agv小车设计方案改

agv小车设计方案改内容摘要：

Flash，使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash， 512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM， MAX810 复位电路， 3 个16 位定 时器 /计数器， 4 个外部中断，一个 7 向量 4 级中断结构（兼容传统 51 的 5 向量 2 级中断结构），全双工串行口。 另外 STC89C52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2种软件可选择节电模式。 空闲模式下， CPU 停止工作，允许 RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。 掉电保护方式下， Xi’an Jiaotong University 16 RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 最高运作频率 35MHz， 6T/12T可选。 单片机特性： STC89C52RC 单片机 : 8K 字节程序存储空间； 512 字节数据存储空 间； 内带 2K 字节 EEPROM存储空间。 可直接使用串口下载； AT89S52单片机 : 8K 字节程序存储空间； 256 字节数据存储空间； 自带 2KB 的 EEPROM存储空间。 ： 1. 增强型 8051 单片机， 6 时钟 /机器周期和 12 时钟 /机器周期可以任意 选择，指令代码完全兼容传统 8051.[2] 2. 工作电压： ～ （ 5V 单片机） /～ （ 3V 单片机） ： 0～ 40MHz，相当于普通 8051 的 0～80MHz，实际工作 频率可达 48MHz 4. 用户应用程序空间为 8K 字节 5. 片上集成 512 字节 RAM 6. 通用 I/O 口（ 32 个），复位后为： P0/P1/P2/P3 是准双向口 /弱上拉， P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。 7. ISP（在系统可编程） /IAP（在应用可编程），无需专 用 编 程 器 ， 无 需 专 用 仿 真 器 ， 可 通 过 串 口（ RxD/,TxD/）直接下载用户程 序，数秒即可完成一片 8. 具有 EEPROM 功能 Xi’an Jiaotong University 17 9. 共 3 个 16 位定时器 /计数器。 即定时器 T0、 T T2 4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可 由外部中断低电平触发中断方式唤醒 11. 通用异步串行口（ UART），还可用定时器软件实现多个 UART 12. 工作温度范围： 40～ +85℃（工业级） /0～ 75℃（商业级） 13. PDIP 封装 Xi’an Jiaotong University 18 三、传感器部分设计 TCRT5000 光电传感器模块是基于 TCRT5000 红外光电传感器设计的一款红外反射式光电开关。 传感器采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成， 输出信号经施密特电路整形，稳定可靠。 应用场合： 1. 电度表脉冲数据采样 2. 传真机碎纸机纸张检测 3. 障碍检测 4. 黑白线检测 基本参数： ： 长 32mm~37 mm； 宽 ； 厚 2mm 2. 工作电压： DC 3V~，推荐工作电压为 5V 3. 检测距离： 1mm~8mm 适用，焦点距离为 模块原理和应用 传感器的红外发射二极管不断发射红外线，当发射出的红外线没有被反射回来或被反射回来但强度不够大时，光敏三极管一直处于关断状态，此时模块的输出端为低电平，指示二极管一直处于熄灭状态；被检测物体出现在检测范围内时，红外线被反射回来且强度足够大，光敏三极管饱和，此时模块的输出端为高电平，指示二极管被点亮。 