基于无线控制的危险品拖运小车设计.doc

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1、基于无线控制的危险品拖运小车设计The design of the Dangerous Goods AGV Based on Wireless Control摘 要本小车主要用于运送一些高危险品，以保证人的生命财产安全，它具有自动化程度高、应用灵活、安全可靠、无线操作、维修方便等诸多优点。研究内容主要是AGV导引技术、运动控制原理和无线通信技术。使用VB语言编辑人机接口界面，通过手动和自动两种方式对小车进行控制。PC机和小车之间通过串口和无线通信模块，将控制指令传递给小车。通过系统配备的摄像头可以实时监测小车的位置，控制小车将危险物品运送到指定地点。AGV小车还配有电源电压管理模块，可实时监控

2、小车电源状态，及时更换电池，防止电池电压由于消耗变低造成单片机复位，保证小车正常运行。车载温度检测装置及人员监控装置，对现场人员和危险品进行实时监测。关键词：AGV；无线通信；Atmega16 ABSTRACTAGV mainly uses for transporting some dangerous goods, in order to guarant safety of our life and property .Its automation level is high and using is flexible. Also it is reliable and can operate

3、 with wireless. What is more, protecting and maintaining is convenient. The research focuses on AGV steering skill, theory of controlling movement and communications technology in wireless.Editing port about machine and people in VB program language, the car is via manually operation and automatic t

4、wo modes to control. Through the system video graphy can monitor its place on time，in order to control the goal that the cars place. AGV can monitors the state of power-line voltage on time. Also it can monitors the people and dangerous goods on time. Key Words:AGV;Wireless communication;Atmega16目 录

5、1 引言11.1 AGV自动寻轨小车简介11.2 AGV的应用领域11.3 研究价值22 系统方案32.1 系统构造32.1.1 运动区域图32.1.2 系统设计32.2方案介绍42.1.1系统的主要控制处理器选择42.1.2显示单元方案62.1.3无线模块方案62.1.4电机驱动模块方案72.1.5温度传感器方案92.1.6人员探测方案102.1.7电源选择方案102.1.8报警方案113 功能与指标123.1功能介绍123.2 主要技术指标124 硬件系统设计134.1 整体框图134.2 车体设计134.2.1轮胎的选择134.2.2车体的机械调校144.3 实物图145 软件系统设计1

6、55.1 晶振的配置155.2 ICCAVR集成开发环境155.3软件流程图176 模块的设计186.1核心控制模块的设计186.1.1 ATmega16L单片机简介186.1.2 ATmega16L单片机最小系统196.1.3 RS232通讯协议206.1.4 无线通讯协议207 结论与展望217.1 结论217.2 发展趋势21参考文献22附录23致 谢281 引言1.1 AGV自动寻轨小车简介随着现代物流技术的发展,储存的规模扩大,企业更注重物流效率的提高及人力成本的减少。仓库是各种物资流通过程中的一个重要环节,目前中国基本处于人工管理或半自动化管理状态,效率不高,而且人力成本较高，虽然

7、现在有一些企业已经实现了物资仓储系统的部分信息集成,但有些环节还不能实现无人、无纸作业。从提高仓储的效率、改造传统仓储灵活性以及降低企业人力成本的角度出发,实现仓储的无线化、自动化、信息化管理成为仓储的发展方向。作业连续化的自动化搬运装卸手段，其应用范围和技术水平在近年得到了迅速发展。AGV(Automated Guided Vehicles)又名无人搬运车，自动导引车，自动导向车，自动寻轨小车。美国物流协会对AGV的定义是：装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车辆。其显著特点的是无人驾驶，AGV上装备有自动导向系统，可以保障系统在不需要

