通用型自动导引运输车控制系统的制作方法

本发明属于工业控制技术领域，特别是一种通用型自动导引运输车控制系统。

背景技术：

随着越来越多的生产制造企业着眼于提高企业核心竞争力，逐步摒弃传统的生产方式和设备，采用智能机器人、无人搬运车作为替代物，大大提高了企业生产效率，降低生产成本。通用型自动导引运输车控制系统的设计可以使大专院校及中学的学生了解这种新型自动导引运输车在实际自动化企业应用过程的开发和设计,同时也可应用于实际工业场合。

目前传统的教学手段无法很好的解决理论与实践脱节现象，教学过程中不能很好的突出教学重点、突破教学难点，教学效果的实时检测能力较差，也无法很好的解决当前教学和实训内容与行业企业需求相差甚远的矛盾。传统的自动导引运输车是使用PLC作为主控制器实现的，但PLC成本高、数据存储和图形显示功能不理想。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种稳定可靠的通用型自动导引运输车控制系统，使自动导引运输车能够安全工作或自动进入充电区域进行充电。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种通用型自动导引运输车控制系统，包括分别与控制单元连接的导航模块单元、电源单元、位置卡RFID模块单元、人机界面、防撞系统、执行单元、无线通信单元，所述电源单元通过电力电子转换对其它各单元进行供电，控制单元通过检测导航模块单元、防撞系统、位置卡RFID模块单元的信息对报警系统、执行单元进行控制，同时通过人机界面的操作实现对整个系统的显示与设置。

进一步地，所述控制单元包括电源转换单元、升压电路单元、电压检测单元、输入输出单元、状态显示单元、单片机系统和通信单元，所述升压电路单元与外部执行单元相连，单片机控制升压电路的模拟量输出得到电机驱动信号，实现对电机转速与转向的控制，其中升压电路单元通过D/A芯片和放大器实现指定范围电压输出；电源转换单元与单片机相连，为单片机和其他工作单元供电；电压检测单元通过分压法将输入电压转换到所需的电压范围，然后通过单片机的AD输入端口采集转换后的电压；输入输出单元包括带隔离的低边输入单元、高边输出单元，单片机与带隔离的低边输入单元相连接，在外部有低边信号输入时单片机根据输入信号的类型做出相应的处理，同时隔离开外部信号对单片机引脚的干扰；单片机与高边输出单元相连接，通过单片机控制实现24V的高电平输出；通信单元配有防静电单元以防止外部静电对通信接口的影响；单片机与状态显示单元相连接，通过单片机控制系统指示灯的闪烁情况来实现对不同的状态的提示；单片机还与通信单元相连接，通过通信单元与人机界面、位置卡RFID模块单元和无线传输模块进行通信。

进一步地，所述升压电路单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容、第一D/A转换芯片、第一集成运放；第一端子、第一电阻的一端接+5V电源，第一电阻的另一端接第一D/A转换芯片的2端；第二电阻的一端接+5V电源，第二电阻的另一端接第一D/A转换芯片的3端；第三电阻的一端接+5V电源，第三电阻的另一端接第一D/A转换芯片的4端；第四电阻的一端接+5V电源，第四电阻的另一端接第一D/A转换芯片的5端；第一电容的一端接第一D/A转换芯片的1端，第一电容的另一端接地；第一D/A转换芯片的1端接+5V，第一D/A转换芯片的2端接单片机的PB4，第一D/A转换芯片的3端接单片机的PB3，第一D/A转换芯片的4端接单片机的PB5，第一D/A转换芯片的5端接单片机的PB7，第一D/A转换芯片的7端接地，第一D/A转换芯片的8端接七电阻的一端,七电阻的另一端接第一集成运放的3端；第五电阻的一端接地，第五电阻的另一端接第一集成运放的2端；第六电阻的一端接第一集成运放的2端，第六电阻的另一端接第一集成运放的1端；第一集成运放的4端接+5V电源，第一集成运放的11端接地，第一集成运放的5端接第一集成运放的1端，第一集成运放的6端接第一集成运放的7端，第一集成运放[U8]的7端接第一端子的1端。

进一步地，所述电压检测单元包括第八电阻、第九电阻、第二电容、第二集成运放，第八电阻的一端接24V电源输入，第八电阻的另一端接第二集成运放的1端；第九电阻的一端接地，第九电阻的另一端接第二集成运放的1端；第二电容的一端接第二集成运放的5端，第二电容的另一端接第二集成运放的2端；第二集成运放的4端接到单片机的AD输入口PA1。