我们采用的光电传感器为 TCRT5000，它的是采用高发射功率红外光电二极管和高度灵敏光电晶体管组成，其检测距离在 6mm~14mm。 Xi’an Jiaotong University 19 TCRT50000 传感器原理图 TRRT5000 电路连接图 Xi’an Jiaotong University 20 四、 机械结构及驱动部分设计 车体的设计： 车体框架是装配 AGV 其他零部件的主要支撑装置，是运动中的主要部件之一，主要分为主框架和副框架两个部分。 主框架为立体型框架结构，用于安装各种控制和通讯设备。 副框架则安装轮子、各种传感器和驱动电机，主框架和副框架用可拆卸联接，便于安装和拆卸，总的来说 AGV 车架相当于汽车底盘，是 AGV 机械部分的关键。 车架设计及工艺的合理性直接影响 AGV的定位精度，应满足的主要条件如下 : ①车体的强度和刚度必须满足小车承载及运行加速时的要求 . ②在保证车体有足够刚度的条件下，尽量减轻车体的重量，以提高有效承载重量 . ③尽量降低车体重心，提高整车的抗倾翻能力． ④车体的外廓不应有突出部分，以防止碰撞其他物体． 根据以上所述要求，并能更好地满足实际任务的需要， AGV整体尺寸设计为 1 m(长宽高 )。 除 AGV 车体以外的其他辅助系统的安装直接影响着小车的驱动和转向。 AGV 车体重心越低，越有利于抗倾翻。 车轮及转向装置选择： 小车采用差速转向控制，因此每个驱动轮都有独立的驱动电机。 为了使系统运行可靠并且维护方 便，本系统采用两个减速直流电机作为驱动电机。 电机的选择： 假设设计的 AGV 原理样车总载重为 250kg，最高时速设定为 1m/s，正常运行时速设定为。 AGV 行驶阻力的计算 : Xi’an Jiaotong University 21 AGV 在水平道路上等速行驶时必须克服来自地而的滚动阻力和来自空气的空气阻力。 滚动阻力以符号表示，空气阻力以符号表示。 当 AGV 在坡道上行驶时，还必须克服重力沿坡道的分力，称为坡度阻力，以符号表示。 AGV 加速行驶需要克服的阻力称为加速阻力，以符号表示。 因此车辆行驶的总阻力为 : „„ （ 1） AGV的滚动阻力的计算 „„ 式中 : μ — 滚动阻力系数，即车轮在一定条件下滚动时所需的推力与车轮负荷之比，即单位车辆重力所需的推力。 滚动阻力系数由实验确定。 它与路面的种类、行驶车速以及车轮的构造、材料等有关。 考虑到 AGV在工厂运行，路而一般为沥青或混凝土路面，参考有关数据可知， =～ ，实际取 =，设计其总质量为 m=250kg，代入公式 ()得滚动阻力为 : (2)加速阻力的计算 AGV 在加速行驶的过程中，需要克服其质量加速运动时的惯性力，即加速阻力 Fj。 设 AGV 从原地起步经过的位移S=lm 时，其车速达到 =则 AGV 的加速度为 : 故加速阻力为 : (3)坡度阻力的计算 AGV 工作场合的道路状况一般较好，坡度较小，坡度阻力忽略不计。 AGV 小车不同于道路行驶的高速车辆， AGV 的最高时速 Xi’an Jiaotong University 22 一般为 1m/s，因此空气阻力对 AGV行驶的影响可忽略不计。 因此根据 ， AGV总的运动阻力为 : 由于最高速度为 1m/s，故需要电机的功率为： P=F V=173W 故电机参数为： P=173w，车轮半径 R=，额定转速n=62rpm，峰值转速 =77rpm，峰值转矩 =21N m，故选用57BLF1830NBBRV3030 型电机，搭配涡轮减速器。 参数及外形尺寸如下： 电机选型表 Xi’an Jiaotong University 23 电机外形尺寸图 驱动轮（前轮）选用孔径 25mm，外径 125mm 的 AGV 小车专用轮 AGV 专用轮尺寸图 Xi’an Jiaotong University 24 AGV 专用轮外形图 后轮选用两个直径 125mm的万向轮。 万向轮外形图 驱动部分校核计算： (1)运动速度的校核 确保车辆有足够驱动力的同时也要有较高的工作速度。 