8、人工引航的情况下就能够沿预定的路线自动行驶，将货物或物料自动从起始点运送到目的地。它具有运输效率高、节能、工作可靠、使用灵活等许多优点。AGV的另一个特点是柔性好，自动化程度高和智能化水平高，AGV的行驶路径可以根据仓储货位要求、生产工艺流程等改变而灵活改变，并且运行路径改变的费用与传统的输送带和刚性的传送线相比非常低廉。1.2 AGV的应用领域目前，AGV广泛应用于社会的各个领域，这些领域主要有：(1) 自动化立体仓库。(2) 办公室、医院、规划展览馆、宾馆、图书馆等。(3) 柔性装配系统。(4) 机械、电子、纺织、卷烟、医疗、食品、造纸、玩具制造等行业领域的物料输送。(5) 在火车站、轨道

9、交通、飞机场、邮局、超市等场合的物品分捡工作中作为运输工具。(6) 机械制造中的柔性加工系统(FMS)。1.3 研究价值基于无线控制的危险品拖运AGV小车自动化程度高，可以保障系统在人工测量定位寻轨引航的情况下，将危险货物沿预定的轨道从起点运送到目的地，相对于固定的物料输送线在占地最少的情况下，具有最大交叉能力。小车的运动采取手动制动切换，能够在远程操纵控制，操做方便，减轻工作强度；运用时能灵活、及时的搬运危险品，保障人身安全；提高设备的利用率，且能使生产线的设备具有很大的灵活性，便于重新布置和调整。图1-1是此小车的设计步骤。图1-1设计步骤2 系统方案2.1 系统构造2.1.1 运动区域图

10、321小车图2-1 位置图2.1.2 系统设计 RS232USBPC机摄像头单片机单片机电机图2-2 结构图PC机将手动或自动控制信息通过RS232串口下传给编码单片机，然后在通过无线传送的方式，将编码信息传递给解码单片机，从而实现对小车的运动控制，这其中的串口通信协议和无线通信协议都是由设计者自己制定。操作人员可以通过摄像头实时监测小车的位置，来决定是使用手动还是自动对小车进行控制。2.2 方案介绍本设计使用VB语言设计开发友好的人机界面。通过摄像头将工作区的实时状况显示在人机界面上，方便工作人员准确定位小车，及控制小车的安全运行；当小车在位置1、2和3时，小车此时可以工作在自动方式，本设计

11、将小车的运行轨迹以数字信息的方式存储在PC机里。通过通信的方式将数据传递给控制小车运行的单片机，从而实现了小车自动按照预定轨迹运行到指定地点。这种方式由于没有采用常规的寻轨方式，从而提高了系统的可靠性与稳定性。当小车在除1、2和3外的任意位置时，小车工作在手动方式。可以通过PC机操作界面的无线遥控使小车到达指定位置。 在小车进入工作区域之前操作人员可通过车载的电源检测模块的液晶显示屏，实时监控小车电源状态，方便及时更换电池，保证操作人员在不进入工作区域的情况下使小车正常运行。2.1.1系统的主要控制处理器选择目前，单片机的应用范围十分广泛，主要的应用领域有工业控制、仪器仪表、计算机外部设备与智

12、能接口、商用产品、家用电器等。单片机在这些领域的应用使产品功能、精度和质量大幅度提升，且电路简单，故障率低，可靠性高，成本低廉。由于单片机应用范围和场合的不同，其选型就显得尤为重要。市面上的单片机品牌很多，要根据不同的需要选择适合的品牌，因此有必要了解各种单片机及其特点。以下是当今最流行的几种单片机：(1)8051类单片机。国内应用最广的单片机，最早由Intel推出。20世纪80年代中期，Intel公司将8051内核使用权以专利互换或出售形式转给世界许多著名的IC制造厂商，他们在保持与8051单片机兼容的基础上，改善了8051许多特性，如提高速度、提高集成度、放宽电源电压的动态范围等。集成度、

