摘 要

在当今社会中，顾客为了追求高质量的生活，对电子商务行业的需求也变得越来越大，而电商的需求增大则促进了物流行业的快速发展。为提高物流工作效率，降低企业物流成本，物流作业越来越趋向机械化，智能化。时至今日，智能物流AGV小车应运而生，由智能化技术和先进的物流装备组合而成的物流行业，将在未来大放光彩。路径识别技术和各种导航技术则正是体现智能车水平的一个重要标志。

本课题主要研究的内容是基于磁导航的物流AGV小车运行时，使用电磁感应等相关技术对道路信息进行采集、分析和处理。首先是对传感器的参数进行设定，并利用电磁感应技术有效地获得道路信息；然后设计硬件电路，把采集到的电磁信号进行处理，送到单片机；最后利用道路信息采集系统以及信号的处理算法，对道路信息进行加工、传输，共享给转向或者驱动系统，使系统更快速、准确的反应。本文采用最小系统以MK60DN512单片机为核心，主要设计包括选频电路、放大电路、滤波电路等处理信号的电路，再通过路径检测算法和模糊算法等确保小车平稳、准确的在固定道路上行驶，使路径追踪具有较高的效率和可实现性。

关键词：路径识别；MK60DN512；传感器采集；电磁感应

Road information acquisition of logistics AGV vehicle based on magnetic navigation

ABSTRACT

With the rapid development of economy, the electronic commerce industry also develops rapidly. Nowadays, in order to pursue a more comfortable life, customers have higher and higher requirements for the e-commerce industry, which drives the rapid development of the logistics industry. In order to improve the efficiency of logistics work and reduce the logistics cost of enterprises, logistics operations are becoming more and more mechanized and intelligent. Up to now, AGV, a logistics industry composed of intelligent technology and advanced logistics equipment, will shine in the future. Path recognition technology and various navigation technologies are an important symbol of intelligent vehicle.

The main content of this subject is to collect, analyze and process road information with relevant technology when AGV vehicle of magnetic navigation logistics is running. The first is the selection and planning of sensors, using electromagnetic induction technology to obtain information more effectively; Then designs the hardware circuit, carries on the processing to the collection information, delivers the monolithic integrated circuit; Finally, the road information acquisition system of the electromagnetic sensor and the signal processing algorithm are used to process and transmit the information to the steering or driving system to make the system respond quickly and accurately. In this paper, the minimum system with MK60DN512 single-chip microcomputer as the core, the main design including clock circuit, amplification circuit, filter circuit, etc., and then through the road detection algorithm and PID algorithm to ensure the car is stable, accurate in the fixed road driving, It makes the path tracing more efficient and realizable.

Key words：Path Recognition；MK60DN512；Sensor acquisition；Electromagnetic Induction；

目 录

1 绪论 1

1.1 课题研究的背景 1

1.2 国外AGV发展现状简介 1

1.3 国内AGV发展现状简介 2

1.4 课题研究的目的和意义 2

1.5 课题研究的内容 3

2 AGV小车系统设计方案 4

2.1 磁导航AGV系统设计分析 4

2.2 磁导航探究 5

2.2.1 电磁检测的基本原理 5

2.2.2 传感器的参数设置 5

2.2.3 磁场检测方法 6

2.3 系统整体构架 7

2.3.1 系统各模块的主要功能 7

2.3.2 系统整体构成框架图 7

3 硬件电路设计 9

3.1 单片机控制模块 9

3.1.1 控制芯片的选择 9

3.1.2 控制器核心模块设计 10

3.2 电源管理模块 11

3.3 信号采集处理模块 12

3.3.1 电磁信号检测过程 12

3.3.2 AD转换模块 14

4 软件系统设计 16

4.1 软件设计分析 16

4.1.1 编程语言 16

4.1.2 程序流程 16

4.2 软件设计 17

4.2.1 FTM 模块 18

4.3 控制算法 21

4.3.1 传感器采集处理算法 21

4.3.2 模糊算法和卡尔曼滤波算法 21

4.3.3 路径识别算法 22

5 系统的调试 24

5.1 调试工具 24

5.2 智能车传感模块系统调试内容 24

5.2.1 最小系统输出PWM调试 24

5.2.2 上位机系统 25

5.2.3 传感器的调试 25

6 结论与展望 27

6.1 结论 27

6.2 对未来的展望 27

致 谢 29

参考文献 30

1 绪论

1.1 课题研究的背景

物流AGV小车是一种在指定的工作环境中沿着固定道路运行，具有机械化、智能化等优点的物流设备。通常用于仓库周围承担搬运工作，例如京东建设的“无人仓库”，AGV小车在其中扮演着工人的角色。在现代社会，人工成本的不断增加，导致物流成本越来越大。为了提高企业的生产力和生产质量，减少物流成本，AGV小车应运而生，它的出现解放了劳动力，使货物管理变得方便、快捷，具有能够实时掌控货物运输时的状态等诸多优点。AGV在现代工业生产和运输中的作用越来越大并且已经被广泛应用到各个行业。

