一种基于PLC控制的自动寻迹小车的设计.pdf

第 3期 总第 1 6 6期 2 0 1 1年 6月 机 械 工 程 与自 动 化 MECHANI CAL ENGI NEERl NG ＆ AUT0MATI ON No ． 3 J un ． 文章 编 号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 01 1 0 3 0 1 3 3 0 3 一 种基 于 P L C控制 的 自动寻 迹小 车的设计 来 靳 晓 波 山西机 电职 业技术 学院，山西 长治0 4 6 0 1 1 摘要 随着社会工业化进程的加快 ，各种 自动搬运 机器人在 工厂 中被广泛 应用。介绍 了一种 基于 P L C控 制 器的 自动寻迹小车的设计 ，并从硬件 电路和软件设计 思路进行 阐述 ，为搬运机 的寻迹设计和 改进提 出一种 可 能 。 关 键 词 P L C； 自动 寻 迹 ；避 障 ；P WM 调 速 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 A 0 引 言 P L C控制 器是 当今社 会 中应用 最 为广泛 的 控制 器 之一，它以智能化程度高、逻辑控制可靠度高、体积 小 、功耗 小 、性能稳 定等优 点 而受 到开 发和使 用 者 的 青 睐 。本 文介 绍 以 P L C控 制 器 为控 制 核 心 ，带 有 自 动寻迹 电路 、避 障电路 、温 度采集 电路 、烟 雾传感 电 路等传感 电路的自动小车的设计。 1 控 制 系统硬件 设计思 路 自动小 车控制 系统 的硬 件 结 构 柜 图如 图 1所 示 ， 控 制 器对 寻迹 电路 、避 障 电路 、温 度 采集 电路 、烟雾 传感 电路进 行信号 采集 ，从 而控制 显示 电路 显示 当前 的环 境温度 和小 车的工作 状 态 。寻迹 电路 的主 要功 能 是检 测地面 上 的引导线 ，从 而使小 车 在控制 器 的控制 下沿着引导线前进 ；避障电路的主要作用是检测小车 前方的障碍物 ，当小车前进的道路上出现障碍物时 ， P L C控制器 图 l 控 制 系统 硬 件 结 构 框 图 单片机根据引导线和障碍物的情况选择停止或者是改 变行进 的路 线 ；温度传 感 电路 的主要 作用 是检测 当前 环境 中 的温 度 ，我们 可 以设 置一 个参 考 的温度值 ，当 环境温度超过设定值时，控制器会控制报警电路进行 报警 ；烟雾 传感 电路 的作用 是检 测 当前工 作环境 中的 烟雾浓度 ，当某个地方有燃烧的情况 出现时，控制器 会 自动报警 ；显示电路主要用于显示 当前小车的工作 状态 和环境 温度 。 寻迹电路是利用反射式红外传感器设计的，其参 考 电路 如 图 2所 示 。其 中 Dl是红 外 发射 管 ，在 通 电 的情况 下会 不 断 向 外界 发 射 红 外 线 ，D 2是 红外 接 收 管 ，当接 收到 红外线 时就 会导 通 。红外线 在外 界会 被 吸收 或者 是发射 ，因此地 面上 的引 导线应 使用 和地 面 完全相 反 的颜 色 ，如 黑色 会 吸收红外 线 ，白色会反 射 红外线，一般我们采用吸收红外线的引导线。但是在 实际电路设计时考虑到 自然界中的光线中是存在红外 线 的 ，因此应 在 电路 的输 出端 加载 一个 滤波 电路把 自 然光 线 中的红 外线 滤除 ，或 者 是 改进 电路 D l的一 端 由控 制器 进行 控制 ，由控 制 器输 出一个 特殊 频率 的方 波 ，从 而使 电路周期 性地 导通 ，使 接 收端周期 性地 输 出波形 ，用 以和 自然 光加 以区分 ；还 可以在 接收 管的 外 面罩 一个特 殊 的透镜从 而 滤除 自然光 ，消 除外 界的 干扰 。寻迹 电路 由两个 红外 电路组 成 ，用 以检测 引导 线 ，安装 时 两个 电路 的间距 应 稍 大 于 引 导线 的宽 度 。 当两边 的 电路 同 时检测 到信 号 ，说 明引导线 在寻迹 电 路 的正 中间 ；当 引 导线 发 生 变 化 时 ，就 会偏 向一侧 ， *长治市第五批科技计划项 目 2 0 1 0 5 0 0 1 收稿 日期 2 O l 1 0 4 0 2 作者简介 靳晓波 1 9 8 2 - ， 男 ， 山西运城人 ， 助理讲师 ， 本科 ， 主要研究方向 电子微控技术 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 3 4 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 1 1年 第 3期 从 而使 一边能 检测 到 信 号 ，另外 一边 检 测不 到 信号 ， 进 而使单 片机 判断 出是 向哪侧偏 转 。 