13、放宽电源电压的动态范围等。(2)PIC单片机。由Microchip设计生产，主要产品是16C系列8位单片机。CPU采用RISC结构，仅33条指令，运行速度快，价格低廉，抗干扰性强。基本上都是OTP（One Time Programmable，次性烧录）产品，适于用量大、档次低、价格敏感的产品。(3)PHILPS单片机。P89LPC938MCU是Philips半导体公司推出的51LPC系列OTP单片机，适合于许多要求高集成度、低成本的场合，可以满足多方面的性能要求。LPC938采用了高性能的处理器结构，指令执行时间只需2到4个时钟周期，6倍于标准80C51器件。LPC938集成了许多系统级的功能

14、，这样可大大减少元件的数目、电路板面积以及系统的成本，还继承了Philips半导体的低功耗特性及不可破译性。(4) AVR单片机。AVR单片机，由著名的Atmel公司设计生产，已形成系列产品。其ATtiny、AT90和ATMega系列分别对应低、中、高档产品。AVR单片机片内资源丰富，是一种高集成度的单片机。AVR单片机的程序存储空间采用Flash技术，可重复擦写10000次以上。与其他单片机相比，AVR单片机具有以下优势特征：简便易学，费用低廉。 首先，进入AVR单片机开发的门槛非常低，只要会操作电脑就可以学习AVR单片机的开发。其次，AVR单片机便于升级。AVR程序写入是直接在电路板上进行

15、程序修改、烧录等操作，这样便于产品升级。 再次，AVR单片机费用低廉。学习AVR单片机可使用ISP在线下载编程方式(即把PC机上编译好的程序写到单片机的程序存储器中)，不需购买仿真器、编程器、擦抹器和芯片适配器等，即可进行所有AVR单片机的开发应用，这可节省很多开发费用。高速、低耗、保密。首先，AVR单片机是高速嵌入式单片机： (1)AVR单片机具有预取指令功能，即在执行一条指令时，预先把下一条指令取进来，使得指令可以在一个时钟周期内执行。 (2)多累加器型，数据处理速度快。AVR单片机具有32个通用工作寄存器，相当于有32条立交桥，可以快速通行。 (3)中断响应速度快。AVR单片机有多个固定

16、中断向量入口地址，可快速响应中断。 其次，AVR单片机耗能低。对于典型功耗情况，WDT关闭时为100nA，更适用于电池供电的应用设备。有的器件最低1.8 V即可工作。 再次，AVR单片机保密性能好。它具有不可破解的位加密锁Lock Bit技术，保密位单元深藏于芯片内部，无法用电子显微镜看到。 I/O口功能强,具有A/D转换等电路。(1)AVR单片机的I/O口是真正的I/O口，能正确反映I/O口输入/输出的真实情况。工业级产品，具有大电流(灌电流)1040 mA,可直接驱动可控硅SCR或继电器，节省了外围驱动器件。 (2)AVR单片机内带模拟比较器，I/O口可用作A/D转换，可组成廉价的A/D转

17、换器。ATmega48/8/16等器件具有8路10位A/D。 (3)部分AVR单片机可组成零外设元件单片机系统，使该类单片机无外加元器件即可工作，简单方便，成本又低。 (4)AVR单片机可重设启动复位,以提高单片机工作的可靠性。有看门狗定时器实行安全保护,可防止程序走乱(飞),提高了产品的抗干扰能力。 有功能强大的定时器/计数器及通讯接口。定时/计数器T/C有8位和16位,可用作比较器。计数器外部中断和PWM(也可用作D/A)用于控制输出，某些型号的AVR单片机有34个PWM，是作电机无级调速的理想器件。 AVR单片机有串行异步通讯UART接口,不占用定时器和SPI同步传输功能,因其具有高速特

18、性，故可以工作在一般标准整数频率下,而波特率可达576K。因此，本系统采用AVR单片机中的ATmega16作为主控制器, ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega16 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。2.1.2显示单元方案方案一：LED数码管。LED数码管亮度高,价格低廉，而且使用方便，但其电路复杂，占用资源较多，浪费单片机的资源,只能显示数字，显示单一，无法显示文字，图片等复杂符号信息。因此本设计中不采用。方案二：液晶模组。液晶模组可以显示文字、

