自動(dòng)巡檢智能搭載小車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李文華+彭森

摘 要：目前各大企業(yè)的倉(cāng)庫(kù)和廠房都采用人工巡檢，存在很多漏洞。危險(xiǎn)場(chǎng)合人工巡檢，存在人身安全隱患。本文以單片機(jī)技術(shù)為控制核心，設(shè)計(jì)了一款按預(yù)定軌道行駛的自動(dòng)巡檢搭載小車，取代人工巡檢。實(shí)驗(yàn)表明：所設(shè)計(jì)的自動(dòng)巡檢智能搭載小車能按預(yù)定軌道自動(dòng)尋跡和避障。無使用條件限制，達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：AT89S51；紅外傳感器；直流電機(jī)；自動(dòng)控制

1 引言

各大企業(yè)的倉(cāng)庫(kù)和廠房都采用人工巡檢，既浪費(fèi)了人力又存在很多隱患，而對(duì)于一些惡劣環(huán)境場(chǎng)合，例如：高溫烘干室、防爆化學(xué)反應(yīng)室等，還可能對(duì)巡檢人員的人身安全造成危害。據(jù)統(tǒng)計(jì)每年企業(yè)的倉(cāng)庫(kù)未能定期巡檢所造成的損失占據(jù)企業(yè)成本的5%左右[1]。作者基于單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)了一款按預(yù)定軌道行駛的自動(dòng)巡檢智能搭載小車，搭載攝像頭完成自動(dòng)巡檢，不受環(huán)境條件限制，代替工人巡檢，消除隱患，防患于未然。

2 結(jié)構(gòu)及原理

自動(dòng)巡檢智能搭載小車的結(jié)構(gòu)原理如圖1。主要包括紅外檢測(cè)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、指示燈模塊和AT89S51單片機(jī)控制模塊。

當(dāng)紅外檢測(cè)模塊檢測(cè)到小車偏離軌道或前方有障礙時(shí)，向控制模塊發(fā)送信號(hào)，控制模塊處理該信號(hào)后，向驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)放大，驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1和M2轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)小車自動(dòng)尋跡和避障，同時(shí)指示燈模塊點(diǎn)亮相應(yīng)指示燈指示。

3 電路的設(shè)計(jì)

本文主要設(shè)計(jì)小車的紅外檢測(cè)電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和控制電路。其中，控制電路采用單片機(jī)最小系統(tǒng)[2]，電路比較簡(jiǎn)單，在此不多作介紹。

3.1 尋跡避障檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

紅外檢測(cè)信號(hào)D1、D2和D3分別通過P3.5，P3.6， P3.7端口送入單片機(jī)，根據(jù)信號(hào)電平高低，判斷小車的運(yùn)行狀況。當(dāng)P3.5端口輸入為高電平，說明小車左側(cè)偏離軌道，需要右轉(zhuǎn)。當(dāng)P3.6端口信號(hào)為高電平，說明小車右側(cè)偏離軌道，需要左轉(zhuǎn)。當(dāng)P3.7端口信號(hào)為高電平，說明小車前有障礙物，需后退3s后停止，等待人工命令。

3.2 尋跡避障驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)如圖2所示。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路主要由兩個(gè)直流電機(jī)與兩個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片LG9110[3]組成。根據(jù)紅外檢測(cè)電路輸入信號(hào)電平高低，單片機(jī)通過P0.0、P0.1、P0.2和P0.3端口向驅(qū)動(dòng)芯片輸出控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)LG9110芯片放大，驅(qū)動(dòng)左側(cè)直流電機(jī)M1和右側(cè)直流電機(jī)M2正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)后退及左右轉(zhuǎn)。P0.0、P0.1、P0.2和P0.3端口輸出信號(hào)電平與小車運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系如表1。

當(dāng)P0.0與P0.2為高電平時(shí)，電機(jī)M1和M2正轉(zhuǎn)，小車前進(jìn)。改變P0.0、P0.1、P0.2和P0.3端口輸出信號(hào)電平實(shí)現(xiàn)小車后退、右轉(zhuǎn)和左轉(zhuǎn)。

完整的設(shè)計(jì)電路如圖3。A模塊是尋跡避障紅外檢測(cè)電路；B模塊是尋跡避障電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路；C模塊是指示燈電路；D模塊是單片機(jī)最小系統(tǒng)；E模塊是視頻信號(hào)插座；F模塊是串口通信電路，此模塊作用是方便上位機(jī)與單片機(jī)在線編譯和上下載程序。

4 測(cè)試

通過仿真和實(shí)物實(shí)驗(yàn)，測(cè)試小車自動(dòng)尋跡和避障能力，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)電路的可行性。

4.1 仿真實(shí)驗(yàn)

在proteus仿真平臺(tái)下搭建小車仿真電路如圖4。

5 結(jié)論

各大企業(yè)的倉(cāng)庫(kù)和廠房及一些危險(xiǎn)場(chǎng)合等都需要巡檢，消除隱患，防患于未然。本文作者以單片機(jī)為控制核心，設(shè)計(jì)了一款按預(yù)定軌道行駛的自動(dòng)巡檢智能搭載小車，不受環(huán)境條件限制。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了小車自動(dòng)尋跡和避障功能，設(shè)計(jì)電路可行。有效降低了人工巡檢的成本，避免了人工巡檢存在的漏洞，排除了危險(xiǎn)場(chǎng)合的人身安全隱患。

參考文獻(xiàn)

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[2] 張驍， 俞港，朱暢. 基于51單片機(jī)的智能巡檢小車設(shè)計(jì)[M].企業(yè)技術(shù)開發(fā)， 2012，（2）： 67-69

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作者簡(jiǎn)介

李文華，邵陽(yáng)學(xué)院信息工程系電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)生

通訊作者 （指導(dǎo)老師）

彭森，邵陽(yáng)學(xué)院信息工程系教師