一种基于光电传感器AVG智能寻迹测量小车的制作方法

本实用新型属于寻迹小车技术领域，具体涉及一种基于光电传感器AVG智能寻迹测量小车。

背景技术：

随着科技的不断进步，我国自动化技术发展越来越好，这对提高人们的生活质量有着较大帮助。应用自动化技术，可以生产出具有更多功能的机器与设备，比如，自动导航小车就是一种新型的机器，其具有自动定位与行驶的特点，可以利用计算机技术，对小车的行驶路径进行规划与控制。自动导航小车的设计与制作涉及多个领域，在科技不断发展的背景下，我国自动化控制水平越来越高，这也促进了自动导航小车的发展。基于光电传感器的小车因为其采集数据量大，适应范围广，在使用场景越来越广泛。

AVG小车(Automated Guided Vehicle，简称AGV)，通常也称为AGV小车，指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，工业应用中不需驾驶员的搬运车，以可充电之蓄电池为其动力来源。

现有技术中，自动导航小车路径规划的方法主要有两类，其一是传统方法，其二是智能方法。第一类传统路径规划方法中，常用的有自由空间法、图搜索法、人工势场法等；第二类智能路径规划方法中，常用的是基于遗传算法的路径规划、基于人工势场的路径规划等等。传统方法中，由于采取信息有限，处理效率偏低等缺陷，正在被市场所淘汰。智能方法中，由于成本过高与算法复杂也无法大规模普及开来。

技术实现要素：

根据以上现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提出一种基于光电传感器 AVG智能寻迹测量小车，通过使用白色绝缘胶带作为引导线，配合光电传感器以及强大数据量的采集处理算法，使小车自动寻迹，解决了采取信息有限，处理效率偏低以及制作成本高的问题，具有采取信息更完整，处理效率更高以及成本低廉的效果。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种基于光电传感器AVG智能寻迹测量小车，包括光电传感模块、上位机、控制单元、电机驱动模块和执行机构单元，光电传感模块、上位机和电机驱动模块均分别与控制单元相连，执行机构单元分别与电机驱动单元和控制单元相连，所述该小车以白色绝缘胶带作为路径引导线。

优选的,所述光电传感模块包括图像采集单元、行程检测单元和障碍检测单元，图像采集单元、行程检测单元和障碍检测单元均分别连接至控制单元。

优选的,所述图像采集单元采用OV7725硬件二值化摄像头。

优选的,所述行程检测单元采用红外对管，安装在小车上方。

优选的，所述障碍检测单元采用激光对管与光电对管，激光管发射红色激光。

优选的,所述执行机构单元包括电机和转向舵机，电机与驱动单元相连，转向舵机与控制单元相连。

优选的,所述该小车还包括显示模块，显示模块与控制单元相连。

优选的,所述该小车还包括红外遥控模块，所述红外遥控模块包括发射装置和接收装置，接收装置与控制单元相连。

优选的,所述接收装置包括红外监测二极管，放大器，限幅器，带通滤波器，解调电路、积分电路和比较器，红外监测二极管分别与放大器和限幅器连接，限幅器通过带通滤波器分别与解调电路和积分电路相连，解调电路和积分电路分别与比较器相连。

优选的,所述发射装置为陶瓷共鸣器。

本实用新型有益效果是:采取信息更完整，处理效率更高以及成本低廉。

附图说明

下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1是本实用新型的具体实施方式的系统结构图。

图2是本实用新型的具体实施方式的KL26MCU原理图。

图3是本实用新型的具体实施方式的激光调制电路。

图4是本实用新型的具体实施方式的激光接收电路。

图5是本实用新型的具体实施方式的3.3V稳压电路图。

图6是本实用新型的具体实施方式的5V稳压电路图。

图7是本实用新型的具体实施方式的可调电压VADJ稳压电路图。

图8是本实用新型的具体实施方式的舵机接口图。

图9是本实用新型的具体实施方式的电机驱动模块原理图。

具体实施方式

下面通过对实施例的描述，本实用新型的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本实用新型的实用新型构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1所示，一种基于光电传感器AVG智能寻迹测量小车，包括光电传感模块、上位机、控制单元、显示模块、红外遥控模块、电机驱动模块和执行机构单元。光电传感模块、上位机、红外遥控模块、显示模块和电机驱动模块均分别与控制单元相连，执行机构单元分别与电机驱动单元和控制单元相连。光电传感模块包括图像采集单元、行程检测单元和障碍检测单元，图像采集单元、行程检测单元和障碍检测单元均分别连接至控制单元，执行机构单元包括电机和转向舵机，电机与驱动单元相连，转向舵机与控制单元相连。

本实用新型采取使用白色绝缘胶带作为引导线，铺设在深色的地面上，如图2所示，控制单元采用MKL26微控制器，根据PID控制策略和PWM控制技术即可对智能导航车的速度和转向进行控制，使智能导航车能够自主识别白色胶带。图像采集单元使用OV7725硬件二值化摄像头，采取边缘追踪算法采集信息白色胶带的信息。行程检测单元采用红外对管，安装在小车上方，用来检测通过隧道的长度，左右两侧安放有障碍检测单元可以检测两边障碍信息。