19、数字、图片等符号信息，显示方案丰富，显示的信息量大，形象。价格相对较贵。但是由于工作现场中的小车承载的信息量大而且丰富，因此本设计中采用液晶模组进行显示。2.1.3 无线模块方案无线数据传输广泛地运用在车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触RF智能卡、小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、机器人控制、无线232数据通信、无线485/422数据通信、数字音频、数字图像传输等领域中。数据发射模块的工作频率为315M，采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定度极高，当环境温度在2585度之间变化时，

20、频飘仅为3ppm/度。特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。声表谐振器的频率稳定度仅次于晶体，而一般的LC振荡器频率稳定度及一致性较差，即使采用高品质微调电容，温差变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。数据模块具有较宽的工作电压范围312V，当电压变化时发射频率基本不变,和发射模块配套的接收模块无需任何调整就能稳定地接收。当发射电压为3V时，空旷地传输距离约2050米，发射功率较小，当电压5V时约100200米，当电压9V时约300500米，当发射电压为12V时，为最佳工作电压，具有较好的发射效果，发射电流约60毫安，空旷地传输距离700800米，发射功率约500毫瓦。当电压大于l2

21、V时功耗增大，有效发射功率不再明显提高。这套模块的特点是发射功率比较大，传输距离比较远，比较适合恶劣条件下进行通讯。天线最好选用25厘米长的导线，远距离传输时最好能够竖立起来，因为无线电信号传输时收很多因素的影响，所以一般实用距离只有标称距离的一半甚至更少，这点需要开发时注意。基于以上优点，所以在此设计中选择315M无线模块。2.1.4 电机驱动模块方案电机驱动模块是汽车的动力部分，主要负责汽车的起停，在本系统设计时考虑了以下两种方案。方案一：采用步进电机实现。方案一的原理是由单片机发出不同频率的信号来实现对步进电机的控制。单片机速度快，输出频率准确且可调节范围大，可将步进电动机的速度划分为几

22、个档位，使控制方式和控制电路都更加简化。方案二：采用小型直流电机实现。直流电机具有优良的调速和起动性能。它具有调速范围广、平滑性和经济性好、起动转矩大等优点。方案二的原理就是由电机驱动芯片L298N结合单片机PWM技术实现对小型直流电动机的速度和方向控制，电路图如图2-3所示。以电机MOTOR 1为例，控制逻辑说明原理如下：当使能端ENA为高电平时，如果输入端PWM0为高电平，输入引脚IN1为低电平而引脚IN2为高电平，则电机A正转；如果输入端PWM0为低电平，输入引脚1为低电平而输入引脚2为高电平，则电机A反转。L298N是一款高集成度、双桥结构的直流电机驱动器，具有驱动50V电压和2A电流

23、的能力，而且使用简单、实用性强。因此，方案二较为适用。L298N的控制逻辑详见表2-1，其引脚排列如图2-4所示。图2-3 电机驱动模块电路图表 2-1 L298N的控制逻辑输入信号电机运动方式使能端A使能端B输入引脚（IN1/IN3）输入引脚（IN2/IN4）1110前进1101后退1010左转0110右转0110原地转动 图2-4 L298N的引脚排列2.1.5 温度传感器方案由DALLAS半导体公司生产的DS18B20型单线智能温度传感器,属于新一代适配微处理器的智能度传感器。独特的一线接口，只需要一条口线通信，多点能力，简化了分布式温度传感应用，无需外部元件，可用数据总线供电，电压范围

