专利名称：自动导驶车辆运输系统教具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种能够模拟多个自动导驶车辆(AGV)在特定道路环境下高效、 自主而又互不碰撞地完成运输任务的模型系统，更具体地说，本实用新型涉及一种自动导驶车辆运输系统教具。
背景技术：
目前，自动导驶车辆运输系统领域的研究主要集中于优化调度算法和提高自动导驶车辆本身的识别与控制精度两个方面。前者对调度过程进行合理建模，在理论层面上设计更好的调度系统，或在现有的调度系统基础上优化调度算法，从而在防止碰撞的前提下提高尽量调度效率；后者通过改进自动导驶车辆的硬件设计，提高自动导驶车辆对道路环境的辨识能力与自动导驶车辆的控制精度，从而增强自动导驶车辆对实际工作环境的适应能力。自动导驶车辆运输系统要解决的主要问题包括自动导驶车辆自动导驶方案的设计、自动导驶车辆定位、最短路径规划与碰撞预防四个方面。目前该领域研究集中在理论研究和实际应用方面，在适用于教学工作的演示教具方面则相对薄弱。这给诸如提高学生对于自动导驶车辆运输系统的认知程度、增强课堂教学的直观性与调动学生的认知积极性等多种工作带来不便。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术存在的问题，提供一种自动导驶车辆运输系统教具。为解决上述技术问题，本实用新型是采用如下技术方案实现的所述的自动导驶车辆运输系统教具由M辆结构相同的自动导驶车辆、调度中心和道路网组成，其中
10。所述的自动导驶车辆包括行驶系统、行驶距离测算系统、车距监测系统与无线通讯系统。所述的行驶系统包括控制电路板和底盘，控制电路板包括型号为MC9S12DP512的单片机，控制电路板固定在底盘的上方。所述的行驶距离测算系统包括型号为F8-D10NK的霍尔开关，霍尔开关垂直向下地安装在底盘最前端，其底端距路面为5mm，型号为F8-D10NK的霍尔开关与控制电路板电连接。所述的车距监测系统包括光电收发装置，光电收发装置包括型号为PT334-6B的红外接收管和型号为IR333-H0的红外发射管，红外接收管感光部分朝前，固定在行驶系统中的舵机固定架上，红外发射管发光部分向后，型号为IR333-H0的红外发射管与型号为 PT334-6B的红外接收管分别和控制电路板电连接。所述的无线通讯系统包括型号为APC220的1号无线模块，1号无线模块插在控制电路板的插座上与型号为MC9S12DP512的单片机电连接。[0010]技术方案中所述的型号为F8-D10NK的霍尔开关与控制电路板电连接是指型号为F8-D10NK的霍尔开关的信号线通过控制电路板上HALL接口的3号引脚与型号为 MC9S12DP512的单片机的PADOl引脚电连接。型号为F8-D10NK的霍尔开关的电源线通过控制电路板上HALL接口的2号引脚与VCC2端电连接。型号为F8-D10NK的霍尔开关的地线通过控制电路板上HALL接口的1号引脚接地；所述的型号为^333-Η0的红外发射管与控制电路板电连接是指型号为^333-Η0的红外发射管的阳极通过控制电路板上顶接口的 1号引脚经由串联的可调电阻R6和电阻R4与VCC2端电连接。型号为IR333-H0的红外发射管的阴极通过控制电路板上顶接口的2号引脚接地；所述的型号为ΡΤ334-6Β的红外接收管和控制电路板电连接是指型号为ΡΤ334-6Β的红外接收管的集电极通过控制电路板上PT接口的1号引脚与型号为MC9S12DP512的单片机的PAD02引脚电连接；所述的1号无线模块插在控制电路板的插座上与控制电路板电连接是指型号为APC220的1号无线模块的R )引脚通过控制电路板上WIRELESS接口的4号引脚与型号为MC9S12DP512的单片机的 PHl引脚电连接。型号为APC220的1号无线模块的T)(D引脚通过控制电路板上WIRELESS 接口的5号引脚与型号为MC9S12DP512的单片机的PHO引脚电连接。型号为APC220的1 号无线模块的AUX引脚通过控制电路板上WIRELESS接口的6号引脚与型号为MC9S12DP512 的单片机的PBl引脚电连接。型号为APC220的1号无线模块的SET引脚通过控制电路板上WIRELESS接口的7号引脚与型号为MC9S12DP512的单片机的PBO引脚电连接；所述的调度中心由装有调度软件的计算机与型号为APC220的2号无线模块组成。