基于MC9S12XS128MAL控制的光电导引式AGV

自动导向小车(简称 AGV[1剖)是移动机器人的-种，是现代制造企业物流系统中的重要设备，主要用来储运各类物料 ，为系统柔性化、集成化、高效化运行提供重要保证。

资料显示 ：我国虽然开始研制工业机器人仅比日本晚5～6年，但是由于种种原因，工业机器人技术的发展仍比较慢 。AGV从上世纪 60年代开始研究，上世纪 70年代，北京起重运输机械研究所研制成ZDB.1型自动搬运车，上世纪9O年代中期，昆船公司在引进国外先进 AGV小车的技术基础上，先后承担数十个 AGV小车系统的设计、安装以及维护项目，其水平代表了目前国内的最高水平 J。

收稿 日期：2013-04-02基金项目：教育部国家级大学生创新训练资助项 目(1110611051)作者简介：刘 波(1990-)，男，四川成都人 ，主要从事机械设计、机器人控制等方面的研究.E-mail：bobliu4research###gmail.com通信联系人：周 杰，男，副教授 ，博士生导师.E-mail：jiezhou###cqu.deu.cn第7期 刘 波，等：基于MC9S12XS128MAL控制的光电导引式AGV ·839·图 1中，U6、U10、U11分别 是 DAC0832芯片、LM358芯片、2 K电位器的原理图。

其中，DAC0832是采样频率为 8位的 D/A转换芯片，集成电路内有两级输人寄存器，使其具备双缓冲、单缓冲和直通 3种输人方式，且精度能达到 1/256。

R尺 R R R R图 2 DAC0832芯片转换的工作原理简图图2中，DAC0832由倒 T型 R-2R电阻网络、模拟开关、运算放大器和参考电压 四大部分组成。运算放大器输出的模拟电压 为：T， . D - (D ·2 D ·2 十二 D0·2。)式中： -基本电压值，由芯片管脚 给定。

由上式可见，输出的模拟电压与输入的数字电压(D ·2 D。·2。)成正 比，调节飞思卡尔MC9S12XS128MAL芯片端口的高低电平可改变 D/A转换拈电平，从而调节输出的模拟电压的大校由于 DAC0832的D/A转换结果采用电流形式输出，需要相应的模拟电压信号，必须外接-个高输入阻抗的线性运算放大器来实现。

LM358内部包括两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，将 DAC0832与 LM358中的-个运算放大器相连，能得到相应的模拟信号。但是，实验所得的模拟信号是负电压，而且电压值偏小，再通过LM358的另-个运算放大器，实现电压值翻转”，并通过 2 K电位器，调节电压大校LM358适合于电源电压范围很宽的单电源工作模式，也适用于双电源工作模式。该设计采用的是双电源工作模式，需要为 LM358芯片提供 ±9 V电压。

为了得到LM358工作所需的-9 V电压，本研究采用 ICL7600芯片，它是 MAXIM公司生产的小功率极性反转电源转换器，输入电压范围是 1.5 V-10 V，能把 9 V转换为 -9 V，为 LM358芯片供电。

2.3 光电传感器拈光电传感器利用光的漫反射原理进行工作。在电路设计过程中，因为光电传感器反馈的信号电压是0～ 24 V，而单片机能检测的电压是 0～5 V，须增加-个光耦将光电传感器 0～24 V的输入电压转换成0-5 V的电压。经测试，该光电传感器工作性能良好。

2.4 超声波避障传感器拈超声波避障传感器l 工作时序图如图3所示。

触发信号 r]萼 三 二输卷粤响--超声波拈的工作原理：采用 I/O触发测距，当输人至少 1O s的高电平信号时，该拈会自动发送 8个 40 kHz的方波，自动检测是否有信号返回，当有信号返回时，通过I/0端口输出-高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测距公式为：距离 (高电平时间 ×声速(340 m/s))/2。

3 软件设计软件设计时，首先结合机械结构、硬件电路，绘制出程序流程图；然后 ，利用 Meowerks公司为 MC9S12系列专门提供的全套开发工具 Freescale CodeWarriorIDE V5.1软件编写 c语言程序代码，并进行编译与调试。

