基于单片机技术智能巡检小车设计.docVIP

自动巡检智能搭载小车的设计与实现 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。本文以单片机，AT89S51；红外传感器；直流电机；自动控制 中图分类号： 文献标识码： 1 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[1]。作者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，不受环境条件限制，代替工人巡检，消除隐患，防患于未然。 2 结构及原理 自动巡检智能搭载小车的结构原理如图1。主要包括红外检测模块、电机驱动模块、指示灯模块和AT89S51单片机控制模块。 图1 自动巡检智能搭载小车的结构原理图 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，控制模块处理该信号后，向驱动模块发送相应的驱动信号，经放大，驱动电机M1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。 3 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系统[2]，电路比较简单，在此不多作介绍。 3.1寻迹避障检测电路设计 红外检测电路的设计如图2所示。 图2 红外检测电路设计 红外检测信号D1、D2和D3分别通过P3.5，P3.6, P3.7端口送入单片机，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。 3.2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3 驱动电路设计 电机驱动电路主要由两个直流电机与两个驱动芯片LG9110[3]组成。根据红外检测电路输入信号电平高低，单片机通过P0.0、P0.1、P0.2和P0.3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、P0.1、P0.2和P0.3端口输出信号电平与小车运行状态关系如表1。 表1 输出信号电平与小车运行状态关系 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。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[4]，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4 自动巡检智能搭载小车的整体电路图 4 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。 4.1 仿真实验 在proteus仿真平台下搭建小车仿真电路如图5。 图5 小车仿真电路 用D1~D4四个发光二极管的状态代替小车的行驶状况。S1~ 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的红外检测信号。对应关系如表2。 表2 按键与发光二极管关系表 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。 4.2 实物实验 实物实验如图6。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。在轨道上不同位置放入障碍物，小车遇到障碍物，先后退3s，然后停止。与仿真结果一致，表明小车实现了自动寻迹和避障功能。电路设计满足设计要求。 图6 小车的实物实验 5 结论 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。本文作者以单片机为控制核心，粮仓环境检测智能巡检小车研制Gao N,Peng L,Chen K J. Development of intelligent inspection vehicleon granary environment detection[J]. Modern Electronics Technique, 2010，(1):6-8 张骁俞港?朱畅?企业技术开发2012,（2）: 67-69 Zhang X,Yu G,Zhu C.The design based on 51 single-chip intelligence patrol car[M]. Technological Development of Ente