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1、本科毕业论文(设计)题 目：自动引导车（AGV）控制系统软件设计与研究学 院： 自动化工程学院 专 业： 自动化 姓 名： 徐玉兴 指导教师： 于金鹏 2012年 5月 25日青岛大学本科生毕业论文（设计）The software design and research for the Automatic Guided Vehicles （AGV） control system摘 要本文主要介绍基于凌阳SPCE061A单片机为主控单元的一种自动引导小车的设计方案，并重点对其控制系统软件进行系统研究和探讨。该车主要由液晶显示模块、4*4键盘、NRF2401无线控制、直流电机、步进电机、超声波模组
2、、光电开关、mma7260三轴加速、双H桥驱动电路（驱动直流电机）、CCC-SP1508（步进电机驱动器）以及驱动电源模块和各种转接板构成。本系统能够完成无线控制、循迹、避障、测距和视频识别等功能。关键词 SPCE061A 步进电机 mma7260 视频识别AbstractThis paper mainly introduces a kind of automatic guided vehicles design scheme based on sunplus SPCE061A microprocessor as control unit with emphasis on systematic
3、 research and discussion for the control system software. The car is mainly constituted by the LCD module, 4 * 4 keyboard, NRF2401 wireless control, dc motors, step motor, ultrasonic module, photoelectric switches, mma7260 triaxial acceleration, double H bridge driving circuit (driver dc motor), CCC
4、 - SP1508 (step-motor drive) and driving power supply module and various connecting boards. This system can accomplish wireless control, follow trace, obstacle avoidance, location and video identification, and other functions.Keywords SPCE061A step motor mma7260 video identification目 录前 言1第一章 绪论21.1
5、 AGV概论21.1.1 AGV的定义21.1.2 AGV的系统构成21.1.3 AGV的发展史31.1.4 AGV的发展现状和出现的问题41.2 AGV研究的意义5第二章 AGV的各个模块设计62.1 AGV的系统设计方案62.1.1 总体方案设计62.1.2 视觉方案设计72.1.3 循迹方案设计92.1.4 避障方案设计102.2 AGV主控芯片选取122.3 驱动模块122.3.1 直流驱动电机122.3.2 交流驱动电机132.4 AGV的各个传感器142.4.1 循迹传感器142.4.2 避障传感器152.5 主要外围电路设计152.6 无线传输模块17第三章 AGV软件系统设计1
6、83.1 MCS51系列单片机的工作原理183.1.1 机架基本组成183.1.2 计中应用到的MCS51单片机的相关系统203.1.3 MCS51单片机的指令系统233.2 软件部分23第四章 视觉采集系统264.1 视觉导航概述264.2 地面图象获取274.3 数字图像的处理28结束语30谢 辞31参考文献32青岛大学本科生毕业论文（设计）前 言也许今年的3D电影泰坦尼克号中的无人水下机器人在工程师的控制下潜入到铁达尼里探寻蓝海之心的情景还在您的脑海中闪烁，也许您不会忘记2010年的奥斯卡最佳得主拆弹部队中的无人小车拖着载有C4的拖车去引爆路边炸弹的情景。无人装置正在悄无声息地改变着我们
7、的生活，而占有绝大大部分的无人引导车（即AGV）更是发挥着越来越重要的作用。AGV小车主要应用于FMS（灵活机械系统）、CMS（基于电脑的智能机械系统）等无人工业现场，尤其石化等有毒环境和核电站等有辐射的环境中，或者高原缺氧或极寒的环境中。AGV正在伴随着工业现代化步伐快速前进而突飞猛进的发展。从简单的无人引导玩具到工厂车间无人搬运车再到火星及月球探测车，无人车正在逐渐改变着社会。时至今日，我们不可能见到数十人围着一台电脑手工组装的过程，取而代之的是快速精确的机械手臂，尤其在汽车的自动化流水生产线上。无人机械装置无论在精度还是在速度上，抑或在成本上都优于普通的工人的手工组装。而就目前而言，我国
