AGV控制板卡的设计毕业设计论文.docx

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AGV控制板卡的设计毕业设计论文

TAIYUANUNIVERSITYOFSCIENCE&TECHNOLOGY

毕业设计（论文）

题目：

AGV控制板卡的设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

太原科技大学毕业设计（论文）任务书

学院（直属系）：

电子信息工程学院时间：

2011年3月15日

学生姓名

指导教师

设计（论文）题目

AGV控制板卡的设计

主要研

究内容

1、了解AGV控制系统的结构

2、掌握单片机原理及应用

3、掌握模拟滤波和数字滤波

4、学习C语言编程

5、了解单片机硬件、软件的设计方法

研究方法

理论分析、硬件设计、软件设计、系统调试

主要技术指标（或研究目标）

1、设计一个单片机信号采集卡

2、16路模拟量输入信号、带隔离放大

3、8路模拟输入信号、带多路转换、光电隔离

4、设计LED数码动态显示电路，用于指示各回路的工作状态

5、编制相关的应用程序

教研室

意见

教研室主任（专业负责人）签字：

年月日

AGV控制板卡的设计

电子信息工程学院电气071501高志伟指导教师：

刘红兵

摘要：

文中介绍了AGV的发展简史、前景、应用现状，结构组成和数据采集板卡控制系统的分类和应用,主要元器件的选取,重点讲述了单片机的选取,系统设计包括系统原理设计，PCB原理图设计，仿真设计，调试和程序编程。

最后对系统进行了分析。

关键词：

板卡；STC89C52单片机；数据采集；PCB；C语言

TheDesignofAGVControlBoard

CollegeofelectronicsandinformationengineeringElectricalMajor071501ZhiweiGao

Director:

HongbingLiu

Abstract：

ThispaperintroducesAGV’sbriefdevelopmenthistory,theprospects,applicationandthestructurecomponents.Italsodiscussestheclassificationandtheapplicationofdataacquisitionboards,andtheselectionofmaincomponents,highlightingtheselectionoftheMCU.Thesystemdesignincludesthesystemprincipledesign,thePCBprinciplediagramdesign,thesimulationdesign,debuggingandprogramming.Atlastthethesismakesananalysisofthesystem.

Keywords:

board;STC89C52MCU;Dataacquisition;PCB;Clanguage

第1章绪论

内容提要:

本章介绍本论文研究的重要意义，综述自动导引小车的基本概念、组成及其发展简史、应用现状和前景，并分析目前自动导引小车的主要引导方式、关键技术，在此基础提出了本论文的研究内容。

1.1论文研究的背景及意义

21世纪制造业将进入一个新阶段，敏捷制造将成为企业的主导模式。

能否抓住市场机遇开发出新产品将是企业赢得竞争的主要手段。

要减小生产成本对生产批量的依赖，就要发展敏捷制造装备。

繁重制造装各的可编程、可重组和快速响应能力使得在进行小批量生产时，可实现接近中、大批量生产的效率。

由于机器人具有自主规划、可编程、可协调作业和基于传感器控制等特点，它将成为可重组的敏捷制造生产装备及系统的重要组成部分，为传统制造企业向敏捷制造企业跨越发展提供重要的技术支持。

自动导向小车（（AutomatedGuidedVehicle简称AGV）是移动机器人的一种，是现代制造企业物流系统中的重要设备，主要用来储运各类物料，为系统柔性化、集成化、高效运行提供了重要保证。

AGV以轮式移动为特征，较之步行、爬行或其它非轮式的移动机器人具有行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势。

与物料输送中常用的其他设备相比，AGV的活动区域无需铺设轨道、支座架等固定装置，不受场地、道路和空间的限制。

在以往的生产线上，导向式AGV是人们经常采用的方式，有激光式、声波式、磁导引式等方法。

这些方法都需要预先规划好AGV的运行路线，而且生产车间的装置不能随意移动。

随着生产车间智能化的提高，导向式AGV明显降低了AGV的柔性。

因此，非导向式AGV将成为敏捷制造物流系统中的主要选择。

在非导向式AGV系统中，AGV的运行路径不需要由附加设备决定，而且当车间的布局变化后，只要及时改变规划系统的软件参数即可满足路径规划要求。

资料显示:

在产品生产的整个过程中，仅仅有5%的时间是用于加工和制造，剩余的95%都用于储存、装卸、等待加工和输送:

