯ．１、 在ｐｒｏｔｅｕｓ仿真平台下搭建小车仿真电路如图５ 所示。 用Ｄ１～Ｄ４四个发光二极管的状态代替小车 的行驶状况。ｓ１一ｓ３三个按键分别代表：小车右 侧偏离轨道、小车左侧偏离轨道和小车遇到障碍物 一５３— 动寻迹和避障功能。电路设计满足设计要求。 咖 蚴锄蚴圈５小车仿真电路 圈６小车的买物实验 的红外检测信号。对应关系如表２所示。 表２按键与发光二极管关系表 ４ 结束语 各大企业的仓库和厂房及一些危险场合等都需 要巡检，消除隐患，防患于未然。本文以单片机为控 制核心，设计了一款按预定轨道行驶的自动巡检智 能搭载小车，不受环境条件。通过实验测试，实 现了小车自动寻迹和避障功能，设计电路可行。有 效降低了人工巡检的成本，避免了人工巡检存在的 当Ｓ１按下时，Ｄ３和Ｄ４点亮，说明小车正在左 转；当ｓ２按下时，Ｄ１和Ｄ２点亮，说明小车正在右 转；当Ｓ３按下时，Ｄ１和Ｄ３点亮，说明小车正在后 退。表明电路设计可行。 ３．２实物实验 漏洞，排除了危险场合的人身安全隐患。 参考文献： ［１］高宁，彭力，陈凯健．粮仓环境检测智能巡检小车研制［Ｊ］．现代 电子技术，２０１０（１）：６—８． ［２］张骁，俞港，朱畅．基于５ｌ单片机的智能巡检小车设计［Ｍ］．企 业技术开发．２０１２（２）：６７—６９． 实物实验如图６所示。将小车放在预定轨道 上，小车能自动顺时针与逆时针绕轨道行驶。在轨 ［３］宁慧慧，余红英．基于单片机控制的简易自动寻迹小车设 计［Ｊ］．电子测量。２００９（９）：２３—２５． 道上不同位置放人障碍物，小车遇到障碍物，先后退 ３ｓ，然后停止。与仿真结果一致，表明小车实现了自 ［４］文方，罗峰华，黄海哨．基于５ｌ单片机的自动寻迹小车控制设 计［Ｊ］．科技信息．２ｏ１０（２）：４ｏ一４２． 责任编辑：么丽萃 （上接第５ｌ页） 型，并进行了仿真验证。结果表明，该轻型直流输电 功率输送方面，有功功率和无功功率的仿真波形 如图６所示，可以看到经过２ｓ的调节时间后达到稳定， 功率大小符合设定值，定功率的控制效果良好。 有功功率、无功功率 系统能够正常运行，实现功率的输送，可以将直流电 压稳定在６ｋＶ，直流线路上的电流稳定在ｌ０ｏＡ左 右。有功功率和无功功率都能够调节，达到了 设计要求。 参考文献： ［１］韩民晓，文俊，徐永海．高压直流输电原理与运行［Ｍ］．北京：机 械工业出版社，２００８． ｛ｔ ｊ ｛ ｔ ｌ｛ ； ｝ Ｉ ｝ ｌ ｌ ｝ 一，ｒ ｉ ｆ 一 ｛ ｛Ｉ ； ［２］汤广福．基于电压源换流器的高压直流输电技术［Ｍ］．北京：中 国电力出版社，２０１０． ［３］徐政．高压直流输电与柔性交流输电控制装置——静止换流器 在电力系统中的应用［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００８． 矗Ｇ０ 墨５０ ｌ ｛ｌ Ｉ， — ０ｏ １∞ ｌ ｌ２∞ ２∞ ｏ０ ５。 ｛ｉ ●＿加 ｌ ｛ ＾５０ ［４］徐政，陈海荣．电压源换流器型直流输电技术综述［Ｊ］．高电压 技术，２００７，３３（１）：ｌ—ｌ０． ［５］刘钟淇，宋强，刘文华．基于模块化多电平变流器的轻型直流输 圈６ 系统输送的有功、无功功率 ５ 结束语 根据所设计的轻型直流输电系统主电路参数和 控制方法，在ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ环境下建立相应的模 一电系统［Ｊ］．电力系统自动化，２０１０，３４（２）：５３—５８． ［６］吴红斌，丁明．轻型直流输电系统动态特性的电磁暂态仿 真［Ｊ］．合肥工业大学学报，２００７，３０（１）：４１—４４． 责任编辑：么丽苹 ５４一