型号为APC220的 2号无线模块通过USB-TTL电平转换模块接在装有调度软件的计算机的USB 口上，装有调度软件的计算机通过USB-TTL电平转换模块和自动导驶车辆之间为半双工无线通讯连接；所述的道路网由KT板路面、车道中心线与定位磁钢组成。白色的KT板路面上设置有双向双车道，宽25mm的作为车道中心线的黑色胶带粘在各车道中央，相邻车道中心线间距为250mm， 道路总宽为520mm，在驶离路口的右侧车道起始端，长IOOmm的构成为道路的出口标记的黑色胶带垂直地粘贴在车道中心线上，定位磁钢位于车道中心线之下，相邻两定位磁钢的间距为100mm。与现有技术相比本实用新型的有益效果是1.本实用新型所述的自动导驶车辆运输系统教具利用按比例缩小的模型，占用空间小；方案简单，制作成本低。2.本实用新型所述的自动导驶车辆运输系统教具在模拟自动导驶车辆系统实际运行的情形时能够保留其关键特征，因而能够准确体现自动导驶车辆系统实际运行过程中遇到背景技术中所提到的四个主要问题；所用方案能够有效解决上述问题，因而能够完备模拟自动导驶车辆运输系统的运行过程，起到辅助本领域相关教学工作的作用。3.本实用新型所述的自动导驶车辆运输系统教具因其设计上的灵活性，除应用于教学外，还可应用于本领域的科研工作，如验证调度算法的有效性等。
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明图Ι-a是本实用新型所述的自动导驶车辆的轴测投影图；图Ι-b是本实用新型所述的自动导驶车辆的后视图；[0018]
图1-c是本实用新型所述的自动导驶车辆的俯视图；图2是本实用新型所述的自动导驶车辆的CCD图像传感器与相关视频同步信号分离芯片、单片机的引脚连接示意图；图3是本实用新型所述的自动导驶车辆的控制电路板上提供12V电压的升压电路的电原理图；图4-a是本实用新型所述的自动导驶车辆的控制电路板上提供5V电压的输出端为VCCl端的降稳压电路的电原理图；图4-b是本实用新型所述的自动导驶车辆的控制电路板上提供5V电压的输出端为VCC2端的降稳压电路的电原理图；图5是本实用新型所述的自动导驶车辆的控制电路板上转向舵机接口的引脚连接示意图；图6_a是本实用新型所述的自动导驶车辆的控制电路板上电子调速器通过控制电路板上ESC接口的引脚连接示意图；图6_b是本实用新型所述的自动导驶车辆的控制电路板上电子调速器通过控制电路板上M0T0R_P0WER接口的引脚连接示意图；图7是本实用新型所述的自动导驶车辆行驶系统中转向机构的结构原理示意图；图8是本实用新型所述的自动导驶车辆行驶系统中驱动机构的结构原理示意图；图9-a是本实用新型所述的自动导驶车辆的控制电路板上P0WER_IN接口的引脚连接示意图；图9-b是本实用新型所述的自动导驶车辆的控制电路板上SWITCH接口的引脚连接示意图；
图10是本实用新型所述的自动导驶车辆的控制电路板上霍尔开关接口的引脚连接示意图；
图11-a是本实用新型所述的自动导驶车辆的控制电路板上红外发射管接口的引脚连接示意图；
图11-b是本实用新型所述的自动导驶车辆的控制电路板上红外接收管接口的引脚连接示意图；
图12是本实用新型所述的自动导驶车辆的控制电路板上无线模块接口的引脚连接示意图；
图13是本实用新型所述的自动导驶车辆采用的型号为MC9S12DP512的单片机各引脚结构示意图；
图14是本实用新型所述的自动导驶车辆运输系统教具调度软件的主程序的流程图；
图15是本实用新型所述的自动导驶车辆运输系统教具调度软件中的路径规划线程的流程图；
图16是本实用新型所述的自动导驶车辆运输系统教具调度软件中的AGV定位函数的流程图；
图17是本实用新型所述的自动导驶车辆运输系统教具调度软件中的横向碰撞预防线程的流程图；[0039]