在美国，直接劳动成本所占比例不足生产成本的10%，且这一比例还在不断下降，而储存、运输所占的费用却占生产成本的40%.因此，目前世界各工业强国普遍把改造物流结构、降低物流成本作为企业在竞争中取胜的重要措施，为适应现代生产的需要，物流正在向着现代化的方向发展。

自动导引小车AGV适应性好、柔性程度高、可靠性好、可实现生产和搬运功能的集成化和自动化，在各国的许多行业都得到广泛的应用。

AGV从发明至今,其种类和形式变得多种多样,其应用领域也不断扩展。

AGV作为一种成熟的技术和产品,对企业提高生产效率、降低成本、提高产品质量、提高企业的生产管理水平起到了显著的作用。

目前，在我国某些汽车、烟草行业，AGV已投入使用，并取得了良好的经济效益。

但从使用形式来看，大都采用属于固定路径导向范畴的电磁导引AGV，无固定路径自主导向的AGV由于诸多问题未能完全解决，还没有达到实用。

AGV在我国的应用中突出的问题是:

第一,应用普及率低;第二,科技含量较低;第三,AGV价格居高不下,使用成本大。

1.2自动导引小车的定义及特点

根据美国物流协会定义，AGV是指装备有电磁或光学自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有小车编程与停车选择装置、安全保护以及各种移载功能的运输小车。

AGV是以电池为动力、装有非接触导向装置，独立寻址系统的无人驾驶自动运输车。

AGV是自动导引车系统，它由若干辆沿导引路径行驶，独立运行的AGV组成。

AGV在计算机的交通管制下有条不紊地运行，并通过物流系统软件而集成于整个工厂的生产监控与管理系统中。

应用AGV具有很多特点:

（1）AGV可十分方便地与其它物流系统实现自动连接，如AS/RS（通过出从库台）、各种缓冲站、升降机和机器人等；实现在工作站之间对物料进行跟踪;对输送进行确认；按计划输送物料并有执行检查记录:

与生产线和库存管理系统进行在线连接以向工厂管理系统提供实时信息。

（2）采用AGV由于人工检取与堆置物料的劳动力减少，操作人员无需为跟踪物料而进行大量的报表土作，因而显著提高劳动生产率。

另外，非直接劳动力如物料仓库会计员、发料员以及运货车调度员的工作的减少甚至完全取消又进一步减低了成本。

（3）AGV运输物料时，很少有产品或生产设备的损坏，这是因为AGV按固定路径行驶，不易与加工设备和其他障碍物碰撞。

（4）绝大多数AGV的使用者均证明，2到3年从经济上均能收回AGV的投资成本。

（5）AGV通过安装在地面之下的电缆或其他不构成障碍的地面导引物，其通道必要时可作其他用处。

（6）系统具有极高的可靠性。

AG由若干台小车组成，当一台小车需要维修时，其它小车的生产率不受影响并保持高度的系统可利用性。

（7）节约能源与保护环境。

AGV的充电和驱动系统耗能少，能量利用率高，噪音极低对制造和仓储环境没有不良影响。

1.3AGV的导引方式

AGV按照不同的导引方式可以划分为:

激光导引，电磁导引，磁条导引，惯性导引，GPS导引等。

（1）激光导引

在AGV行驶路径周围预先垂直设置好一系列反光板，AGV上装的激光扫描器不断扫描周围环境，当扫描到反光板时，扫描器就能感知。

只要扫描到三个以上的反光板，就可以根据反光板的坐标值以及各反光板的法线和纵向轴的夹角，由控制器计算出AGV当前的全局坐标系中的坐标，以及行驶方向与X轴的夹角，达到准确定位和定向。

