自动巡检智能搭载小车的设计与实现

摘 要：目前各大企业的仓库和厂房都采用人工巡检，存在很多漏洞。危险场合人工巡检，存在人身安全隐患。本文以单片机技术为控制核心，设计了一款按预定轨道行驶的自动巡检搭载小车，取代人工巡检。实验表明：所设计的自动巡检智能搭载小车能按预定轨道自动寻迹和避障。无使用条件限制，达到设计目标。

关键词：AT89S51；红外传感器；直流电机；自动控制

1 引言

各大企业的仓库和厂房都采用人工巡检，既浪费了人力又存在很多隐患，而对于一些恶劣环境场合，例如：高温烘干室、防爆化学反应室等，还可能对巡检人员的人身安全造成危害。据统计每年企业的仓库未能定期巡检所造成的损失占据企业成本的5%左右[1]。作者基于单片机技术设计了一款按预定轨道行驶的自动巡检智能搭载小车，搭载摄像头完成自动巡检，不受环境条件限制，代替工人巡检，消除隐患，防患于未然。

2 结构及原理

自动巡检智能搭载小车的结构原理如图1。主要包括红外检测模块、电机驱动模块、指示灯模块和AT89S51单片机控制模块。

当红外检测模块检测到小车偏离轨道或前方有障碍时，向控制模块发送信号，控制模块处理该信号后，向驱动模块发送相应的驱动信号，经放大，驱动电机M1和M2转动，实现小车自动寻迹和避障，同时指示灯模块点亮相应指示灯指示。

3 路的设计

本文主要设计小车的红外检测电路、电机驱动电路和控制电路。其中，控制电路采用单片机最小系统[2]，电路比较简单，在此不多作介绍。

3.1 寻迹避障检测电路设计

红外检测信号D1、D2和D3分别通过P3.5，P3.6， P3.7端口送入单片机，根据信号电平高低，判断小车的运行状况。当P3.5端口输入为高电平，说明小车左侧偏离轨道，需要右转。当P3.6端口信号为高电平，说明小车右侧偏离轨道，需要左转。当P3.7端口信号为高电平，说明小车前有障碍物，需后退3s后停止，等待人工命令。

3.2 寻迹避障驱动电路设计

电机驱动电路的设计如图2所示。

电机驱动电路主要由两个直流电机与两个驱动芯片LG9110[3]组成。根据红外检测电路输入信号电平高低，单片机通过P0.0、P0.1、P0.2和P0.3端口向驱动芯片输出控制驱动信号，经LG9110芯片放大，驱动左侧直流电机M1和右侧直流电机M2正反转，实现小车前进后退及左右转。P0.0、P0.1、P0.2和P0.3端口输出信号电平与小车运行状态关系如表1。

当P0.0与P0.2为高电平时，电机M1和M2正转，小车前进。改变P0.0、P0.1、P0.2和P0.3端口输出信号电平实现小车后退、右转和左转。

完整的设计电路如图3。A模块是寻迹避障红外检测电路；B模块是寻迹避障电机驱动电路；C模块是指示灯电路；D模块是单片机最小系统；E模块是视频信号插座；F模块是串口通信电路，此模块作用是方便上位机与单片机在线编译和上下载程序。

4 测试

通过仿真和实物实验，测试小车自动寻迹和避障能力，检验设计电路的可行性。

4.1 仿真实验

在proteus仿真平台下搭建小车仿真电路如图4。

5 结论

各大企业的仓库和厂房及一些危险场合等都需要巡检，消除隐患，防患于未然。本文作者以单片机为控制核心，设计了一款按预定轨道行驶的自动巡检智能搭载小车，不受环境条件限制。通过实验测试，实现了小车自动寻迹和避障功能，设计电路可行。有效降低了人工巡检的成本，避免了人工巡检存在的漏洞，排除了危险场合的人身安全隐患。

参考文献

[1] 高 宁， 彭 力. 陈凯健.粮仓环境检测智能巡检小车研制[J] .现代电子技术， 2010， （1）：6-8

[2] 张骁， 俞港，朱畅. 基于51单片机的智能巡检小车设计[M].企业技术开发， 2012，（2）： 67-69

[3] 宁慧慧， 余红英. 基于单片机控制的简易自动寻迹小车设计[J]. 电子测量， 2009，（9）：23-25

[4] 文方. 基于51单片机的自动寻迹小车控制设计[J]. 科技信息， 2010，（2）：40-42

作者简介

李文华，邵阳学院信息工程系电子科学与技术专业学生

通讯作者 （指导老师）

彭森，邵阳学院信息工程系教师