图18是本实用新型所述的自动导驶车辆运输系统教具运行的道路网布局的示意图。图中1.驱动机构固定架，2.电机，3.红外发射管，4. 1号无线模块，5.控制电路板，6.高度调节滑块，7.俯仰调节架，8. CXD图像传感器，9.舵机固定架，10.红外接收管， 11.转向舵机，12.霍尔开关，13.底盘，14.支持架，15.电池支座，16. Ni-Cd电池，17.摩擦式差速器，18.转向轮，19.转向臂，20.转向传动杆，21.销轴，22.驱动轮，23.半轴，24. KT 板路面，25.自动导驶车辆(AGV) J6.出口标记，27.车道中心线，Li.电感，FRl.整流二极管，C2至C13.电容，Rl至R8.电阻。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作详细的描述本实用新型要解决的技术问题是开发一种能够完备体现实际自动导驶车辆25运输系统中的完成运输任务过程的自动导驶车辆25教具。该教具利用按比例缩小的车辆模型，因而占用空间小；该教具在模拟自动导驶车辆25系统实际运行的情形时能够保留其关键特征，因而能够准确体现自动导驶车辆25系统实际运行过程中遇到的问题；该教具能够用简单可行的方案有效解决上述实际运行过程中遇到的问题，因而能够在控制成本的同时完备模拟自动导驶车辆25运输系统的运行过程，在教学中起到辅助本领域相关教学工作的作用。本实用新型所述的自动导驶车辆运输系统教具由M辆结构相同的自动导驶车辆 25、调度中心和道路网组成，其中，310。M辆结构相同的自动导驶车辆25在道路网中自动循线运行，调度中心与自动导驶车辆25进行半双工无线通讯，引导和协调自动导驶车辆25在道路网中正常有序运行。因此，三大部分共同实现了对实际工厂车间中自动导驶车辆25运输系统的教学模拟功能。一.自动导驶车辆(AGV)参阅
图1，自动导驶车辆25是执行运输任务的主体。每辆自动导驶车辆25由道路识别系统、行驶系统、行驶距离测算系统、车距监测系统、无线通讯系统组成。道路识别系统、行驶距离测算系统、车距监测系统与无线通讯系统分别和行驶系统中的控制电路板5 和/或型号为MC9S12DP512的单片机电连接。1.道路识别系统参阅
图1，道路识别系统负责对路径的识别和规划，由CXD视觉装置和图像处理单元即所述的行驶系统中控制电路板5上的型号为MC9S12DP512的单片机中存储的相关程序段组成。CXD视觉装置包括型号为HQ6600的CXD图像传感器8和支持架14。CXD图像传感器8通过四个周围均布的螺栓固定在俯角调节架7上，俯角调节架7通过两个螺钉固定在高度调节滑块6上，并由高度调节滑块6固定于支持架14顶端，其安装高度和俯视角度可调；支持架14底端粘接在底盘13上，并与底盘13垂直。型号为HQ6600的CXD图像传感器8与控制电路板5之间为电连接。型号为HQ6600 的CXD图像传感器8传回的PAL制图像信息，经过型号为LM1881N的视频同步信号分离芯片，从图像信号中分离出场同步信号、复合同步信号后，送至型号为MC9S12DP512的单片机。所述的道路网中KT板路面M为白色，车道中心线为黑色。图像处理单元根据型号为 MC9S12DP512的单片机的PADOO引脚、PE2引脚和IRQ引脚所获得的图像信息，对CXD图像传感器8传回的图像进行二值化处理和图像去噪，获得正确的车道中心线位置，完成道路识别。参阅图2，所述的型号为HQ6600的CXD图像传感器8与控制电路板5之间的电连接是指型号为HQ6600的CXD图像传感器8的信号线通过控制电路板5上CXD接口的3 号引脚与型号为MC9S12DP512的单片机的PADOO引脚电连接，同时CXD接口的3号引脚通过电容C 3与型号为LM1881的视频同步信号分离芯片的COMP VIDIN引脚电连接，通过电阻Rl接地；型号为HQ6600的CXD图像传感器8的电源线通过控制电路板5上CXD接口的2 号引脚，与+12V端电连接；型号为HQ6600的CXD图像传感器8的地线通过控制电路板5上CXD接口的1号引脚接地。参阅图2，所述的型号为LM1881的视频同步信号分离芯片与控制电路板5之间的电连接是指型号为LM1881的视频同步信号分离芯片的ODD/ = 0引脚与型号为 MC9S12DP512的单片机的PE2引脚电连接，传送场同步信号；型号为LM1881的视频同步信号分离芯片的COMP SYNC 0引脚与型号为 MC9S12DP512的单片机的IRQ引脚电连接，传送复合同步信号；型号为LM1881的视频同步信号分离芯片的VCC引脚与VCC2端电连接，同时通过电容C4接地；型号为LM1881的视频同步信号分离芯片的GND引脚接地；型号为LM1881的视频同步信号分离芯片的RST引脚通过并联的电阻R2和电容C2 接地。2.行驶系统行驶系统实现自动导驶车辆25的行驶和为本系统及其他系统所包含的电子器件提供接口，各系统所包含的电子器件通过接口获取工作电压和与控制电路板5中的型号为 MC9S12DP512的单片机电连接。行驶系统由控制电路板5、转向机构、驱动机构、Ni-Cd电池 16、底盘13和行驶控制单元即控制电路板5上的型号为MC9S12DP512的单片机中存储的相关程序段组成。参阅