24、为3.0 V至5.5 V 无需备用电源测量温度范围为-55至+125 。华氏相当于是-67到257华氏度-10至+85范围内精度为0.5。温度传感器可编程的分辨率为912位,温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒，用户可定义的非易失性温度报警设置，应用范围包括恒温控制，工业系统，消费电子产品温度计，或任何热敏感系统描述该DS18B20的数字温度计提供9至12位（可编程设备温度读数。信息被发送到/从DS18B20 通过1线接口，所以中央微处理器与DS18B20只有一个一条口线连接。为读写以及温度转换可以从数据线本身获得能量，不需要外接电源。 因为每一个DS18B20的包含一个独特的序号，多个

25、ds18b20s可以同时存在于一条总线。这使得温度传感器放置在许多不同的地方。它的用途很多，包括空调环境控制，感测建筑物内温设备或机器，并进行过程监测和控制。DS18B20的性能特点(1)独特的单线接口，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无需变换其它电路直接输出被测温度值；(2)多点(multidrop)能力使分布式温度检测应用得以简化；(3)不需要外部元件；(4)既可用数据线供电，也可采用外部电源供电；(5)不需备份电源；(6)测量范围为-55+125，固有测温分辨率为0.5；(7)通过编程可实现912位的数字读数方式；(8)用户可定义非易失性的温度告警设置；(9)警告搜索

26、命令能识别和寻址温度在编定的极限之外的器件（温度警告情况）；(10)应用范围包括恒温控制、工业系统、消费类产品、温度计或任何热敏系统。图2-5为DS 18B20温度传感器的引脚以及外部结构。图2-5 DS 18B20温度传感器的引脚以及外部结构基于以上优点，在此设计中选择DS18B20温度传感器。2.1.6 人员探测方案热释电红外传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为2*1mm的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经

27、装在探头内的场效应管放大后向外输出。为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大70分贝以上，这样就可以测出10-20米范围内人的行动。优点：本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。价格低廉。缺点：容易受各种热源、光源干扰；被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收；环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。2.1.7 电源选择方案电源选择为2块12V组合电池，1块电池给遥控器供电，另外1块

28、电池对小车供电，选择此种电池是因为价格低廉，体积小，方便放于小车内部，并且可以多次充电，可以重复利用，对保护环境做出了一定的贡献。2.1.8 报警方案当DS18B20温度传感器所测的温度超过29时，蜂鸣器即会发出警报。3 功能与指标3.1功能介绍本小车主要用于运送一些高危险品，以保证人的生命财产安全，它具有自动化程度高、应用灵活、安全可靠、无线操作、维修方便等诸多优点。研究内容主要是AGV导引技术、运动控制原理和无线通信技术。使用VB语言编辑人机接口界面，通过手动和自动两种方式对小车进行控制。PC机和小车之间通过串口和无线通信模块，将控制指令传递给小车。通过系统配备的摄像头可以实时监测小车的位

29、置，控制小车将危险物品运送到指定地点。AGV小车还配有电源电压管理模块，可实时监控小车电源状态，及时更换电池，防止电池电压由于消耗变低造成单片机复位，保证小车正常运行。车载温度检测装置及人员监控装置，对现场人员和危险品进行实时监测。小车可以根据各光电传感器检测到的信号自动寻迹，在事先设计好的工作线路上安全行驶。当小车周围的温度超过设置的阀值温度时，即会发出报警声。液晶模组上能够显示电源电压、温度、周围是否有人等细节，以便各个工位进行处理。3.2 主要技术指标抗干扰能力强，效率高，柔性高。要求 AGV能够按照编好的程序自动执行任务，运行要达到一定的精度，不能脱离预定的路线而造成设备损坏；在出现危