优选地，所述单片机的型号为STM32F103ZET6。

进一步地，所述通信单元配有防静电单元以防止外部静电对通信接口的影响，其中通信单元包括MAX3485、MAX3232和TJA1050，防静电单元采用SMAJ7.0CA和SMAJ15CA两种不同类型的TVS管，包括第一端子、第二端子、第一双向TVS管、第二双向TVS管、第三双向TVS管、第四双向TVS管、第五双向TVS管；所述RS485的B端即RS485B1、RS485的A端即RS485A1分别接到所述MAX3485的两个端口，RS232的发送端即RS232_TX1、RS232的接收端即RS232_RX1分别接到所述MAX3232的两个端口；

所述第一端子的1端接RS485的B，第一端子的2端接RS485的A端；第一双向TVS管的一端接地，第一双向TVS管的另一端接第一端子的1端；第二双向TVS管的一端接地，第二双向TVS管的另一端接第一端子的2端；第三双向TVS管的一端接第一端子的1端，第三双向TVS管的另一端接第一端子的2端；第二端子的3端接RS232的发送端，第二端子的2端接RS232的接收端，第二端子的1端接地；第四双向TVS管的一端接地，第四双向TVS管的另一端接第二端子的3端；第五双向TVS管的一端接地，第五双向TVS管的另一端接第二端子的2端。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)可以适应各种类型自动导引运输车，稳定可靠的与系统中其他模块进行通信，并为后期功能的更新提供足够的接口；(2)采用友好的人机界面，通过Modbus与控制系统进行通信，实现自动导引运输车系统的各项参数的设置与显示，及系统错误的提示与报警；(3)实时诊断电池的电压情况，进行声光报警，并实时切断执行机构，使自动导引运输车能够安全工作或自动进入充电区域进行充电；(4)通信接口配有静电保护电路提高接口电路的稳定性、可靠性，并且有效地将控制器与外界输入输出隔离，防止外部对控制器造成的干扰。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明通用型自动导引运输车控制系统的结构示意图。

图2是控制器硬件示意图。

图3是电压升压电路图。

图4是电压检测电路图。

图5是防静电模块电路图。

具体实施方式

结合图1，本发明提出一个通用型自动导引运输车控制系统，通过与外部模块之间的数据通信，获取道路信息、障碍物信息及外部控制指令等来对报警系统、执行机构、人机界面进行相应的控制。该系统具体包括分别与控制单元连接的导航模块单元、电源单元、位置卡RFID模块单元、人机界面、防撞系统、执行单元、无线通信单元，所述电源单元通过电力电子转换对其它各单元进行供电，控制单元通过检测导航模块单元、防撞系统、位置卡RFID模块单元的信息对报警系统、执行单元进行控制，同时通过人机界面的操作实现对整个系统的显示与设置。

结合图2，所述控制单元包括电源转换单元、升压电路单元、电压检测单元、输入输出单元、状态显示单元、单片机系统和通信单元，所述升压电路单元与外部执行单元相连，单片机控制升压电路的模拟量输出得到电机驱动信号，实现对电机转速与转向的控制，其中升压电路单元通过D/A芯片和放大器实现指定范围电压输出；电源转换单元与单片机相连，为单片机和其他工作单元供电；电压检测单元通过分压法将输入电压转换到所需的电压范围，然后通过单片机的AD输入端口采集转换后的电压；输入输出单元包括带隔离的低边输入单元、高边输出单元，单片机与带隔离的低边输入单元相连接，在外部有低边信号输入时单片机根据输入信号的类型做出相应的处理，同时隔离开外部信号对单片机引脚的干扰；单片机与高边输出单元相连接，通过单片机控制实现24V的高电平输出；通信单元配有防静电单元以防止外部静电对通信接口的影响；单片机与状态显示单元相连接，通过单片机控制系统指示灯的闪烁情况来实现对不同的状态的提示；单片机还与通信单元相连接，通过通信单元与人机界面、位置卡RFID模块单元和无线传输模块进行通信。

结合图3，所述升压电路单元包括第一电阻R3、第二电阻R4、第三电阻R5、第四电阻R6、第五电阻R29、第六电阻R14、第七电阻R139、第一电容C27、第一D/A转换芯片U7、第一集成运放U8；第一端子JD2、第一电阻R3的一端接+5V电源，第一电阻R3的另一端接第一D/A转换芯片U7的2端；第二电阻R4的一端接+5V电源，第二电阻R4的另一端接第一D/A转换芯片U7的3端；第三电阻R5的一端接+5V电源，第三电阻R5的另一端接第一D/A转换芯片U7的4端；第四电阻R6的一端接+5V电源，第四电阻R6的另一端接第一D/A转换芯片U7的5端；第一电容C27的一端接第一D/A转换芯片U7的1端，第一电容C27的另一端接地；第一D/A转换芯片U7的1端接+5V，第一D/A转换芯片U7的2端接单片机的PB4，第一D/A转换芯片U7的3端接单片机的PB3，第一D/A转换芯片U7的4端接单片机的PB5，第一D/A转换芯片U7的5端接单片机的PB7，第一D/A转换芯片U7的7端接地，第一D/A转换芯片U7的8端接七电阻R139的一端,七电阻R139的另一端接第一集成运放U8的3端；第五电阻R29的一端接地，第五电阻R29的另一端接第一集成运放U8的2端；第六电阻R14的一端接第一集成运放U8的2端，第六电阻R14的另一端接第一集成运放U8的1端；第一集成运放U8的4端接+5V电源，第一集成运放U8的11端接地，第一集成运放U8的5端接第一集成运放U8的1端，第一集成运放U8的6端接第一集成运放U8的7端，第一集成运放U8的7端接第一端子JD2的1端。

