一种基于互感和涡流效应循金属薄膜条的AGV小车传感器的制作方法

本实用新型是涉及自动化控制领域，具体的说是一种基于互感和涡流效应循金属薄膜条的AGV小车传感器。

背景技术：

近年来,随着工厂自动化程度的提高,国内拥有的自动导航车（AGV小车）越来越多。然而，目前市面上常见的AGV小车多是检测磁条或是通过激光扫描地面上的标志进行循迹，成本较高，因此，研究出具有高灵敏度的循金属薄膜条的AGV小车传感器进行导航有着十分重要的现实意义。

现有的大多数金属传感器因其检测条件的限制和复杂环境的影响，在较远的距离下检测到与金属的相对偏移，导致目前开发的AGV小车无法做到准确的循金属薄膜条，检测灵敏度低，可靠性差。目前国内外关于循金属薄膜条传感器的研究还停留在理论和方法的探索上，没有系统的标准和完善的解决方案， 尤其是在如何提高检测方法的精度和具体的实现上最具争议。

需要一种具有高灵敏度、高可靠性的AGV小车传感器，且该种传感器在节能的前提下实现远距离感应的效果，用以解决在颠簸路面的行驶问题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于互感和涡流效应循金属薄膜条的AGV小车传感器，该种传感器在AGV小车在循线过程中，当金属薄膜条在两传感器之间、在传感器一侧或丢线时，微处理器处理采集的电压信号通过差分算法和丢线算法，进而控制小车驱动、转向控制单元加以相应的控制，将AGV小车引导至轨道中央。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种基于互感和涡流效应循金属薄膜条的AGV小车传感器，其特征是：包括两组传感器单元和一个数据处理单元，每组传感器单元包括信号发生电路、发射线圈、接收线圈、信号检测电路，所述的信号发生电路与发射线圈连接，所述的发射线圈与接收线圈并排设置，所述的接收线圈与信号检测电路连接，两组传感器单元内的信号检测电路均与数据处理单元信号连接，所述的数据处理单元与小车驱动、转向控制单元信号连接；

所述的发生电路能够产生交变电流，所述的发射线圈能够产生交变磁场，所述的接收线圈能够接受交变信号，所述的信号检测电路能够接受交变信号，处理后输出电压模拟信号。

为优化上述实用新型，采取的具体措施还包括：

所述的发射线圈为交变磁场发射线圈，所述的接收线圈为交变磁场接收线圈，所述的发射线圈和接收线圈均为一对345uH电感线圈。

所述的信号发生电路为电容三点式三极管震荡电路，包括电阻R1，所述的R1一端接电源，另一端与电阻R2一端以及三极管T1的基极连接，电阻R2另一端接地，三极管T1的发射极与电阻R3的一端、电容C1的一端以及电容C2的一端连接，所述的电阻R3的另一端与电源连接，所述的电容C1的另一端接地，所述的电容C2的另一端与三极管T1的集电极以及发射线圈的一端连接，所述的发射线圈的另一端接地。

所述的三极管T1采用ss8550pnp三极管。

所述的两组传感器单元均包含各自的信号发生电路，两组信号发生电路中的起振电容均采用校正电容，所述的两组信号发生电路中的起振电容选用不同的电容值。

所述的信号检测电路包括电阻R4，所述的电阻R4一端与接收线圈一端连接，另一端与电容C3一端以及电容C4一端连接，所述的接收线圈的另一端接地，所述的电容C3的另一端接地，所述的电容C4的另一端与电阻R5的一端以及运算放大器信号输入端连接，所述的电阻R5的另一端接地，所述的运算放大器信号输出端连接二极管D1的负极以及二极管D2的正极，所述的二极管D1的正极接地，所述的二极管D2的负极连接电容C5的一端以及数据处理单元，所述的电容C5的另一端接地。所述的信号检测电路中运算放大器采用ne5532双电源运算放大器，所述的信号检测电路中整流二极管采用ss34肖特基二极管。

所述的数据处理单元由微处理器构成，所述的微处理器为STM32F1，可实现逻辑控制、电压采集、A/D转化。

该种基于互感和涡流效应循金属薄膜条的AGV小车传感器能够达到的有益效果为：本申请所公开的传感器有着更高的精度和灵敏度，在传感器原理金属薄膜20cm处仍能精确的测出偏移量，信号处理电路可以大幅减小两发射线圈产生的干扰信号，使测量结果更加精确，配合信号处理算法，把AGV小车在循线过程中可能出现的状况加以判断，如金属薄膜条在两传感器之间、在传感器一侧或丢线，并加以相应的控制，将AGV小车引导至轨道中央。

附图说明

图1为本实用新型一种基于互感和涡流效应循金属薄膜条的AGV小车传感器的结构原理图。

图2为本实用新型一种基于互感和涡流效应循金属薄膜条的AGV小车传感器发射线圈和接受线圈的磁感线示意图。

图3为本实用新型一种基于互感和涡流效应循金属薄膜条的AGV小车传感器相对于金属薄膜条轨道的位置图。

图4为本实用新型一种基于互感和涡流效应循金属薄膜条的AGV小车传感器信号发生电路示意图。

图5为本实用新型一种基于互感和涡流效应循金属薄膜条的AGV小车传感器信号检测电路示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述。