30、险情况时能够及时报警；运行路线施工量要小，路径的修改方便，易维护，具有一定的柔性。4 硬件系统设计4.1 整体框图图4-1 整体框图4.2 车体设计4.2.1轮胎的选择轮胎是小车行驶机构中的最重要的组成元件之一，直接关系到车辆的安全性和运行经济性。如果不能正确地选择和使用轮胎，不但会降低小车的各项性能指标，而且还会影响小车的行驶安全性，甚至会造成不必要的人员伤亡和财产损失。 轮胎选择的基本原则：首先，根据轴荷计算轮胎的负荷能力和速度等级来确定轮胎的规格，这涉及到车辆的性能指标和行驶安全性。其次，根据车辆的结构特点、行驶道路条件、气候等确定轮胎的结构（子午胎或普通胎）及轮胎花纹等来满足车辆的通过

31、性、行驶平顺性、转向特性等和轮胎的互换性及维护的方便性等要求，并估算经济性。最后，再考虑轮胎的其他辅助要求，如轮胎货源的稳定性及车辆管理方面的问题等。 轮胎的力学性能： 轮胎的力学性能也是轮胎的重要性能指标，主要指轮胎的通过性能、缓冲性能和刚度。车辆在转弯时如果轮胎的刚度不够（即常说的“胎软”），轮胎的附着性能马上变坏，车辆会出现转向不足，偏离正常的行驶轨道，这种情况在高速行驶时最危险。一般来说，宽胎刚度较大，标准胎刚度较小。轮胎必须具有良好的缓冲性能，与悬架一起吸收和缓冲车辆的振动。 总之，轮胎的选择和使用要根据车辆的载荷、速度、道路条件、气候环境来综合考虑，才能保证小车行驶的安全性和经济性

32、。4.2.2车体的机械调校底盘高度: 一般来说，底盘的高度越低，车的转向性能越好，行驶稳定性越佳。4.3 实物图图4-2 实物图5 软件系统设计5.1 晶振的配置ATmega16单片机可以设置内部晶振时钟，为简化电路，本设计选用内部时钟，采用8MHz的晶振，需要用PROGISP软件对单片机的熔丝位进行烧写。被校准的内部RC振荡器提供固定的1/2/4/8MHz的时钟，这些工作频率是在5V，25下校准的。内部RC振荡器的工作模式如表5-1所示，按表5-1对CKSEL熔丝位进行编程可以选择内部RC时钟，此时将不需要外部元件，在使用这些时钟时，应当是未编程的，即CKOPT=1。当MCU完成复位后，硬件

33、将自动地封装校准值到OSCCAL寄存器中，从而完成对内部RC振荡器的频率校准。表5-1 内部RC振荡器的工作模式表熔丝位（CKSEL31）工作频率范围（MHz）00011.000102.000114.001008.05.2 ICCAVR集成开发环境ImageCraft公司开发的ICCAVR是使用符合ANSI标准的C语言来开发AVR系列单片机的一种开发工具。ICCAVR是一个综合了编辑器、工程管理器和C编译器的基础开发环境（Integrated Development Environment, IDE）。其可在Windows 9x/NT/XP下工作。ICCAVR采用工程项目管理方式，将源文件全部

34、组织到工程中。文件的编辑（Edit）和工程的构筑（Build）也在这个环境中完成。编译错误显示在状态窗口中，并且当用鼠标单击编译错误时，光标会自动跳转到编辑窗口中引起错误的那一行。工程管理器还能直接产生可以直接使用的Intel HEX格式文件。Intel HEX格式文件可被大多数的编程器所支持，用于下载程序到芯片中去。在编辑器安装完成后，得到的是一个只可以使用45天的未注册版本的集成开发环境。因此，应当对其进行注册，首先启动编译器的集成开发环境（IDE），单击菜单栏Help/Register Software；然后，单击Continue按钮进入注册机界面，在注册栏填入软件的序列号对应得注册码，

