基于STM32单片机的自动引导小车控制系统设计

龙源期刊网单片机的自动引导小车控制系统设计作者：何腾鹏黄峰谭方韬徐建来源：《科技视界》2014年第12期【摘要】提出一种自动引导小车控制系统的设计方案。以STM32单片机为核心处理器，采用视觉导引方式，使用摄像头来获取路面信息，通过边缘检测方法提取轨道黑线，求出小车与黑线间的位置偏差，通过速度传感器实时获取小车速度，结合PID控制算法完成对小车电机和舵机的反馈控制。通过硬件系统测试，结果表明系统能在测试环境下实现自主稳定运行，达到了对小车自动控制的功能要求。【关键词】自动引导车；STM32单片机；传感器；PIDDesignofAutomaticGuidedVehicleControlSystemBasedonSTM32MicrocontrollerHETeng-pengHUANGFengTANFang-taoXUJian（SchoolofInformationandEngineering，HubeiUniversityforNationalities，EnshiHubei445000，China）【Abstract】Proposeanautomaticguidedvehiclecontrolsystemdesign.InSTM32microcontrollercoreprocessor，usingvisualguideway，usingcamerastogetroadinformationextractedbytheblacklinetrackedgedetectionmethod，findthepositiondeviationbetweenthecarandtheblackline，real-timeaccesstothecarspeedbyaspeedsensor，combinedPIDcontrolalgorithmtocompletethecarmotorandservofeedbackcontrol.Hardwaresystemtestresultsshowthatthesystemcanachieveindependentandstableoperationinatestenvironmenttoachievetheautomaticcontrolofthecarfunctionalrequirements.【Keywords】Automaticguidedvehicles；STM32microcomputer；Sensors；PID0引言自动引导小车（AGV）是一种无人驾驶的智能搬运机器人，按照监控系统下达的指令，根据预先设计的程序并融合车载传感器信息，从而实现小车沿预定的行使路线自动行驶并完成一系列作业功能[1]。随着现代科学与技术的高速发展，自动引导小车（AGV）已经广泛应用于汽车制造、机械加工、烟草业自动仓库等许多领域[2]。作为一种无人操作的自动化运输设备，AGV具有适应性好、柔性程度高、可靠性强等特点，现已成为现代物流系统的关键装备[3]。龙源期刊网位处理器对信号进行处理，其缺点是处理器对中断响的应速度不够快[4]，为了提高中断响应的速度，本系统采用STM32单片机，它是32位的超低功耗处理器，体积小、成本低，外部中断多，寻址方式灵活简单，执行效率高，指令执行速度快，并且具有极高的运算能力和极强的中断响应能力，解决了应对突发状况的响应速度。1自动引导小车控制系统的总体设计系统主要以后轮驱动前轮转向的四轮模型小车作为载体，配备信息监测模块、执行模块、电源模块、无线通讯模块以及单片机控制模块进行自动引导小车控制系统的设计，也可以通过CC2420无线通讯模块对自动引导小车进行远程控制。本系统的总体设计如图1所示。图1系统设计框图Fig.1Systemdesigndiagram2自动引导小车控制系统硬件设计2.1信息监测模块设计本设计中信息监测模块主要完成道路信息监测和速度监测这两大任务，它相当于自动引导小车控制系统的眼睛，对自动引导小车的导引起着决定性作用。2.1.1道路信息监测模块本设计选用跑道为黑白两色。其背景色为白色，跑道中央有一条黑线作为小车行进的依据。道路信息监测模块以基于视觉导引的方式，采用CMOS摄像头将拍摄到的路面信息以PAL电视机制式的视频信号格式通过LM1881视频同步信号分离芯片[5]，提取出路面视频信息的行同步脉冲、消隐脉冲和场同步脉冲，并将它们转换成数字电平直接输给STM32单片机的I/O口作控制信号，导引小车行驶。其电路如图2所示。图2LM1881视频信号同步分离电路Fig.2LM1881videosyncseparatorcircuitdiagram2.1.2速度监测模块实时监控自动引导小车的速度，以闭环系统的形式对小车的速度进行反馈调节，对小车的平稳运行，具有重要的意义。本设计速度监测模块采用红外对管，在齿轮的一面粘上黑白相间的码盘，红外对管平行于齿轮面并固定在离齿轮较近的位置，齿轮转动时，带动码盘旋转，红龙源期刊网外发射管在照到黑和白后返回给接受管的不同电压，因此可以实现脉冲测速。其电路如图3所示。图3速度检测电路Fig.3Speeddetectioncircuit2.2执行模块设计执行模块主要由舵机和直流电机及其驱动组成。系统选用LM298驱动芯片结合增量式PID算法产生PWM波驱动后轮两个RS-380SH直流电动机工作，舵机选用S3010舵机采用PD算法实现小车前轮转向控制。LM298是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片，其工作电压高达46V，输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A，内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器。因此，电机驱动采用LM298驱动芯片来完成，其电路设计如图4所示。图4电机驱动电路Fig.4Motordrivecircuit2.3电源模块设计电源模块是整个系统运行的基本保障。本系统选用15V（0.7A）铅蓄电池结合LM317、7805、7812等稳压芯片组成电源模块给整个系统供电。2.4无线通讯模块设计无线通信模块采用Chipcon公司的CC2420数字射频芯片，它对信号具有同时接收和发送的功能。其工作在2.4GHz的通用频段上，并且在短距离通信具有较高的可靠性，外围电路设计简单，CC2420无线通信模块直接采用3V电池供电，其外围电路设计如图5所示[6]。3系统的软件设计系统采用C语言进行软件设计，编程和调试环境为Keil4，系统主流程图如图6所示。图6系统主流程图Fig.6Mainflowchartofthesystem4系统测试结果与分析龙源期刊网（1）测试环境及方法.在6m*6m正方形模型轨道上进行系统的整个功能测试。先让载有1kg货物的自动引导小车自主地轨道上行驶，将货物送至目标区，然后将STM32单片机与CC2420进行通信，并进行系统联调。（2）测试结果.对系统进行测试，得到的结果如表1所示。（3）测试结果分析.经过测试表明自动引导小车控制系统既能够在轨道上自主循迹将货物送至目标区，也可以在控制终端的控制下顺利完成送货任务。由于系统采用了增量式PID控制算法，自动引导小车人的控制精度较高，控制效果较好，能够实现自主稳定运行。表1系统测试结果Tab.1Theresultofsystemtest5结语本系统以STM32单片机为主控制器的自动引导小车，通过制作小车式机器人以单片机STM32与CC2420通信模块为核心拟定了系统组成方案，完成了系统的电路硬件设计和软件设计，通过系统测试获得了较满意的结果，达到了设计目的。【参考文献】[1]彭聿松，佃松宜，刘涛，等.电缆管道巡检机器人嵌入式系统的设计与实现[J].计算机工程与设计，2013，34（5）：1630-1634.[2]张正义.自动导引车系统及其应用：AGV技术发展综述[J].物流技术与应用，2005，10（7）：66-73.[3]唐文伟.AGV在物流领域中的应用前景分析[J].物流技术，2001（3）：7-8.[4]孙波，李文锋，李斌，等.基于无线网络的嵌入式机器人控制系统[J].微计算机信息，2008，24（26）：179-181.[5]葛亚明，刘涛，王宗义.视频同步分离芯片LM1881及其应用[J].应用科技，2004，31（9）：20-22.[6]徐建，刘晓妤.机器人灭火控制系统设计[J].湖北民族学院学报：自然科学版，2013（4）：415-417.[责任编辑：汤静]