如图1所示，一种基于互感和涡流效应循金属薄膜条的AGV小车传感器，其特征是：包括两组传感器单元和一个数据处理单元，每组传感器单元包括信号发生电路、发射线圈、接收线圈、信号检测电路，所述的信号发生电路与发射线圈连接，所述的发射线圈与接收线圈并排设置，所述的接收线圈与信号检测电路连接，两组传感器单元内的信号检测电路均与数据处理单元信号连接，所述的数据处理单元与小车驱动、转向控制单元信号连接；

所述的发生电路能够产生交变电流，所述的发射线圈能够产生交变磁场，所述的接收线圈能够接受交变信号，所述的信号检测电路能够接受交变信号，处理后输出电压模拟信号。如图2所示， 本实施例中，发射线圈为交变磁场发射线圈，所述的接收线圈为交变磁场接收线圈，所述的发射线圈和接收线圈均为一对345uH电感线圈，发射线圈的内圈磁场和外圈磁场方向相反，接收线圈同时接收内测和外侧磁场。

如图3所示，一个发射线圈和一个接收线圈为一组信号单元，发射线圈和接收线圈外形均为30mm*60mm的矩形环，两组信号单元分别置于金属薄膜条的两边缘的上方，信号单元的摆放位置需要通过示波器校准，使得接收线圈输出电压幅值为两侧极大值中间的极小值。

如图4所示，本实施例中，信号发生电路为电容三点式三极管震荡电路，包括电阻R1，所述的R1一端接电源，另一端与电阻R2一端以及三极管T1的基极连接，电阻R2另一端接地，三极管T1的发射极与电阻R3的一端、电容C1的一端以及电容C2的一端连接，所述的电阻R3的另一端与电源连接，所述的电容C1的另一端接地，所述的电容C2的另一端与三极管T1的集电极以及发射线圈的一端连接，所述的发射线圈的另一端接地。

本实施例中，三极管T1采用ss8550pnp三极管。

本实施例中，两组传感器单元均包含各自的信号发生电路，信号发生电路采用电容三点式振荡电路，相较于运放振荡电路，三极管振荡电路有着更小的杂波，更容易抵消内外圈磁场。左右两侧的信号发生电路的起振电容采用校正电容，可以获得更稳定的振荡波形，且两侧选用不同电容值，以便输出频率不同的交变磁场。

如图5所示，本实施例中，信号检测电路包括电阻R4，所述的电阻R4一端与接收线圈一端连接，另一端与电容C3一端以及电容C4一端连接，所述的接收线圈的另一端接地，所述的电容C3的另一端接地，所述的电容C4的另一端与电阻R5的一端以及运算放大器信号输入端连接，所述的电阻R5的另一端接地，所述的运算放大器信号输出端连接二极管D1的负极以及二极管D2的正极，所述的二极管D1的正极接地，所述的二极管D2的负极连接电容C5的一端以及数据处理单元，所述的电容C5的另一端接地。本实施例中，信号检测电路中运算放大器采用ne5532双电源运算放大器，所述的信号检测电路中整流二极管采用ss34肖特基二极管。信号检测电路将接收电感线圈采集到的信号经过带通滤波器，将两侧不同的频率信号区分开来，经过电压跟随器后使用肖特基二极管整流，经过电容滤波后输出电压模拟信号。

本实施例中，数据处理单元采用型号为STM32F1 的微处理器，信号检测电路的信号输出端输出的电压值通过A/D采样后输入微处理器，与设定值比较后，得到高低电平，微处理器对高低电平进行判断，输出控制信号逻辑控制小车的转向电机。

进一步的，微处理器采用的信号处理算法包括差分算法和丢线算法，信号处理算法采用分段式计算偏移量，当两侧传感器的电压值都大于信号最低值时，判断金属薄膜条位于两侧传感器中间，将两侧电压做差后除以它们平方和的开根，当有一侧传感器电压为最低值而另一侧大于最低值时，判断金属薄膜条位于电压较大的那一侧，记录此位置以防丢线，当两侧传感器电压均为最低值时，根据之前记录的位置信号，控制小车转向。

该种基于互感和涡流效应循金属薄膜条的AGV小车传感器的工作流程如下：

通过在金属薄膜条两侧上方使用两组传感器，采集输入的电压模拟量，进而计算AGV小车相对于金属薄膜条的偏移距离。由于采集到的信号为电压的模拟量，相较于采集脉冲频率的金属传感器，有着更高的精度。由于发射线圈和接收线圈的相对位置处于接收线圈输出电压两极大值之间的极小值处，也就是接收到的发射线圈的内测交变电流和外侧交变电流正好平衡的位置，磁感线更加垂直于线圈平面，在传感器接近金属薄膜时，发射线圈内测磁感线会首先收到涡流效应的影响，磁场受到抵消，此时发射线圈外侧的磁场相对更强，输出电压就会增大。为解决两侧电感的干扰问题，本发明的两侧发射线圈输出频率不同的交变磁场，信号接收电路将接收到的信号使用运算放大器同相放大后经过各自的带通滤波器，将不需要的频率信号滤除。后级电路将需要采集的交流信号采用整流滤波电路转换成直流电压信号。处理器采集到两侧传感器的电压模拟量后需要经过信号检测算法计算AGV小车相对于金属薄膜条的偏移距离，即当两侧传感器的电压值都大于信号最低值时，判断金属薄膜条位于两侧传感器中间，将两侧电压做差后除以它们平方和的开根，当有一侧传感器电压为最低值而另一侧大于最低值时，判断金属薄膜条位于电压较大的那一侧，记录此位置以防丢线，当两侧传感器电压均为最低值时，根据之前记录的位置信号，控制小车转向。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。