35、单击License后完成编译软件的注册。ICCAVR编辑器的使用：首先，创建工程文件，从IDE的菜单“Project”中选择“New”命令，在对话框中指定工程存放的文件夹以及工程名称。在工程管理窗口中会出现三个子目录，Files、Headers、Documents。然后，从打开已编辑好的源文件或直接在新建的编辑区内键入程序。在编辑窗口中单击鼠标右键，在菜单中选择“Add To Project”命令，将源文件添加到工程中。最后，编译源文件。从IDE的中选择“Options”命令，在Target标签下的Device configuration单片机，选择完成后点击“OK”，并可在编辑区进行程序的编

36、写与修改。图5-1为ICCAVR编辑器IDE界面。图5-1 ICCAVR编辑器IDE界面在程序编译通过后，再单击 “Project”菜单下的“Build All”命令，编译工程中的全部文件（File文件夹中的文件）。如果配置“In System Programming”对话框的Auto Program After Compile项，通过自制的ISP下载线将编译后的程序即可下载到目标板，完成自动下载过程。In System Programming对话框如图5-2所示。图5-2 In System Programming对话框5.3 软件流程图系统硬件主要是由无线的接收、发送以及控制器组成，其中控

37、制器是收发的核心，其程序的好坏直接影响着系统的可靠性与稳定性，系统软件的程序流程图如图5-3所示。图5-3 系统整体设计流程图6 模块的设计6.1核心控制模块的设计6.1.1 ATmega16L单片机简介单片机(又称微处理器)是在一片硅片上集成了中央处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM或者FLASH）、定时器/计数器以及多种I/O接口的单芯片型微型计算机。本设计所采用的单片机是ATmega16L单片机开发板。该单片机芯片由ATMEL公司于1997年推出的一款高端AVR单片机（ATmega系列）。它有内部接口丰富、功能齐全、性价比高、功耗低、生产技术高密度、拥有非易失性存储

38、等优点。1、 功能特性概述AVR RISC结构；数据和非易失性程序存储器；工作电压和时钟:2.75V;08MHz.2、引脚功能说明图6-1为ATmega16单片机引脚配置图。图6-1 单片机引脚配置图(1)VCC为数字电路的电源，GND为地。(2)端口A（PA7-PA0）作为A/D转换器的模拟输入端，是8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口A处于高阻状态。(3)端口B（PB7-PB0）为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。其

39、输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统始终还未起振，端口B处于高阻状态。端口B也可以用做其他不同的特殊功能。(4)端口C（PC7-PC0）为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统始终还未起振，端口C处于高阻状态。如果JTAG接口使能，即使复位出现引脚PC5（TD1）、PC3（TMS）与PC2（TCK）的上拉电阻被激活。端口C也可以用做其他不同的

40、特殊功能。(5)端口D（PD7-PD0）为8位双向I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统始终还未起振，端口D处于高阻状态。端口D也可以用做其他不同的特殊功能。(6)RESET为复位输入引脚，持续时间超过最小门限时间的低电平将引起复位。(7)XTAL1为晶振反相放大器的输入端和内部时钟操作电路的输入端。(8)XTAL2为晶振反相放大器的输出端。(9)AVCC是端口A与A/D转换器的电源。不使用ADC时，该引脚应该直接与Vcc连接。使用ADC时应通过一个低通

41、滤波器与Vcc连接。(10)AREF是A/D的模拟基准输入引脚。6.1.2 ATmega16L单片机最小系统ATmega16L单片机内含有FLASH程序存储器和SRAM数据存储器，故在一般情况下不需要扩展存储器。在该单片机的XTAL1和XTAL2之间加上0-8MHz的晶振，并通过20pF左右的电容接地为单片机提供工作时钟，在9引脚加上低电平复位的复位电路并为单片机加上4.0-6.0V电源后，ATmega16L单片机即可正常工作。以上三部分共同组成了ATmega16L单片机的最小系统。6.1.3 RS232通讯协议1波特率：9600bit/s,8bit,1位停止位,无校验位.2格式EBH:地址，

