火工品運料小車的自動控制系統

趙瑞玲 陳朝春

1 引言

民爆器材行業被稱為“能源工業的能源，基礎工業的基礎”，因此民爆器材行業在國民經濟發展中具有重要作用。而在生產過程中，我國大多數民爆器材生產廠家的生產原料和成品仍采用人工運輸方式，工作人員勞動強度大，生產效率低，安全性差。為了提高生產效率，保證工作人員安全，實現危險工序無人操作，采用自動運料小車來運輸生產原料和成品。

2 系統結構與工作原理

2.1 系統結構

自動運料小車由防爆車體、載貨箱、光電開關、接近開關、警示燈、控制器、蓄電池等構成，該控制系統的采樣周期是4.5ms，能夠滿足小車整體實時性的要求，其側面框圖結構如圖1所示。

圖1 運料小車側面框圖結構

運料小車采用四輪驅動方式，結構為兩個直流電機驅動轉向機構，如圖2所示。運行過程中，四個驅動電機總是處于工作狀態，便于小車負重運行，提高了工作效率。兩個轉向機構采用斜齒輪相嚙合連桿傳動，該機構能夠改變力的傳動方向，實現兩兩驅動輪同時同方向的轉向，控制結構簡單。而且直流電機具有優良的速度控制性能，實現了高速運行的平穩性、穩定性和沿曲線移動的靈活性。

圖2 運料小車結構圖

2.2 小車工作過程

運料小車能夠沿著導引線自主前行，它是通過車頭與車尾底部橫向排列的4個光電開關檢測導引線，再發送信號到控制器。控制器對檢測信號進行處理，并控制直流電機校正偏移量，從而實現巡導引線行走。

巡導引線時如圖3所示[1]，黑色小圓圈表示光電開關，共有4個，車體前后各兩個，橢圓表示接近開關，共有兩個，車體前后各1個，當光電開關在導引線上時是低電平，給出0信號，不在導引線上時是高電平，給出1信號。

圖3 小車巡導引線示意圖

當運料小車自主向右（X1方向）前行時，接近開關S2作為小車停止控制信號，光電開關G3和G4起到巡導引線的作用，當小車處于 C狀態時信號為（1，0），表示小車向左偏了，轉向電機就向順時針方向轉動，至光電開關G3狀態為0時止；B狀態時信號為（0，1），表示小車向右偏了，轉向電機就向逆時針方向轉動，至G4光電開關狀態為0時為止；A狀態時信號為（0，0），表示小車在正確位置上，轉向電機不工作，小車保持直行。如此實時糾偏，保證小車始終沿正確軌道前進。

同樣，運料小車自主向左（X0方向）前行時，接近開關 S1作為小車停止控制信號，光電開關 G1和G2起到巡導引線的作用。

3 系統電路的設計

光電開關配以外圍電路可以實現識別導引線的功能，光電傳感器與控制器的連接框圖如圖4所示[1]。光電傳感器將導引線存在的信號和電位器的信號，經比較器后輸出電平信號給控制器，但這種電路穩定性差，識別精度不高。

圖4 光電開關與控制器的連接框圖

其電路圖如圖5所示[2]。當檢測到導引線，比較器的輸出LM324是低電平，其他輸出是高電平，通過高低電平電壓不同輸出，把該信息交給控制器判斷處理，指揮下一步的運行方向，從而達到巡導引線的功能。

圖5 光電開關電路圖

小車驅動電機的控制是通過控制器來實現的，而控制器輸出的信號是一個低壓信號，不能直接驅動電機的轉動，因此需要運用共射極放大電路來驅動電機轉動，其驅動電路圖如圖6所示。

圖6 電機的驅動電路

4 軟件設計

系統軟件主要由傳感器檢測和電機控制處理程序，控制運料小車自主運行。程序在運行過程中，不斷查詢外部傳感器信號，并對所采集的信號進行判斷處理，其程序框圖如圖7 所示[3,4]。

圖7 程序框圖

控制程序不斷實時讀取傳感器的值，并進行判斷，將相應的電機控制信號輸出，最終控制電機驅動電路來驅動電機進行轉動，該自動運料小車設計簡單，易于實現。

5 總結

2010年3月，調試時采用光電判斷器克服了外界光線干擾，而且選用鋰電池作為電源克服了電源使用時間不長和壽命的問題，并將調試完的火工品運料小車進行試驗運行，其具備自動巡線運行功能，但小車運行的可靠性與穩定性有待進一步提高。

[1] 卜弘毅,侯庭波,蔣鑫等.單片機實現自控機器人小車[J].電子世界.2003,1:44-46

[2] 朱俊.智能小車的自動化控制[J].常州信息職業技術學院學報.2006,5(4):16-18

[3] 肖立,佟仕忠,丁啟敏等.基于 PIC單片機控制的智能巡線小車[J].中國儀器儀表,2005,3:95-96

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