8、的AGV发展相对落后，只有为数不多的公司可以制造。AGV还有许多常人无法比拟的优势，例如没有疲劳，可以24小时轮转；体积较小，占用车间或现场的空间比较小；再者，AGV比较智能化，可以自动排队充电，可以实现自行循迹和避障等目标；还有AGV的制作成本长远来看往往比较低廉。综上可知，AGV的研究并走未到尽头，还有很大的发展空间和发展潜力，这是AGV深入研究的前提。至于未来AGV将会在我们的日常生活中起着如何重要的作用，让我们拭目以待。第一章 绪论1.1 AGV概论1.1.1 AGV简介自动引导车 (Automated Guided Vehicles，AGV)又叫做无人搬运车。AGV是无人搬运车（Au
9、tomated Guided Vehicle）的英文缩写。AGV小车装备有电磁或光学等自动导引装置，可以按照设计好的导引路径行驶，有安全保护及各种移载功能。在科学研究上属于轮式移动机器人（WMRWheeled Mobile Robot）的范畴。AGV自动引导车问世以后，马上就成为了现代工业自动化物流的核心设备，具有十分广泛的研究意义。AGV自动引导车有许多特点，比如灵活性，智能性。应用了AGV自动引导车使生产过程的运输达到柔性化的目标，降低了人类的劳动强度，也增强了安全性，更有利于安全生产。并且，AGV应用非常广泛，在各行各业都可以发挥重要作用。AGV小车还具有下列特点：（1）有较强的配合性，
10、能有效的配合人、其他的AGV小车、数控中心等；（2）有自动控制的优势，提高了安全生产的加工产率，更进一步提高企业的经济效益；（3）发挥其灵活性的特点，带动工厂的生产设备具有极高的灵活性，有效的改变工厂装置布局；（4）可以构成动态跟踪系统，并且与其它设备相互配合，提高精度；（5）AGV技术的应用也有利于物件的运输装卸实现灵活处理，使企业设备的利用率得到提高；（6）运动性能好，低噪音，无污染。能在要求较高的环境中应用，改善作业环境，起到节能减排的作用。1.1.2 AGV的系统构成AGV自动引导车的控制系统主要由三部分构成，有地面控制系统，车载控制系统和导航导引系统。三部分系统各有分工，地面控制系统
11、是AGV自动引导车最重要的系统组成部分，也是其固定设备，需要负责任务接收，路线选择，行驶管理，车辆充电等功能；车载控制系统是在地面控制系统之后，根据地面控制系统发出的指令，负责AGV自动引导车的导航技术，导引控制，小车行驶，货物装卸等功能；导航导引系统则是实时跟踪AGV小车，为其进行绝对和相对的位置定位，并确定航向。AGV小车控制系统是由地面控制系统，车载控制系统和导航导引系统三者之间的相互配合与协作共同完成的。其相互配合与协作主要解决了三个问题：小车在哪里？小车要去哪里？小车怎么去？这也分别对应了AGV控制系统的三个技术问题：AGV小车的导航，AGV小车的路径规划，AGV小车的导引控制。1.
12、1.3 AGV的发展史AGV自动引导车是1953年诞生的，第一辆AGV是由有一辆拖拉机改造而成。应用在车间沿着一条固定的轨迹运输货物。图1.1 AGV小车原型图图到上世纪五六十年代就已经发展有多种样式的AGV。到七十年代，出现了地面控制器，应用于AGV系统，把导线埋在地下，然后发出电磁频率，通过地面控制器来操纵导线的频率，来控制AGV小车沿着设计好的线路行驶。上世纪八十年代，无线式导引技术问世。极大地提高了AGV系统的准确性和灵活性。当根据需要修改AGV小车路径时，可以不改动地面布置或中断生产过程。就像USB技术一样，支持热插拔，不必关机操作。从上世纪八十年代以后，AGV技术得到突飞猛进的发展
13、，可是说是实现了超常规跳跃式大发展。当之无愧的成为现在生产物流系统的最大专业分支之一，并且有产业化发展的势头，也逐渐变成现在工厂自动化设备的必不可缺的重要组成部分。AGV技术还是在欧美等发达国家发展的最为充分，也得到了最广泛的应用。在亚洲，主要是日本和韩国，现在发展的略有趋势，势头很迅猛。在日本，AGV的规格，品种，技术，数量及程序都已经发展的比较完备。达到了标准化的程度。在我国，AGV小车正在不断发展当中，我们面临最大的问题是如何解决AGV技术与应用暂时不足与我国物流系统迅速发展之间的矛盾。也就是说，我们必须设计出能够多方面满足客户需求的AGV系统。就现在来说，综合国内外AGV技术的应用与发
14、展，可以看出，其主要有两种发展方向：一是全自动的AGV技术。主要以欧美发达国家为代表，以追求AGV的全自动化为目标，尽量不用人工干预，适用复杂多变的路径规划和生产流程，全面应用于所有需要搬运装卸的场合。此类AGV小车技术先进，功能完善。但是对外观的要求不高，造型一般。系列产品配套设施优良，覆盖面广，有数不尽的驱动模式，导引模式，移载机构。最高的载重量可以达到60吨。同样，此类AGV的价格不菲，居高不下。在国内，只有少数企业可以生产，技术基本可以达到国际水品。二是简易型AGV技术，主要以日本为代表，准确的说只能称其为AGC（Automated Guided Cart）。这种技术主要追求简单实用，能够让企业在最短的时间内收回成本。必然，此类AGV价格便宜。更多的应用于简单的生产环境，比如，单一的路径，固定的流程。更多的强调AGV的搬运功能，而忽略其装卸功能。也仅仅限于简易的磁带导引方式。日本生产的AGC的成本控制非常好，几乎做到了极限。所以，其在日本的应用也非常广泛，在2003年达到了顶峰。由于其技术相对简单，在国内，也有许多企业可以生产。1.1.4 AGV的发展现状及存在的问题由于某些工作场所不宜人员进入，AGV就广泛的得到应用，尤其在工厂的货物装运方面。AGV的应用，使企业生产的自动化规模和生产效率得到极大提高。并且在柔性制造系统及自动化工厂里构成快捷、高效的物流系统。