结合图4，所述电压检测单元包括第八电阻R15、第九电阻R16、第二电容C16、第二集成运放U3，第八电阻R15的一端接24V电源输入，第八电阻R15的另一端接第二集成运放U3的1端；第九电阻R16的一端接地，第九电阻R16的另一端接第二集成运放U3的1端；第二电容C16的一端接第二集成运放U3的5端，第二电容C16的另一端接第二集成运放U3的2端；第二集成运放U3的4端接到单片机的AD输入口PA1。

所述单片机的型号为STM32F103ZET6。

结合图5，所述通信单元配有防静电单元以防止外部静电对通信接口的影响，其中通信单元包括MAX3485、MAX3232和TJA1050，防静电单元采用SMAJ7.0CA和SMAJ15CA两种不同类型的TVS管，包括第一端子JD1、第二端子JD3、第一双向TVS管TVS4、第二双向TVS管TVS6、第三双向TVS管TVS5、第四双向TVS管TVS7、第五双向TVS管TVS8；所述RS485的B端即RS485B1、RS485的A端即RS485A1分别接到所述MAX3485的两个端口，RS232的发送端即RS232_TX1、RS232的接收端即RS232_RX1分别接到所述MAX3232的两个端口；

所述第一端子JD1的1端接RS485的B，第一端子JD1的2端接RS485的A端；第一双向TVS管TVS4的一端接地，第一双向TVS管TVS4的另一端接第一端子JD1的1端；第二双向TVS管TVS6的一端接地，第二双向TVS管TVS6的另一端接第一端子JD1的2端；第三双向TVS管TVS5的一端接第一端子JD1的1端，第三双向TVS管TVS5的另一端接第一端子JD1的2端；第二端子JD3的3端接RS232的发送端，第二端子JD3的2端接RS232的接收端，第二端子JD3的1端接地；第四双向TVS管TVS7的一端接地，第四双向TVS管TVS7的另一端接第二端子JD3的3端；第五双向TVS管TVS8的一端接地，第五双向TVS管TVS8的另一端接第二端子JD3的2端。

实施例1

结合图1～5，本实施例中，通用型自动导引运输车控制系统，能够实时检测周围障碍物并控制AGV运动方向，具体包括电源模块、升压电路模块、状态显示模块、带隔离低边输入模块、高边输出模块、电池电压检测电路模块、防静电模块、执行模块和通信模块。电源模块采用MP1591芯片将电池电压转化为5V供给5V模块供电，然后再通过RT9193-3.3将5V转化为3.3V供给STM32F103ZET6和其他3.3V模块。升压电路模块先通过SPI控制D\A芯片MCP4822的输出电压，然后通过集成运放MCP6004的通道1将输出电压进行放大1.3倍，最后的输出电压通过MCP6004的通道2组成的电压跟随器来实现与外部的隔离。状态显示模块通过STM32F103ZET6的I/O控制LED的显示状态(闪烁频率或亮灭状态)。带隔离低边输入模块使用LED指示外部输入状态，使用TLP281-4进行输入端与单片机的隔离。高边输出模块使用ULN2803A实现+24V的高边输出。电池电压检测模块首先通过12K 1％和1.5K 1％电阻进行分压，然后通过集成运放MCP6001构成电压跟随器来实现隔离，最终集成运放的输出电压进入A/D转换器。防静电模块采用SMAJ6.0CA、SMAJ7.0CA和SMAJ15.0CA三种不同电压值TVS管分别作为CAN通信接口、RS485通信接口和RS232通信接口的防静电芯片。执行模块通过STM32F103ZET6控制升压电路模块的输出来控制电机的转速和方向。通信模块是STM32F103ZET6的RS232通信模块通过MAX232与人机界面通信、RS484通信模块通过MAX3485与RFID模块通信及CAN通信模块通过TJA1050与系统中其他外接模块进行数据通信。

所述供电电路包括电池电源、MP1591、RT9193-33GB，电池电源输出接降压稳压型芯片MP1591的输入端，将+24V的电源电压转为5V接入到RT9193-33GB的输入端，实现3.3V的电压输出。