VCC D1 图 2红 外 反 射 电路 避 障传感 器的工 作原理 和 寻迹 电路类似 ，采用红 外反射 式电路 ，同样 在前 面安装 两个 大功率 的红外式 传 感器 ，当前 面 出现 障碍 物 时就 会 给 单 片机 一 个 信 号 ，使其判断出前方的道路情况。为了使小车的运行 更 加安全 ，可 以在小 车的前 面装上 碰撞 开关 ，当小 车 碰撞到物体时就会给单片机一个信号，否则无信号输 出。 温度采集 电路 由温 度传 感 器 、放 大 电路 、A D 转 换 电路 构成 。温度 传感器 把环 境 中的温度量 转换为 电 量信号 ，由 于该 信 号 量 较 弱 ，在 经 过 放 大 电路 放 大 后，再经 A D转换 电路把模拟信号转换 为数字信号 ， 传给单 片机进 行处理 。在 此可 以设置几 个参考值 ，当 温度超过某个数值时，应加大通风强度 ，或者是开启 温度调节 功能 ，用 以保护 设备在最 佳 的环境 中工 作 。 烟雾传感电路的作用是检测工作环境的烟雾量。 它和温度传感电路有所 区别 ，温度传感电路的测量范 围有限 ，只有 车周 围的一段 距离 ，当发生 火情 的现 场 离小车有 一段距 离时 ，温度 测量值 不会超标 ，但是 烟 雾传 感器 能检测 出 ，从 而避 免 了火 势 的蔓 延 。该 电路 较简单，从传感器输出的信号经过放大后 ，再经过一 个 比较 电路 ，该 电路 的比较值应 由实际测量 得出 。 显示器用 于显 示 当前 的小 车是 否 处 于正 常状 态 、 显示 当前工作 环境 的温度 以及 当前小 车左 、右两侧 的 运行 速度 。 当环 境 中发 生 火 灾时 ，会 在屏 幕 上 显 示 “ 火 灾警告 ” 的字样 ，同时伴 随有 警报 声 。 2 软 件 系统 的设计 整 个软件 系统 可分 为主程序 、显示 程序 、寻迹程 序 、避 障程序 、温度 采集 程序 、P WM 电机 调速程 序 、 火灾警 报程序 。 2 ． 1 P WM 电机调速 程序 脉冲宽度调制 P WM是利用微处理器 的数字 输 出对 模拟 电路进行 控制 的一种 非常有效 的技术 ，广 泛应用 在 测 量 、通 信 功 率 控 制 与 变 换 的许 多 领 域 。 P WM 调速 是 利用 P L C控制 器 的 1 0端 口输 出一 系列 的调制波 ，从而控 制直 流电机 的一 端 ，进 而控制电动 机 的通 电时间 。对 于 P WM 的调制 方 法有 很多种 ，这 里采 用控制 器 内部 的定时器 来完成 。我们利用 两个 定 时器 来完成 一个 电机 的 P WM 调速 ，一个 定 时器用来 完成方波的周期设置 ，在定时器中装入一个常数 ，当 定时完 成后进 行复位 ；而另一个 定时 器则 用来控制输 出端继 电器 的通 断 ，进 而完成 方波 中的 占空 比，当前 一 个定 时器复位 时 ，这个定 时器 同时复位 。当小车正 常前进 时 ，利用一 组 P WM 程 序使 小 车左 、右 电机 同 时运行 ；当小车进行转弯时，利用另外一组占空比较 小的 P WM程序，把方波给其中一个电机，使这个电 机 转速变 慢 ，而 另 外 一 个 电 机 的转 速 不 变 ，从 而使 左 、右轮转 速有偏差 ，使小 车偏 转 。 2 ． 2 自动寻迹程 序 自动寻迹 的编程思 想是 ，利用 小 车前 后移动 ，并 且伴 随左 右移 动来 寻找 引导线 。在小车运行 过程 中则 是利用寻迹电路输 出的两路信号来判断当前的前进方 向是否有偏离，从而利用 P WM调速程序进行左右修 正 ， 自动 寻迹流程 图见 图 3 。 图 3 自动 寻 迹流 程 图 2 ． 3 避 障程序 避障 程序和 自动 寻迹类 似 ，只是 在 P WM 调速 时 注意 ，当进行 避障时 ，有可能偏 离 引导 线 ，在子程序 结束前 需要再 一次进行 寻迹程序 ，使小 车重新 回到 引 导线上 来 。 2 ． 