所述红外遥控模块包括发射装置和接收装置，发射装置通过红外发光二极管LED发射，接收装置与控制单元相连，将接收的信号进行解调后还原出发射端的信号波形。所述接收装置包括红外监测二极管，放大器，限幅器，带通滤波器，积分电路和比较器，红外监测二极管把信号送到放大器和限幅器，限幅器把脉冲幅度控制在一定的水平，将信号送入带通滤波器，通过解调电路和积分电路进入比较高低电平，还原出发射端的信号波形。所述发射装置为陶瓷共鸣器。

红外遥控模块包括发射装置和接收装置，由于发射装置一般用电池供电功耗要很低，芯片大多都可以工作在休眠状态，当有按键按下时才工作，这样可以降低功耗芯片足够的耐物理撞击能力，本发明选用陶瓷共鸣器。红外线通过红外发光二极管LED发射出去，红外发光二极管内部材料和普通发光二极管不同，在其两端它发出的是红外线而不是可见光。

红外信号接收装置为一体化集成装置，内部电路包括红外监测二极管，放大器，限幅器，带通滤波器，积分电路，比较器等。红外监测二极管分别与放大器和限幅器连接，限幅器通过带通滤波器分别与解调电路和积分电路相连，解调电路和积分电路分别与比较器相连。红外监测二极管把信号送到放大器和限幅器，限幅器把脉冲幅度控制在一定的水平，而不论红外发射器和接收器的信号进入带通滤波器，带通滤波器可以通过30khz到60khz的负载波，通过解调电路和积分电路进入比较高低电平，还原出发射端的信号波形。输出的高低电平和发射端是反相的，这样的目的是为了提高一体化红外接收头。

如图3和图4所示，障碍检测模块采用激光对管与光电对管，通过调制管调制和三极管电路驱动，激光管发射红色激光。当激光照射到物体时产生漫反射，采用常态低接收管对反射回来的激光进行接收，由此得到接收电信号。通过调节三极管电路中电位器调节输出光强和激光管透镜调节激光发散角即可调节激光检测模块检测距离。智能车设计的激光检测模块激光出射方向分为左、右两边出射的安装方式。当智能车经过沿途障碍物时，左右接收管瞬时接收到反射光，产生一个上升沿即可实现障碍物的测算。

障碍检测模块还包括激光调制电路和激光接收电路，如图3所示。在激光调制电路中，三极管基极与处理器I/O口相连，从而实现激光输出的开启；通过调节电位器R6和激光输出光斑大小可调节激光管接收的范围，从而有效避免误检红色中华铅笔和隧道。在激光接收电路中，采用了常态低激光接收管，接收管接收到激光时为高电平，常态时为低电平。

如图5-9所示，智能车的所有硬件电路电源由7.2V、2000mAh的可充电镍镉电池提供。由于不同电路模块所需电压不同，所以该设计选择了不同的稳压芯片所构成的多种稳压电路用于不同模块中。所采用稳压芯片有LM2941、AS1117等。

如图9所示，电机驱动控制模块使用英飞凌公司的BTN7971芯片，这种方案线性度高，方案成熟，输出稳定纹波小双电机驱动芯片驱动车模电机。采用BTN7971集成模块构成双电机驱动，电路简单稳定，双电机驱动，可以进行差速转弯，使转向更加平滑。

电机驱动采用芯片BTN7971B，其应用非常简单，只需要向芯片第2引脚输入PWM波就能控制。当系统中只需要单向控制时，只需要让电机一端接地，另一端接BTN7971B第4引脚。如果需要电机双向旋转控制，则需要另一BTN7971B共同组成全桥。由于小车使用双电机，所以我们使用4片BTN7971B构成两个全桥分别控制两个电机。

图像采集单元将采集到的图像信息输入到控制单元，控制单元对信息进行分析处理后，通过PID控制算法对操作执行系统(电机、舵机)进行方向的控制，同时障碍检测单元和行程检测单元分别检测障碍物的数量和隧道的进出，并将信息发送给控制单元，控制单元将接收到的信息进行分析处理，并与上位机通信，在智能车停车后，控制显示单元显示障碍物数量和隧道长度。

整个智能导航车系统包括机械结构设计、硬件和软件设计，机械结构设计包括车模的简化、摄像头光电传感器的安装、PCB主板的固定、测速编码器的安装等；车体硬件系统设计包括光电传感器的选取、PCB主板的设计等；软件系统设计包括中断调用处理、PID控制算法处理、软件滤波处理、各个基本模块的分析及其初始化，经过一系列的信号处理，通过舵机打角、机械差速并结合编码器速度反馈控制赛车行进方向和速度，通过对特定图像处理识别，实现直行转弯停车控制。同时通过车身搭载的红外对管以及激光对管，实现对旁边障碍个数与大小的检测。

上面对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。