所述电压升压单元包括D\A芯片MCP4822、集成运放芯片MCP6004，单片机通过SPI与MCP4822进行通信控制MCP4822的电压输出，MCP6004通道1将输出电压放大1.3倍实现目标范围电压的输出，MCP6004通道2构成电压跟随器实现输出与外部的隔离。电压升压电路包括第一电阻R3、第二电阻R4、第三电阻R5、第四电阻R6、第五电阻R29、第六电阻R14、第七电阻R139、第一电容C27、第一D/A转换芯片U7、第一集成运放U8。第一端子JD2、第一电阻R3的一端接+5V电源，第一电阻R3的另一端接第一D/A转换芯片U7的2端；第二电阻R4的一端接+5V电源，第二电阻R4的另一端接第一D/A转换芯片U7的3端；第三电阻R5的一端接+5V电源，第三电阻R5的另一端接第一D/A转换芯片U7的4端；第四电阻R6的一端接+5V电源，第四电阻R6的另一端接第一D/A转换芯片U7的5端；第一电容C27的一端接第一D/A转换芯片U7的1端，第一电容C27的另一端接第一D/A转换芯片U7的7端；第一D/A转换芯片U7的1端接+5V，第一D/A转换芯片U7的2端接单片机的PB4，第一D/A转换芯片U7的3端接单片机的PB3，第一D/A转换芯片U7的4端接单片机的PB5，第一D/A转换芯片U7的5端接单片机的PB7，第一D/A转换芯片U7的7端接地，第一D/A转换芯片U7的8端接七电阻R139的一端,七电阻R139的另一端接第一集成运放U8的3端；第五电阻R29的一端接地，第五电阻R29的另一端接第一集成运放U8的2端；第六电阻R14的一端接第一集成运放U8的2端，第六电阻R14的另一端接第一集成运放U8的1端；第一集成运放U8的4端接+5V电源，第一集成运放U8的11端接地，第一集成运放U8的5端接第一集成运放U8的1端，第一集成运放U8的6端接第一集成运放U8的7端，第一集成运放U8的7端接第一端子JD2的1端。

所述执行单元包括电机驱动，电机驱动的两端接两个不同的电压升压电路的输出端，通过单片机控制两个电压端的输出电压来控制电机的转速和转向。

所述通信单元包括RS232、RS485和CAN，RS232通信芯片MAX3232的一端接单片机的USART模块，MAX3232的另一端接到3端口的接线端子。RS485通信芯片MAX3485的一端接单片机的USART模块，MAX3485的另一端接到2端口的接线端子。CAN接口芯片TJA1050的一端接单片机的CAN模块，TJA1050的另一端接到2端口的接线端子。通信模块负责控制系统与外部各个模块之间的数据通信，比如人机界面、RFID模块及无线通信模块等。

所述电池电压检测模块，通过电阻对电池电压进行分压，然后通过集成运放MCP6001组成电压跟随器来实现外部输入与控制系统的隔离。所述电压检测单元包括第八电阻R15、第九电阻R16、第二电容C16、第二集成运放U3，第八电阻R15的一端接24V电源输入，第八电阻R15的另一端接第二集成运放U3的1端；第九电阻R16的一端接地，第九电阻R16的另一端接第二集成运放U3的1端；第二电容C16的一端接第二集成运放U3的5端，第二电容C16的另一端接第二集成运放U3的2端；第二集成运放U3的4端接到单片机的AD输入口PA1。

所述防静电电路模块，使用SMAJ6.0CA、SMAJ7.0CA及SMAJ15CA三种不同电压规格的双向TVS管，实现对通信电路的静电保护。防静电电路包括第一端子JD1、第二端子JD3、第一双向TVS管TVS4、第二双向TVS管TVS6、第三双向TVS管TVS5、第四双向TVS管TVS7、第五双向TVS管TVS8。第一端子JD1的1端接RS485的B，第一端子JD1的2端接RS485的A端；第一双向TVS管TVS4的一端接地，第一双向TVS管TVS4的另一端接第一端子JD1的1端；第二双向TVS管TVS6的一端接地，第二双向TVS管TVS6的另一端接第一端子JD1的2端；第三双向TVS管TVS5的一端接第一端子JD1的1端，第三双向TVS管TVS5的另一端接第一端子JD1的2端；第二端子JD3的3端接RS232的发送端，第二端子JD3的2端接RS232的接收端，第二端子JD3的1端接地；第四双向TVS管TVS7的一端接地，第四双向TVS管TVS7的另一端接第二端子JD3的3端；第五双向TVS管TVS8的一端接地，第五双向TVS管TVS8的另一端接第二端子JD3的2端。