3.1 CodeWarrior IDE编译环境本研究利用 CodeWarrior IDE V5.1软件提供的 c语言集成开发环境实现 AGV小车软件开发设计。

CodeWarrior的功能强大，除了-般开发工具所具有的编码、编译、编辑、链接、调试过程外，还具有如下优点：用户可在新建工程时将芯片的类库添加到集成开发环境中，工程文件-旦生成就是-个最小系统，并且用户无需进行繁琐的初始化操作，这-点正是51系列单片机无法比拟的。

3.2 控制程序流程图除了显示小车实时信息的液晶显示程序、避障程序外，由于小车是采用左、右电机分别驱动，还需要设计小车稳定直线行驶与转弯的控制算法，并编写相应的程序代码。

· 840· 机 电 工 程 第 3O卷综合上述因素，本研究绘制的光电导引式 AGV控制程序流程图如图4所示。

图4 光电导引式 AGV控制程序流程图图4中，光电码盘的作用是保证小车稳定地直线行驶，当左、右光电码盘上测量的栅格数不同时，将会使小车小幅转弯；光电传感器的作用是保证小车Jl 1]转弯，当左、右光电传感器感应到黑胶带后 ，将会使小车大幅转弯。避障部分采用定时中断，因为规定的避障距离是 I m，通过超声波测距公式，算出测 1 m距离所需时间为 5.9 ms，所以设定避障传感器每隔8 ms工作-次可达到测试要求；并且 8 ms延时不通过De。

1ay”延时函数实现，而采用多次主循环累计实现，以缩短执行-次主循环所用的时间，提高控制效率。

3.3 程序编写为使小车稳定直线行驶，需通过控制左右电机速度的增减以抵消左右电机之间的微小速度偏差。为了实现上述目的，本研究设计了-个基于偏差累积的算法。实现该算法的程序代码如下所示：DisableInterupts；if((B-A)>2)BB-A：A 0：PORTA0x55；PORTB0x45；Enablelnterrupts；If((A-B)>2)AA-B；B：0；PORTA0x57；PORTB0x3d；Enablelnterupts；上述程序中，A与 分别代表左、右光电码盘转过的光栅数，如果A：B，左右光电码盘通过的光栅数相等，说明小车左、右后轮的速度相同。当(B-A)>2，则右光电码盘转过的光栅数大于左光电码盘转过的光栅数，说明右轮的速度大于左轮的速度，需通过小幅右转来调节以使小车保持直线行驶；对于( -B)>2的情况，可依此类推。

4 现场实验和调试为了验证小车能够稳定地沿着黑胶带行走，本研究通过在实验室地面上粘贴黑胶带的方式进行现场实验测试。

图5 光电导引式 AGV实物图图5中，小车的上表面除了安装-个电池盒用于存放电池外，其他平整表面部分用于装运货物。

为了控制小车直线行驶或转 向，本研究需要 向控制器输入两组模拟电压，此处定义为黄线电压和绿线电压。通过实验，分别测得了多组黄、绿线电压值下左、右电机(前进方向为准)的转速值，如图6、图7所示。

如图6所示，从实验测试数据获得的拟合曲线可第 7期 刘 波 ，等：基于 MC9S12XS128MAL控制的光电导引式 AGV ·841·导：罩鲁：U(a左电机与绿线UN (b)左电机与黄线图 6 左电机转速与黄绿线控制电压曲线图U(a1右电机与绿线U(b)右电机与黄线图7 右电机转速与黄绿线控制电压曲线图知，左电机转速大部分稳定在 0.5 m/s，并且绿线电压值大部分在3.3 V～3.5 V之间，黄线电压值大部分在2.4 V～2.6 V之间。为了使小车直线行驶，需输入连续数据点代表的电压值，而为了使小车转向，则需输入离散数据点代表的电压值。

图7中的曲线规律与图6相似，通过与图6相同的分析方法可获得右电机稳定工作的控制电压值。

5 结束语基于飞思卡尔芯片控制技术，本研究开发了光电导引式 AGV小车。实地测试结果表明，小车性能总体上达到了预期指标。同时，笔者提出的偏差累积控制算法在小车行驶过程控制中获得了良好的应用，为以后的研究提供了重要参考依据。

在后续研究中，将在工厂车间开展小车测试，检验小车在更为复杂的路面条件下的性能；同时，该小车现阶段尚未安装蓝牙拈，无法实现对小车的远程控制，为了弥补该不足，笔者计划在后续的项 目中增设蓝牙拈，以实现对小车的远程控制。