如前所述车轮半径 R=，电机转速 n＝ 62r/min，则 : Xi’an Jiaotong University 25 虽然 ,但我们可以控制小车低速行驶，故可以选用该电机。 (2)驱动能力的校核 车轮半径 R=，功率为 P=310W，则车轮的驱动力矩为 : 310/1=310N 由于 310301，所以能保证车辆的正常起动，并有一定的驱动力储备。 (3)启动时加速度的校核 启动时的驱动阻力为 :Fn = 48N。 电机到车轮所发出的驱动力为 :310N 则加速度为 : 高于最初预计的加速度，这说明设计完全能够达到预期的加速能力。 经过上述计算 ,确定 57BLF1830NBBRV3030型电机符合要求。 蓄电池的选择： 目前 AGV 大多使用镍镉蓄电池，镍氢蓄电池、锂电池和铅酸蓄电池 ．下面就对以上几种类型的电池进行简单比较： (1)镍镉蓄电池 内阻小，可供大电流放电，放电时电压变化小与其他种类电池相比之下，镍镉电池可耐过充电或放过电，操作简单方便放电电压依据其放电电流多少有些差异，大体上是 1. 2V左右镍镉电池的放电终止电压为 1. OV/cell，实际使用温度范围在 20℃－ 60℃，在此范围内可进行放电。 可重复 500 次以上的充放电。 (2)镍氢蓄电池 镍氢电池能量比镍镉电池大二倍 ,用专门的充电器充电 Xi’an Jiaotong University 26 可在一小时内快速充电 ,自放电特性比镍镉电池好，充电后可保留更长时间 ,可重复 500 次以上的充放。 (3)锂电池 拥有高能量密度。 与高容量镍镉电池相比，体积能量是其 1. 5 倍，能量密度是其 2 倍。 高电压，平均使用电压为3. 6V，是镍镉电池、镍氢电池的 3 倍，使用电压平坦并且高容量，广泛的使用温度 200C600C。 充放电寿命长，经过500 次放电后其容量至少还有 70%以上由于锂电池具备了能量密度高电压高，工作稳定等特点。 (4)铅酸蓄电池 铅酸电池是一种使用最广泛的电池，它以海绵状的铅作为负极，二氧化铅作为 正极，我们把这二种物质称为活性物质，用硫酸水溶液作为电解液，它们共同参与电池的电化学反应。 铅酸蓄电池 具有良好的可逆性、电压特性平稳、使用寿命长、适用范围广、原材料丰富（且可再生使用）及造价低廉等优点。 主要应用在交通运输、矿山、港口、国防、计算机、科研等国民经济各个领域，是社会生产经营活动和人类生活中不可缺少的产品。 经过以上对 蓄电池 优缺点的对比，我们选择用 1块 20Ah的锂电池构成电源，其输出电压为 24V，蓄电池布置在承载车身内，总重量为。 所选锂电池参数 Xi’an Jiaotong University 27 总体机械结构设计及建模 : AGV 小车三维模型图 ① ：控制模块 ② ：直径 125mm的万向轮 2 ③ ：载物台 ④ ：工字钢主体框架 ⑤ ：循迹光电传感器为 TCRT5000 4 ⑥ ：避障传感器 2 ⑦ ： 57BLF1830NBBRV3030型电机及涡轮减速器 2 ⑧ ：外径 125mm的 AGV专用轮 2 ⑨ ： 20Ah 的锂电池 Xi’an Jiaotong University 28 AGV 小车三维模型仰视图 AGV 小车三维模型侧视图 Xi’an Jiaotong University 29 AGV 小车主体部分三维图 AGV 小车二维工程图 Xi’an Jiaotong University 30 五、 控制部分设计 电源模块： 电源模块是根据需要将电池供给的电压转换成我们实际需要的电压为电路供电。 我们小组设计的电源模块可以将锂电池提供的 24V 电压进行转换，同时输出 24V和 5V 电压，分别向驱动电路和单片机进行供电。 电源电路模拟仿真图 驱动模块 驱动模块主要为驱动电路，位于主电路和控制电路之间，用来对控制电路的信号进行放大的中间电路（即放大控制电路的信号使其能够驱动功率晶体管），驱动电路的基本任务，就是将信息电子电路传来的信号按照其控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号。 我们的驱 动电路主要是驱动。