4温度采 集程 序 开 始进行初 始化 ，将 从 A D转换 器 中得到 的数据 与设置的温度参考值进行 比较 ，如果大于预设值则进 行显示 ，并用不 太急促 的警报声 开始报警 ，当温度逐 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1年第 6期 机 械 工 程 与 自 动 化 l 3 5． 渐 上升 时 ，则 警报 的 频率 不断 加快 。 2 ． 5 显 示程序 和 火 灾警报程 序 显示 程 序 主要 是 将 控 制 器 采 集 到 的数 据 进 行 显 示 。显示 的内 容包 括 当前 小 车 的左 、右 轮 的速 度 、 当前 小 车 的工作状 态 、 当前 的 工作 温度 等 。当烟雾 传 感 器检 测到信 号 时 ，立 即停 止所 有 的工作 ，进 行 非常 急促 的警 报 ，以提 醒人 们注 意安 全 。 2 ． 6 主程 序 主程 序用 于调 用各 种子 程序 ，并 在调 用子 程序 的 过 程 中进行 故 障检 测 ，如在 进行 调速 的 时候对 左 、右 两侧 的 P WM 中 的初 始值 和 速度 传 感 器 传 回的数 据 进 行计 算 比较 ，当结果 不 吻合 时说 明 电机 出现故 障 ，这 时进 行显 示 和提 醒 。 3 结束 语 本设 计 经过实 验验 证具 有 可行性 ，为 自动 寻迹 的 自动 小车 或机 器人 设计 提供 了一 种设 计 和改进 方案 。 参 考 文 献 [ 1 ] 卢蕙芬 ， 金若君 ．基 于 D S P的物流传输 系统 [ J ] ． 电气 自 动化 ， 2 0 0 2 6 3 5 3 7 ． [ 2 ] 赵轩 ， 韩毅 ， 秦绪鑫 ．基于 P WM 控制 的模型 车用小 型直 流电机调速装置 [ J ] ． 计算机 工程 与设计 ， 2 0 0 9 ， 3 0 2 1 48 8 4 488 7． [ 3 ] 刘 大川 ， 汪小澄 ．基 于 S 1 2单 片机 的寻迹 小车视 觉系统 设计 与优 化[ J ] ． 电子 技术 应用 ， 2 0 0 8 9 1 0 9 1 1 1 ． De s i g n o f Au t o m a t i c Tr a c k i n g M a c h i n e Ba s e d o n PLC J I N Xi a o - b o S h a n x i I n s t i t u t e o f Me c h a n i c a l＆ El e c t r i c a l En g i n e e r i n g ，Ch a n g z h i 0 4 6 01 l ，Ch i n a Abs t r a c tAs t h e p r o c e s s o f i nd u s t r i a l i z a t i o n s p e e d‘ up，a v a r i e t y o f a u t o h a n d l i n g r o bo t s a r e wi d e l y us e d i n f a c t o r i e s ．Thi s pa p e r d e s c r i b e s a de s i g n o f t he c a r wi t h a ut oma t i c t r a c ki n g whi c h i s b a s e d o n PLC，a nd d e s c r i b e s t he h a r d wa r e a n d s o f t wa r e o f t h e ma c h i n e， p r e s e nt s a p o s s i bl e de s i g n a nd i m p r o v e me n t o f t h e t r a c ki ng f o r t h e mo v i ng ma c h i n e． Ke y wor d sPLC；a u t o ma t i c t r a c k i n g；c o v e r b a r r i e r ；P W M s p e e d c o nt r o l 上 接第 1 3 2页 人机界 面 H MI 一 般用 于操作 人 员 与控 制 系统 之 问进行对 话 和 相 互 作 用 。采 用 V B 6 ． 0的控 件 组 合 及 代码 可 以为监 控系统 设计 界 面 。 