仓库中的AGV小车都有自己固定的运行路线，小车能够按照要求把指定货物从一点运到另一点。仓库中的小车绝大多数是通过电磁导航来运行的，仓库会事先铺设好一条路线，由金属导线围成闭合回路，给该金属线圈通上电流，小车就是在这样的固定线路上行驶的。为了使货物能够迅速且安全地送到被指定了的地方，这需要精准的路径跟踪控制和算法进行偏差调整。但是小车周围的环境不够明确，这对算法和传感器的选择增加了难度。这些问题则通过设计优化电路，使小车能够忽略外围因素的影响。本文主要针对信息采集模块进行设计，它就像人的眼睛一样重要，是小车在道路上运行的前提和基础。围绕着几个关键技术问题展开研究，目的在于设计出一种可使小车行驶在仓库工作现场的电磁导航AGV系统^[1]。

1.2 国外AGV发展现状简介

1950年初，American Basrret设计并且制造了世界第一辆AGV小车，这台AGV是根据拖拉机而设计的，它车上带着车兜，能沿着空中的导线自动行走。从那以后，出现了许多种类的AGV小车，经过不断改进，终于可以应用到物流工作现场。除了Basrret公司之外，Webb、Clark等AGV公司也纷纷出现，欧洲的AGV技术也随之快速发展。在国际上，形成了统一的托盘的尺寸和结构等标准，这些标准进的制定为AGV走向世界奠定了基础。1990年，AGV导航技术获得突破，尤其是磁感应、激光感应等普遍用于仓库智能车的导航模块。随着科技发展，出现了各种各样的导航方式包括电磁导航、磁条导航、激光导航、惯性导航、GPS导航……在这几种导航方式当中，激光导航应用最多，这种导航在路径改变时，不需要改动地面或者停止运行，直接在控制端更改路线即可适应^[2]，它的导航精度比其他导航方式也较高。电磁导航则不同，它成本低，建设容易，被仓库广泛接受。随时间流动，国外发达国家也渐渐躁动起来，参加AGV研发的和使用者越来越多，AGV小车成为时代的宠儿，在各个领域都出现了它的身影。

1.3 国内AGV发展现状简介

和外国相比，我国对智能车的研究较晚，但自从发展以来都在飞速前行。慢慢的，电子商务行业越来越发达，物流随之壮大，AGV成为重点研究对象，在AGV领域投入的人力物力不断加大，经过许多投资商、电商、制造商和生产厂家的共同努力，我国的AGV事业取得了一定的成果，相关学院和研究机构对中国的AGV发展一起做出很大的贡献。1976年，北京重机研究所应用电磁感应技术制造出了国内第一台AGV小车，这台小车可实现固定小数点的通信；2007年，吉林大学通过研究蝙蝠、海豚发出的超声波来作为AGV车辆定位技术，采用一种高精度测量超声波传播时间的方法，这种测量方法作为导航方式成功解决了AGV车体之间通信信号干扰的问题。据统计，到2010年为止，我国已经在使用的AGV系统已经有160套左右，在运行的AGV约为4000台，这些智能车主要应用在烟草行业^[2]。为解决AGV核心部件问题，我国之前长期处于外购部件，使用他国技术，但是随着经济全球化发展，进口价格也在不断改变，但是，2010年云南昆船集团自主研发了AGV控制系统，目前昆明船舶设备集团提供的AGV解决方案已经在全国推广。只有精确的定位才能使小车完成指定任务，电磁导航使用电磁传感器凭借着对磁场的捕捉完成路径跟踪，以小车在磁场中的感应电压完成对小车偏差的处理。现在国内物流行业，因为工业自动化发展和制造行业的系统化发展，智能车被广泛运用到各个环节，它具有稳定、安全、可靠的特点，成为仓库这个大集团里的重要一员。预计在不久的将来，随着社会经济的快速发展，AGV的种类将多样化，功能更加丰富，中国智能制造会有翻天覆地的改变。

1.4 课题研究的目的和意义

在当代社会，顾客为了追求高质量的生活，对电商行业的需求也越来越大，而电商的需求则带动了物流行业的快速发展。为提高物流工作效率，降低企业物流成本，物流作业越来越趋向机械化，智能化。而自动化的仓库，自然少不了智能车，小车在仓库中扮演着主要劳动力的作用，它对仓库中的货物进行着掌控。仓库以前运用的磁导航小车还存在着许多问题，比如，在大忙期间小车运作缓慢，小车运送速度跟不上货物出库节奏；若增加下车的数量来提高货物出库速度的话，有可能会造成路线拥堵；小车与小车之间也存在着干扰，小车间的信号传递会干扰路径识别，两小车靠的过近也会造成小车信号采集时发生错误；在仓库智能车应用很多，但是不能普及。综上所述，小车信号采集模块还需要细细研究。