图1，底盘13是所有其他组成部分的安装基体。转向机构固定于底盘13的前部。驱动机构固定在底盘13的后端。规格为7. 2V 2000mAh的Ni-Cd电池16通过两个结构相同的电池支座15固定于底盘13的中后方。控制电路板5用螺钉悬空地固定在Ni-Cd 电池16的上方。控制电路板5中的型号为MC9S12DP512的单片机和转向舵机11与电机2电连接， 型号为MC9S12DP512的单片机输出PWM信号，对转向舵机11和电机2进行控制。参阅图7，所述的转向机构包括型号为Futaba S3010的转向舵机11、转向臂19和转向传动杆20。转向舵机11通过舵机固定架9固定于底盘13前部，转向舵机11输出的转角通过转向臂19的摆动拉动转向传动杆20，转向传动杆20拉动转向轮18绕销轴21转动，实现自动导驶车辆％转向。参阅图8，所述的驱动机构包括2个结构相同的驱动轮22、2根结构相同的半轴 23、电机2和摩擦式差速器17。驱动机构固定架1将电机2固定在底盘13的后端，电机2 采用型号为RS-380SH的电机，并通过型号为Eagle-30A的电子调速器与电机2电连接对其实施控制，电机2通过输出轴上的齿轮与摩擦式差速器17相啮合，动力由此分别传给左右侧的结构相同的半轴23，2个结构相同的半轴23通过末端的法兰盘与驱动轮22连接，使动力传至驱动轮22，驱动自动导驶车辆25前进。所述的行驶系统中的控制电路板5包括以下三部分1)电源管理模块，包括用于为型号为MC9S12DP512的单片机、型号为LM1881N的视频同步信号分离芯片、电子调速器、霍尔开关12、红外发射管3、红外接收管10与1号无线模块4提供稳定5V工作电源的型号为UC940的降稳压芯片和用于为CCD图像传感器8提供稳定12V工作电源的型号为LM2577T-12的开关式升压芯片；2)型号为MC9S12DP512的单片机及其外围电路，外围电路用于维持型号为 MC9S12DP512的单片机的正常工作；3)各系统所包含的电子器件的接口，包括CXD接口、SERVO接口、ESC接口、M0T0R_ POWER 接口、HALL 接口、IR 接口、PT 接口、WIRELESS 接口。参阅图2、3、4、6、10、12与
图11，由型号为LM2940的降稳压芯片将电池电压+7. 2V 稳定为+5V，降稳压电路中型号为UC940的降稳压芯片的IN引脚与BAT端电连接，+5V输出端包括VCCl端和VCC2端。VCCl端与型号为MC9S12DP512的单片机的VDD引脚电连接；VCC2 端与型号为LM1881的视频同步信号分离芯片的VCC引脚电连接、与型号为LM2577T-12的开关式升压芯片的IN引脚电连接、与ESC接口的2号引脚电连接、与HALL接口的2号引脚电连接、与WIRELESS接口的2号引脚电连接，同时为顶接口和PT接口供电。参阅图3，由型号为LM2577T-12的开关式升压芯片组成的升压电路将+5V电压升为+12V，升压电路中型号为LM2577T-12的开关式升压芯片的IN引脚与型号为UC940的降稳压芯片的VCC2输出端电连接，+12V输出端与CXD接口的2号引脚电连接。参阅图5，所述的行驶系统中的型号为Futaba S3010的转向舵机与控制电路板5 的电连接是指型号为Futaba S3010的转向舵机的信号线通过控制电路板5上SERVO接口的3 号引脚，与型号为MC9S12DP512的单片机的PPl引脚电连接；型号为Futaba S3010的转向舵机的电源线通过控制电路板5上SERVO接口的2 号引脚与BAT端电连接；型号为Futaba S3010的转向舵机的地线通过控制电路板5上SERVO接口的1号引脚接地。参阅图6，所述的行驶系统中的型号为fegle_30A的电子调速器与控制电路板5的电连接是指型号为Eagle-30A的电子调速器的信号线通过控制电路板5上ESC接口的3号引脚与型号为MC9S12DP512的单片机的PP7引脚电连接；型号为Eagle-30A的电子调速器的电源线通过控制电路板5上ESC接口的2号引脚与VCC2端电连接；型号为Eagle-30A的电子调速器的地线通过控制电路板5上ESC接口的1号引脚接地；型号为fegle-30A的电子调速器的电机供电端分别通过控制电路板5上M0T0R_ POWER接口的1号和2号引脚接地和与BAT端电连接。所述的行驶系统中的型号为RS-380SH的电机2与型号为fegle_30A的电子调速器的电连接是指型号为RS-380SH的电机2的两输入端分别与型号为fegle_30A的电子调速器的两输出端电连接。参阅图9，所述的行驶系统中的规格为7. 2V 2000mAh Ni-Cd电池16的供电连接方式为Ni-Cd电池16的正极与控制电路板5上P0WER_IN接口的2号引脚电连接，负极通过控制电路板5上P0WER_IN接口的1号引脚接地；开关接在控制电路板5上SWITCH接口上，开关打开时将BAT端和BATl端之间导
