自動巡檢智能搭載小車的設計與實現

李文華+彭森

摘 要：目前各大企業的倉庫和廠房都采用人工巡檢，存在很多漏洞。危險場合人工巡檢，存在人身安全隱患。本文以單片機技術為控制核心，設計了一款按預定軌道行駛的自動巡檢搭載小車，取代人工巡檢。實驗表明：所設計的自動巡檢智能搭載小車能按預定軌道自動尋跡和避障。無使用條件限制，達到設計目標。

關鍵詞：AT89S51；紅外傳感器；直流電機；自動控制

1 引言

各大企業的倉庫和廠房都采用人工巡檢，既浪費了人力又存在很多隱患，而對于一些惡劣環境場合，例如：高溫烘干室、防爆化學反應室等，還可能對巡檢人員的人身安全造成危害。據統計每年企業的倉庫未能定期巡檢所造成的損失占據企業成本的5%左右[1]。作者基于單片機技術設計了一款按預定軌道行駛的自動巡檢智能搭載小車，搭載攝像頭完成自動巡檢，不受環境條件限制，代替工人巡檢，消除隱患，防患于未然。

2 結構及原理

自動巡檢智能搭載小車的結構原理如圖1。主要包括紅外檢測模塊、電機驅動模塊、指示燈模塊和AT89S51單片機控制模塊。

當紅外檢測模塊檢測到小車偏離軌道或前方有障礙時，向控制模塊發送信號，控制模塊處理該信號后，向驅動模塊發送相應的驅動信號，經放大，驅動電機M1和M2轉動，實現小車自動尋跡和避障，同時指示燈模塊點亮相應指示燈指示。

3 電路的設計

本文主要設計小車的紅外檢測電路、電機驅動電路和控制電路。其中，控制電路采用單片機最小系統[2]，電路比較簡單，在此不多作介紹。

3.1 尋跡避障檢測電路設計

紅外檢測信號D1、D2和D3分別通過P3.5，P3.6， P3.7端口送入單片機，根據信號電平高低，判斷小車的運行狀況。當P3.5端口輸入為高電平，說明小車左側偏離軌道，需要右轉。當P3.6端口信號為高電平，說明小車右側偏離軌道，需要左轉。當P3.7端口信號為高電平，說明小車前有障礙物，需后退3s后停止，等待人工命令。

3.2 尋跡避障驅動電路設計

電機驅動電路的設計如圖2所示。

電機驅動電路主要由兩個直流電機與兩個驅動芯片LG9110[3]組成。根據紅外檢測電路輸入信號電平高低，單片機通過P0.0、P0.1、P0.2和P0.3端口向驅動芯片輸出控制驅動信號，經LG9110芯片放大，驅動左側直流電機M1和右側直流電機M2正反轉，實現小車前進后退及左右轉。P0.0、P0.1、P0.2和P0.3端口輸出信號電平與小車運行狀態關系如表1。

當P0.0與P0.2為高電平時，電機M1和M2正轉，小車前進。改變P0.0、P0.1、P0.2和P0.3端口輸出信號電平實現小車后退、右轉和左轉。

完整的設計電路如圖3。A模塊是尋跡避障紅外檢測電路；B模塊是尋跡避障電機驅動電路；C模塊是指示燈電路；D模塊是單片機最小系統；E模塊是視頻信號插座；F模塊是串口通信電路，此模塊作用是方便上位機與單片機在線編譯和上下載程序。

4 測試

通過仿真和實物實驗，測試小車自動尋跡和避障能力，檢驗設計電路的可行性。

4.1 仿真實驗

在proteus仿真平臺下搭建小車仿真電路如圖4。

5 結論

各大企業的倉庫和廠房及一些危險場合等都需要巡檢，消除隱患，防患于未然。本文作者以單片機為控制核心，設計了一款按預定軌道行駛的自動巡檢智能搭載小車，不受環境條件限制。通過實驗測試，實現了小車自動尋跡和避障功能，設計電路可行。有效降低了人工巡檢的成本，避免了人工巡檢存在的漏洞，排除了危險場合的人身安全隱患。

參考文獻

[1] 高 寧， 彭 力. 陳凱健.糧倉環境檢測智能巡檢小車研制[J] .現代電子技術， 2010， （1）：6-8

[2] 張驍， 俞港，朱暢. 基于51單片機的智能巡檢小車設計[M].企業技術開發， 2012，（2）： 67-69

[3] 寧慧慧， 余紅英. 基于單片機控制的簡易自動尋跡小車設計[J]. 電子測量， 2009，（9）：23-25

[4] 文方. 基于51單片機的自動尋跡小車控制設計[J]. 科技信息， 2010，（2）：40-42

作者簡介

李文華，邵陽學院信息工程系電子科學與技術專業學生

通訊作者 （指導老師）

彭森，邵陽學院信息工程系教師