自動巡檢智能搭載小車的設(shè)計與實現(xiàn)

李文華+彭森

摘 要：目前各大企業(yè)的倉庫和廠房都采用人工巡檢，存在很多漏洞。危險場合人工巡檢，存在人身安全隱患。本文以單片機技術(shù)為控制核心，設(shè)計了一款按預(yù)定軌道行駛的自動巡檢搭載小車，取代人工巡檢。實驗表明：所設(shè)計的自動巡檢智能搭載小車能按預(yù)定軌道自動尋跡和避障。無使用條件限制，達(dá)到設(shè)計目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：AT89S51；紅外傳感器；直流電機；自動控制

1 引言

各大企業(yè)的倉庫和廠房都采用人工巡檢，既浪費了人力又存在很多隱患，而對于一些惡劣環(huán)境場合，例如：高溫烘干室、防爆化學(xué)反應(yīng)室等，還可能對巡檢人員的人身安全造成危害。據(jù)統(tǒng)計每年企業(yè)的倉庫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]。作者基于單片機技術(shù)設(shè)計了一款按預(yù)定軌道行駛的自動巡檢智能搭載小車，搭載攝像頭完成自動巡檢，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。主要包括紅外檢測模塊、電機驅(qū)動模塊、指示燈模塊和AT89S51單片機控制模塊。

當(dāng)紅外檢測模塊檢測到小車偏離軌道或前方有障礙時，向控制模塊發(fā)送信號，控制模塊處理該信號后，向驅(qū)動模塊發(fā)送相應(yīng)的驅(qū)動信號，經(jīng)放大，驅(qū)動電機M1和M2轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)小車自動尋跡和避障，同時指示燈模塊點亮相應(yīng)指示燈指示。

3 電路的設(shè)計

本文主要設(shè)計小車的紅外檢測電路、電機驅(qū)動電路和控制電路。其中，控制電路采用單片機最小系統(tǒng)[2]，電路比較簡單，在此不多作介紹。

3.1 尋跡避障檢測電路設(shè)計

紅外檢測信號D1、D2和D3分別通過P3.5，P3.6， P3.7端口送入單片機，根據(jù)信號電平高低，判斷小車的運行狀況。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)動電路設(shè)計

電機驅(qū)動電路的設(shè)計如圖2所示。

電機驅(qū)動電路主要由兩個直流電機與兩個驅(qū)動芯片LG9110[3]組成。根據(jù)紅外檢測電路輸入信號電平高低，單片機通過P0.0、P0.1、P0.2和P0.3端口向驅(qū)動芯片輸出控制驅(qū)動信號，經(jīng)LG9110芯片放大，驅(qū)動左側(cè)直流電機M1和右側(cè)直流電機M2正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)小車前進(jìn)后退及左右轉(zhuǎn)。P0.0、P0.1、P0.2和P0.3端口輸出信號電平與小車運行狀態(tài)關(guān)系如表1。

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

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

4 測試

通過仿真和實物實驗，測試小車自動尋跡和避障能力，檢驗設(shè)計電路的可行性。

4.1 仿真實驗

在proteus仿真平臺下搭建小車仿真電路如圖4。

5 結(jié)論

各大企業(yè)的倉庫和廠房及一些危險場合等都需要巡檢，消除隱患，防患于未然。本文作者以單片機為控制核心，設(shè)計了一款按預(yù)定軌道行駛的自動巡檢智能搭載小車，不受環(huán)境條件限制。通過實驗測試，實現(xiàn)了小車自動尋跡和避障功能，設(shè)計電路可行。有效降低了人工巡檢的成本，避免了人工巡檢存在的漏洞，排除了危險場合的人身安全隱患。

參考文獻(xiàn)

[1] 高 寧， 彭 力. 陳凱健.糧倉環(huán)境檢測智能巡檢小車研制[J] .現(xiàn)代電子技術(shù)， 2010， （1）：6-8

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

[3] 寧慧慧， 余紅英. 基于單片機控制的簡易自動尋跡小車設(shè)計[J]. 電子測量， 2009，（9）：23-25

[4] 文方. 基于51單片機的自動尋跡小車控制設(shè)計[J]. 科技信息， 2010，（2）：40-42

作者簡介

李文華，邵陽學(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，邵陽學(xué)院信息工程系教師