O3.行驶距离测算系统行驶距离测算系统负责检测定位磁钢并计算自动导驶车辆25的行驶距离， 行驶距离测算系统由型号为F8-D10NK的霍尔开关12和行驶距离计算单元即型号为 MC9S12DP512的单片机中存储的相关程序段组成。霍尔开关12垂直向下安装在底盘13最前端，其底端距路面5mm。型号为F8-D10NK的霍尔开关12与控制电路板5电连接。当霍尔开关12下方有磁钢时，其信号线输出低电平；当霍尔开关12下方没有磁钢时，其信号线输出高电平。型号为MC9S12DP512的单片机通过A/D转换将此电压信号数字化，检测电平转换次数并将其累积，再乘以磁钢间距，得到自动导驶车辆25行驶经过的距
1 O参阅
图10，所述的行驶距离测算系统中的型号为F8-D10NK的霍尔开关12与控制电路板5的电连接是指型号为F8-D10NK的霍尔开关12的信号线通过控制电路板5上HALL接口的3号引脚与型号为MC9S12DP512的单片机的PADOl引脚电连接；型号为F8-D10NK的霍尔开关12的电源线通过控制电路板5上HALL接口的2号引脚与VCC2端电连接；型号为F8-D10NK的霍尔开关12的地线通过控制电路板5上HALL接口的1号引脚接地。4.车距监测系统车距监测系统负责实时监测自动导驶车辆25与前方同车道同向行驶的另一辆自动导驶车辆25的间距，当车距监测系统检测到自动导驶车辆25与前方同车道同向行驶的另一辆自动导驶车辆25间距小于(事先设定的)最小车距时，就向行驶系统发送减速信号，行驶系统通过型号为Eagle-30A的电子调速器控制电机2减速，直至车距监测系统检测到车距正常而取消减速信号为止。车距监测系统由光电收发装置和车距监测单元即型号为MC9S12DP512的单片机中存储的相关程序段组成。光电收发装置包括型号为PT334-6B的红外接收管10和型号为 IR333-H0的红外发射管3，红外接收管10感光部分朝前，固定在舵机固定架9上，红外发射管3发光部分向后，固定在控制电路板5上。型号为IR333-H0的红外发射管3与型号为 PT334-6B的红外接收管10分别和控制电路板5电连接。参阅
图11-a，所述的车距监测系统中的型号为^333_H0的红外发射管3与控制电路板5的电连接是指型号为^333_Η0的红外发射管3的阳极通过控制电路板5上顶接口的1号引脚， 经由串联的可调电阻R6和电阻R4与VCC2端电连接；型号为^333_Η0的红外发射管3的阴极通过控制电路板5上顶接口的2号引脚接地。参阅
图11-b，所述的车距监测系统中的型号为PT334-6B的红外接收管10与型号为MC9S12DP512的单片机的电连接是指型号为PT334-6B的红外接收管10的集电极通过控制电路板5上PT接口的1号引脚与型号为MC9S12DP512的单片机的PAD02引脚电连接，同时PT接口的1号引脚通过串联的可调电阻R7和电阻R5与VCC2端电连接；型号为PT334-6B的红外接收管10的发射极通过控制电路板上PT接口的2号引脚接地。红外发射管3持续向后发射红外信号，红外接收管10则向前接收前车发出的红外信号。在红外发射管3的某一发射功率下，红外接收管10接收到的信号强度是其距红外发射管3的距离的单值函数。通过调整发射功率，使得当红外接收管10接收到的信号强度为一定值时，前后两辆自动导驶车辆25的间距为想要保持的最小车距。当前后两辆自动导驶车辆25的间距小于最小车距时，后方自动导驶车辆25的红外接收管10接收到的信号强度将超过之前设定的定值，使其所在的电路导通，此时其集电极处电位将低于正常值。将集电极处电位信号通过A/D转换数字化。当检测到红外接收管10集电极处电位过低时，即可判断距前方自动导驶车辆25距离过近。5.