42、命令，数据长度，数据n，冗余EBH:为帧起始位，以二进制表示为:1110 1011地址:设备的通讯代号，出厂时已设定好，用户不能修改，同一型号的所有设备共用一个相同的地址。命令:用十六进制数据代表的操作。数据长度:发送或接收的信息字节数，它只包括数据1到数据n的个数。冗余:用来判断发送或接收是否正确的信息，在发送时由发送端计算，在回送信息中由设备自动计算。计算方法为：冗余=地址+命令+数据长度+数1+数N如果冗余=EBH，则发送反码，即冗余=14H；若冗余有进位，则将进位取消只取低八位即可。例：冗余=2AH+01H+01H+F3H=11FH 则将进位取消即为冗余=1FH。6.1.4 无线通讯协

43、议1协议说明：通讯中，主机与从机之间采用严格的“一问一答”式的通讯机制(a)从机接收到主机发过来的数据后都要回复一个应答数据包，来告知主机接收到的数据是否正确。(b)主机接收到从机发过来的数据后都要回复一个应答数据包，来告知从机接收到的数据是否正确。2错误处理：(a)通过2个机制保证协议桢的完整性：i.字头 0xaa,0x55。表示协议桢的开始。有这个字头，可以将多个桢连续发送，主机(或上位机)和从机(或下位机)根据字头来确定一桢的开始。ii.检查校验和是否正确。(b)如果从机应答超时(500ms），主机(或上位机)重发，如再次超时，则放弃此指令。(c)如果从机返回数据错误(校验和错误、指令错

44、误等)，主机应重发3次。如仍然错误，则放弃此指令。(d)波特率19200bps，8数据位，1停止位，CRC校验位。(e)对于有符号数据，最高位为符，0为正，1为负，例如0x10=16，0x90=-16。7 结论与展望7.1 结论基于无线控制的危险品拖运AGV小车自动化程度高，可以保障系统在人工测量定位寻轨引航的情况下，将危险货物沿预定的轨道从起点运送到目的地，相对于固定的物料输送线在占地最少的情况下，具有最大交叉能力。AGV的另一个特点是柔性好，自动化程度高和智能化水平高，AGV的行驶路径可以根据仓储货位要求、生产工艺流程等改变而灵活改变，并且运行路径改变的费用与传统的输送带和刚性的传送线相比

45、非常低廉。历时三个月的设计过程中，我边查资料，边在实验室焊接小车的线路板。在焊接过程中，我感觉到即使是一个简单的电路，要想很轻松的焊好，也不是很容易的事情。有时是“虚焊”的原因，有时可能是阻值选错。这使我深深感受到理论与实际间的差距。通过这样的设计，提高了我的动手能力。7.2 发展趋势本作品在实际的用途上还有很大的发展空间，而且应用范围还很大。总体可以概括为以下几个方面。（1）在电机调速方面，可以再加上一个速度传感器结合PID算法实现闭环的模糊控制，这样小车的行驶将更加稳定。（2）在小车上可以加上轨迹记忆存储的功能，这一功能在工业现场尤为必要。（3）在寻轨、测距、显示、报警的基础上可以加上语音

46、识别功能，从而丰富人机交互方式，可以进一步实现操作的智能性。参考文献1 童诗白,华成英.模拟电子技术基础M.高等教育出版社,2004.2 康华光.电子技术基础(数字部分)M.高等教育出版社,2006.3 刘海成.AVR单片机原理及测控工程应用：基于ATmega48/ATmega16M.北京航空航天大学出版社,2008.4 张军,宋涛.AVR单片机C语言程序设计实例精粹M.电子工业出版社,2009.5 马潮.AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践M.北京航空航天大学出版社,2007.6 周兴华.手把手教你学AVR单片机C程序设计M.北京航空航天大学出版社,2009.7 魏崇毓.无线通信基础及应用M.西安电子科技大学出版社,20098 刘同法.单片机外围接口电路与工程实践M.北京航空航天大学出版社 ,2009.9 索雪松,纪建伟.传感器与信