3 结论 液压 支架用 阀试验 台是煤 矿液 压 系统 的重要 组 成 部 分 ， 本试 验 台采用 P L C控制 大 大 提 高 了设 备 的工 作 效 率和测试 精 度 ， 同 时 采 用 V B进 行 编 程 实 现 自动 化 管 理 ， 使操 作更 加方 便 ， 整 体上 为煤 矿 液 压支 架 用 阀试 验研 究提供 了更 可靠 的技 术保 障。 参 考 文 献 [ 1 ] 廖 常 出 ． P L C编程 及应 用 [ M] ． 北 京 机 械工 业 出版社 。 2 00 8． [ 2 ] 张利 平 ．液压 阀原理 、 使 用与维 护 [ M] ． 北 京 化学 工业 出版 社 ， 2 0 0 9 ． [ 3 ] 张建 中 ， 柳如见 ， 尚效周 ， 等 ．液压 支架用 阀试 验 台 自动 控制 系统设计 [ J ] ． 煤 矿机电 ， 2 0 0 9 6 2 6 2 8 ． [ 4 ] 黄建龙 ， 刘 明哲 ， 王华 ．液压综 合试验 台及其监控 系统的 研究 [ J ] ． 液压 与气 动 ， 2 0 0 7 1 O 1 O 一 1 2 ． [ 5 ] 沈英 莹 ， 张为 民 ．液压缸 试验 台的 P L C控制 [ J ] ． 制造 业 自动 化 ， 2 0 0 3 ， 2 5 s 1 2 0 0 2 0 3 ． [ 6 ] 杨 书仪 ， 胡燕平 ， 王启 明 ． P L C在液压 阀试 验 台中的应 用 [ J ] ． 煤矿机 电 ， 2 0 0 6 6 7 4 7 6 ． Co mp u t e r Co n t r o l S y s t e m o f Va l v e Te s t Ri g AN Chu n- m e i ，LI AN Zi - s he ng C o l l e g e o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， T a i y u a n Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ，T a i y u a n 0 3 0 0 2 4 ， C h i n a Abs t r ac tAi me d a t de f e c t s o f t r a d i t i o na l v a l v e t e s t r j g，t hi s p a p er us e d t h e pr o po r t i o n al v a l v e，S I EMENS s 72 00 PLC a n d VB6． 0 t o d e s i g n a v a l v e t e s t r i g u s e d f o r t e s t i ng c o a l mi n i n g hy d r a u l i c s u p p o ， s o t he a u t o m a t i o n o f t e s t d a t e a c qu i s i t i o n we r e r e a l i z e d， a nd t h e e f f i c i e nc y o f t e s t wa s i mp r o v ed ．The a c q u i s i t i o n o f d a t a a nd t h e c o n t r o l o f e q ui p me n t wa s a c c o mp l i s h e d b y t h e foc a l e qu i p me n t ．Us i n g Vi s u a l Ba s i c c o u l d o b t a i n ki n ds o f f un c t i o n s，i nc l ud i ng d a t a c o mm u ni c a t i o n， n e t wo r k ma n a g e me nt ， ma n ma c h i n e i nt e r f a c e a nd d a t a p r o c e s s i n g ． K e y wor d sv a l v e ； t e s t r i g；PLC 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m