无线通讯系统无线通讯系统实现自动导驶车辆25与调度中心之间的半双工无线通讯，由型号为APC220的1号无线模块4和通讯控制单元即型号为MC9S12DP512的单片机中存储的相关程序段组成。型号为APC220的1号无线模块4通过单排针插在在控制电路板5的单排针插座上与控制电路板5电连接。各自动导驶车辆邪分别与调度中心进行无线通讯并交换数据，各自动导驶车辆 25之间不进行通讯。调度中心中的调度软件定期逐个向各自动导驶车辆25发送数据，包括定位查询信号，以及必要时发送的路径信息和允许/禁止通过路口信号。向某一辆自动导驶车辆25发送数据后，该自动导驶车辆25立即进行回应，调度中心接收完数据后，向下一辆自动导驶车辆25发送数据并等待下一辆自动导驶车辆25回应，如此往复循环。参阅
图12，所述的无线通讯系统中的型号为APC220的1号无线模块4与型号为 MC9S12DP512的单片机的电连接是指型号为APC220的1号无线模块4的RXD引脚通过控制电路板5上WIRELESS接口的4号引脚与型号为MC9S12DP512的单片机的PHl引脚电连接；[0108]型号为APC220的1号无线模块4的T)(D引脚通过控制电路板5上WIRELESS接口的5号引脚与型号为MC9S12DP512的单片机的PHO引脚电连接；型号为APC220的1号无线模块4的AUX引脚通过控制电路板5上WIRELESS接口的6号引脚与型号为MC9S12DP512的单片机的PBl引脚电连接；型号为APC220的1号无线模块4的SET引脚通过控制电路板5上WIRELESS接口的7号引脚与型号为MC9S12DP512的单片机的PBO引脚电连接；型号为APC220的1号无线模块4的GND引脚通过控制电路板5上WIRELESS接口的1号引脚接地；型号为APC220的1号无线模块4的VCC引脚通过控制电路板5上WIRELESS接口的2号引脚与VCC2端电连接；型号为APC220的1号无线模块4的EN引脚通过控制电路板5上WIRELESS接口的3号引脚悬空。二·调度中心本实用新型所述的调度中心负责定位各自动导驶车辆25及对自动导驶车辆25进行调度。该调度中心由装有调度软件的计算机与型号为APC220的2号无线模块组成。参阅
图14，型号为APC220的2号无线模块通过USB-TTL电平转换模块接在计算机的USB 口上，装有调度软件的计算机通过USB-TTL电平转换模块与自动导驶车辆25进行半双工无线通讯。调度软件采取相关算法完成下列任务对自动导驶车辆25进行定位、接受用户输入的运输请求并据其合理规划各自动导驶车辆25行驶路径、必要时采取措施防止自动导驶车辆25之间的横向碰撞。调度软件用Visual C++编写，具有用户界面，使用户得以监控和干预自动导驶车辆25运输系统的运作。调度软件的主程序的流程如图中所示。1.路径规划各自动导驶车辆25的行驶路径由调度中心统一规划。所述的各自动导驶车辆25 的行驶路径可由自动导驶车辆25在行驶过程中顺次经过的各个路口的名称，或自动导驶车辆25在行驶过程中顺次经过的各个路口处的转弯方向来表述。参阅
图15，调度软件定义了路段类和结点类，建立路段对象(即对应路口之间的那部分道路)和结点对象(即对应路口 )来表述道路网的拓扑结构，运用Dijkstra路径规划算法，计算出一地到另一地的最短路径及此路径长度。当某地(标记为A)，需要将物品送往另一地(标记为B)时，调度软件根据各自动导驶车辆25当前位置和状态(即是否已经在执行其他运输任务)，分别计算所有可供调用的自动导驶车辆25从各自的当前位置行驶到A地的各自最短路径及其长度，选取其中长度最短的路径和对应的自动导驶车辆25， 将规划得出的行驶路径用途经各个路口的转弯方向表示，通过无线模块发送给该自动导驶车辆25 ；同时，调度软件将该路径用途经各个路口的名称表示，显示在用户界面上，告知用户此次运输任务由哪个自动导驶车辆25执行及其行驶路径。当自动导驶车辆25到达A地时，再运用Dijkstra路径规划算法规划从A地行驶到B地的最短路径。调度软件的路径规划线程的流程如图中所示。2.自动导驶车辆的定位自动导驶车辆25的定位由自动导驶车辆25本身和调度中心通过无线通讯配合完成。[0122]参阅
图16，在调度软件中，自动导驶车辆25的位置由三个变量表述该自动导驶车辆25所在的路段的名称、该自动导驶车辆25前方面对的结点的名称、该自动导驶车辆 25距前方面对的结点的距离。在初始状态，各自动导驶车辆25的位置由用户输入给调度软件。当某自动导驶车辆25开始执行运输任务时，该自动导驶车辆25沿车道中心线行驶，通过行驶距离测算系统得到当前驶过的距离。调度中心每隔一段时间就顺次向各自动导驶车辆25发送定位查询信号。接收到该查询信号后，自动导驶车辆25将之前最近一次计算得到的行驶距离发送给调度中心，并将行驶距离变量清零。调度中心根据收到的行驶距离值， 结合自动导驶车辆25当前所在的路段和上次位置查询时自动导驶车辆25所处的位置，计算得到自动导驶车辆25此次位置查询时所在的位置。当自动导驶车辆25穿过路口时，记录穿过路口这一动作，并将行驶距离变量清零，从路口开始重新计算驶过的距离；当该自动导驶车辆25下一次接收到调度中心的查询信号时，就告知调度中心经过路口这一动作，并将从这个路口开始的行驶距离发送给调度中心。调度中心根据之前规划并储存的该自动导驶车辆25的路径，找到该自动导驶车辆25刚刚经过的路口，将其位置更新至其路径上的下一路段，同时也将得到该自动导驶车辆25在此路段上的具体位置。调度软件中的自动导驶车辆25定位函数的流程如图中所示。3.横向碰撞预防横向碰撞预防由自动导驶车辆25本身和调度中心通过无线通讯配合完成。参阅
图17，调度中心实时监控各自动导驶车辆25的位置。当有任一辆自动导驶车辆25穿过任一路口时，调度软件进入横向碰撞预防线程，查询各自动导驶车辆25的位置， 判断是否有两辆或两辆以上的自动导驶车辆在行驶前方即将通过同一路口。如果结果为否，则查找状态为“不允许通过前方路口”的自动导驶车辆25，如果存在处于此状态的自动导驶车辆25，则恢复其预设的行驶状态，如果不存在，则不进行任何干预直至下一次进入该线程；如果结果为是，且这些自动导驶车辆不全在同一路段上，则调度软件根据即将经过同一路口的这些自动导驶车辆25各自距该结点的距离，和当前各自动导驶车辆25的行驶速度，估计这些自动导驶车辆25到达该路口各自所需的时间。根据任一瞬时只允许一辆自动导驶车辆25占用某一路口的原则，调度软件将通过无线通讯给估计到达时间最短的那个自动导驶车辆25发送信号，指令其先通过前方路口，即无论这个自动导驶车辆25当前行驶状态如何，它都将恢复到预设的行驶状态行驶并正常穿过路口 ；与此同时，调度软件通过无线通讯给其他即将经过这一路口自动导驶车辆25发送信号，指令其禁止通过前方路口，这些自动导驶车辆25将减速，必要时在路口前停车，等待前面所述的自动导驶车辆25穿过路口。当被允许通过路口的自动导驶车辆25穿过路口后，调度软件将再次进入横向碰撞预防线程，重复上述过程。调度软件的横向碰撞预防线程的流程如图中所示。三.道路网参阅
图18，所述的道路网构成自动导驶车辆25的行驶环境及辅助完成自动导驶车辆25的定位。该道路网由KT板路面M、车道中心线27、定位磁钢组成。白色的KT板路面M设置有双向双车道，自动导驶车辆25靠右侧行驶。将宽25mm的黑色胶带粘在各车道中央作为车道的中心线27，相邻车道中心线的间距为250mm，道路总宽为520mm。在驶离路口的右侧车道起始端，将长IOOmm的上述黑色胶带垂直对称地粘贴在车道中心线27上， 构成道路的出口标记沈，便于自动导驶车辆25在驶离路口时辨认正确的车道，避免进入与
13正确车道平行的相邻车道逆向行驶。定位磁钢位于车道中心线之下，相邻两磁钢的间距为 IOOmm0
权利要求1.一种自动导驶车辆运输系统教具，由M辆结构相同的自动导驶车辆(25)、调度中心和道路网组成，310，其特征在于，所述的自动导驶车辆0 包括行驶系统、行驶距离测算系统、车距监测系统与无线通讯系统；所述的行驶系统包括控制电路板(5)和底盘(13)，控制电路板(5)包括型号为 MC9S12DP512的单片机，控制电路板(5)固定在底盘(13)的上方；所述的行驶距离测算系统包括型号为F8-D10NK的霍尔开关(12)，霍尔开关(12)垂直向下地安装在底盘(13)最前端，其底端距路面为5mm，型号为F8-D10NK的霍尔开关(12)与控制电路板(5)电连接；所述的车距监测系统包括光电收发装置，光电收发装置包括型号为PT334-6B的红外接收管(10)和型号为^333-Η0的红外发射管C3)，红外接收管(10)感光部分朝前，固定在行驶系统中的舵机固定架(9)上，红外发射管C3)发光部分向后，型号为IR333-H0的红外发射管(3)与型号为ΡΤ334-6Β的红外接收管(10)分别和控制电路板(5)电连接；所述的无线通讯系统包括型号为APC220的1号无线模块(4)，1号无线模块(4)插在控制电路板(5)的插座上与型号为MC9S12DP512的单片机电连接。
2.按照权利要求1所述的自动导驶车辆运输系统教具，其特征在于，所述的型号为 F8-D10NK的霍尔开关(12)与控制电路板(5)电连接是指型号为F8-D10NK的霍尔开关(12)的信号线通过控制电路板(5)上HALL接口的3号引脚与型号为MC9S12DP512的单片机的PADOl引脚电连接；型号为F8-D10NK的霍尔开关(12) 的电源线通过控制电路板(5)上HALL接口的2号引脚与VCC2端电连接；型号为F8-D10NK 的霍尔开关(12)的地线通过控制电路板(5)上HALL接口的1号引脚接地。
3.按照权利要求1所述的自动导驶车辆运输系统教具，其特征在于，所述的型号为 IR333-H0的红外发射管(3)与控制电路板(5)电连接是指型号为^333-Η0的红外发射管(3)的阳极通过控制电路板(5)上顶接口的1号引脚经由串联的可调电阻R6和电阻R4与VCC2端电连接；型号为IR333-H0的红外发射管(3) 的阴极通过控制电路板( 上顶接口的2号引脚接地。
4.按照权利要求1所述的自动导驶车辆运输系统教具，其特征在于，所述的型号为 PT334-6B的红外接收管(10)和控制电路板(5)电连接是指型号为PT334-6B的红外接收管(10)的集电极通过控制电路板(5)上PT接口的1号引脚与型号为MC9S12DP512的单片机的PAD02引脚电连接。
5.按照权利要求1所述的自动导驶车辆运输系统教具，其特征在于，所述的1号无线模块(4)插在控制电路板(5)的插座上与控制电路板(5)电连接是指型号为APC220的1号无线模块(4)的R)(D引脚通过控制电路板(5)上WIRELESS接口的4号引脚与型号为MC9S12DP512的单片机的PHl引脚电连接；型号为APC220的1号无线模块(4)的T)(D引脚通过控制电路板(5)上WIRELESS接口的5号引脚与型号为MC9S12DP512的单片机的PHO引脚电连接；型号为APC220的1号无线模块(4)的AUX引脚通过控制电路板(5)上WIRELESS接口的6号引脚与型号为MC9S12DP512的单片机的PBl引脚电连接；型号为APC220的1号无线模块(4)的SET引脚通过控制电路板(5)上WIRELESS接口的7号引脚与型号为MC9S12DP512的单片机的PBO引脚电连接。
6.按照权利要求1所述的自动导驶车辆运输系统教具，其特征在于，所述的调度中心由装有调度软件的计算机与型号为APC220的2号无线模块组成；型号为APC220的2号无线模块通过USB-TTL电平转换模块接在装有调度软件的计算机的USB 口上，装有调度软件的计算机通过USB-TTL电平转换模块和自动导驶车辆05)之间为半双工无线通讯连接。
7.按照权利要求1或6所述的自动导驶车辆运输系统教具，其特征在于，所述的道路网由KT板路面(M)、车道中心线(XT)与定位磁钢组成；白色的KT板路面04)上设置有双向双车道，宽25mm的作为车道中心线、2 )的黑色胶带粘在各车道中央，相邻车道中心线间距为250mm，道路总宽为520mm，在驶离路口的右侧车道起始端，长IOOmm的构成为道路的出口标记06)的黑色胶带垂直地粘贴在车道中心线(Ζ!)上，定位磁钢位于车道中心线07)之下，相邻两定位磁钢的间距为100mm。
专利摘要本实用新型公开了自动导驶车辆运输系统教具，该运输系统教具包括M辆自动导驶车辆、调度中心和道路网。所述的自动导驶车辆包括行驶系统、行驶距离测算系统、车距监测系统、无线通讯系统。行驶系统包括控制电路板和底盘，控制电路板包括型号为MC9S12DP512的单片机；行驶距离测算系统包括型号为F8-D10NK的霍尔开关；车距监测系统包括光电收发装置；无线通讯系统包括1号无线模块。所述的调度中心包括装有调度软件的计算机、2号无线模块。所述的道路网由KT板路面、车道中心线与定位磁钢组成。M辆自动导驶车辆在道路网中自动循线运行，调度中心与自动导驶车辆进行半双工无线通讯，引导和协调自动导驶车辆在道路网中有序运行。
文档编号G09B19/16GK201946167SQ201120006148
公开日2011年8月24日 申请日期2011年1月11日 优先权日2011年1月11日
发明者徐帆, 李闯, 李静, 杨松, 赵健, 郝值, 鲁蒋立 申请人:吉林大学