该种方式的优点是投入使用简单，容易扩充，灵活性好，并且提供了任意路径规划的可能性，适用于室内外场地，不受气候的影响。

激光导引原理：

1.AGV的初始位置计算

AGV小车停止不动；激光扫描器至少可测得4条光束，即至少“看到”4条反射板；已知所有反射板的精确位置（X,Y）。

2.AGV的连续位置计算

根据运动模型估算小车的当前位置；根据估算的新位置关联反射板；根据关联的反射板修正自身位置，据此修正AGV下一步动作。

（2）电磁导引

在AGV要行驶的路线地而之下，预先理设好导引线。

当给导引线通以一定频率的交流电流后，在导引线周围产生交变电磁场。

AGV上的探测线圈就能够检测此电磁场并使AGV沿着导引线方向运动。

当探测线圈偏离导引线时，两个线圈中的感应电压就有差异，车载控制系统就能根据电压差驱动转向电机，使AGV回到正确的路径上。

（3）磁条导引

这种方式和电磁导引比较类似，只是把导引线换成磁条，在两个探测线圈之外多加了个激励线圈。

因为磁条的磁场是不变的，探测线圈中不能自动感应出电压。

（4）惯性导航

AGV上装有陀螺仪，小车在行驶时有个基准方位，用陀螺仪测量加速度，并将陀螺仪的坐标值和加速度换算成AGV当前的坐标和方向，将它们和规定的路线相比较。

当AGV偏离规定路径时，测得的加速度值和规定值就有一个矢量差，对这个差进行二次积分就能得到偏差值，并作为纠正小车行驶方向的依据。

（5）GPS（全球定位系统）导航

通过卫星对非固定路面系统中的控制对象进行跟踪和导航，目前此项技术还在发展和完善，通常用于室外远距离的跟踪和导航，其精度取决于卫星在空中的定点水平及控制对象周围环境等因索。

1.4自动导引小车的发展简史

世界上第一台AGV是由美国Barrett电子公司于20世纪50年代开发成功的，它是一种牵引式小车系统，小车跟随一条钢丝索导引的路径行驶，并具有一个以真空管技术为基础的控制器。

到了60年代和70年代初，除Barrett公司以外，Webb和Clark公司在AGV市场中也占有相当的份额。

在这个时期，欧洲的AGV技术发展较快，这是由于欧洲公司已经对托盘的尺寸与结构进行了标准化，统一尺寸的托盘搬运促进了AGV的发展。

欧洲的主要制造厂家有Schindler-Digitron,Wagner,HJC,ACS,BT,CFC,FATA,Saxby,Denford和Bleehert等。

70年代中期，欧洲约装备了520个AGV系统，共有4800台小车，1985年发展到10000台左右，为美、欧、日之首。

其应用领域分布为:

汽车工业（57，柔性制造系统FMS（8）和柔性装配系统FAS（44%）,欧洲的AGV技术80年代初通过在美国的欧洲公司以许可证与合资经营的方式转移到美国。

芝加哥的分发中心从欧洲引进直接由计算机控制的AGV,1981年John公司将AGV连接到AS/RS以提供在制造过程中物料自动输送和跟踪.1984年，通用汽车公司成为AGV的最大用户，1986年己达1407台（包括牵引式小车。

叉车小车和单元装载小车），1987年又新增加1662台。

美国各公司在欧洲技术的基础上将AGV发展到更为先进的水平。

他们采用更先进的计算机控制系统（可联网于FMS或CIMS）,运输量更人，移载时间更短，具有在线充电功能，以便24小时运行，小车和控制器可靠性更高。

此时美国的AGV生产厂商从23家（1983年）骤增至74家（1985年）。

日本的第一家AGV工厂于1966年由一家运输设备供应厂与美国的Webb公司合资开设。

到1988年，日本AGV制造厂已达20多家，如大福、Fanuc公司、Murata（村田）公司等。

到1986年，日本累计安装了2312个AGV,拥有5032台AGV。

我国AGV发展历史较短。

北京起重运输机械研究所、中国邮政科学研究规划院、中国科学院沈阳自动化所、人连组合机床研究所、清华大学、国防科技大学和华东工学院都在进行不同类型的AGV的研制并小批量投入生产。

1975年北京起重运输机械研究所完成我国第一台电磁导引定点通信的AGV,1989年北京邮政科学研究规划院完成我国第一台双向无信电通信的AGV。

该院已能进行AGV的批量生产，已生产的和正在制造的AGV达23台（截止于1996年）。

沈阳自动化所在AGV技术方面已取得了多项研究开发成果和专利，解决了AGV车体设计、控制、导航和高度管理等一系列关键技术问题，形成了装配型AGV和搬运型AGV两大系列产品，成为国内唯一能够提供自主品牌AGV产品的单位。

其产品性能国内领先，达到国际先进水平，井于19%年度将搬运型AGV系统技术出口韩国三星公司，实现了高技术出口。

沈阳自动化所为沈阳金杯汽车厂生产了六台AGV，用于装配线上，可以说是汽车土_业中用得较成功的AGV。

以上的AGV均为固定路径导引方式。

清华大学独立研制的“自由路径自动导向AGV”属无固定路径导引的类型，在路径跟踪研究方面具有较高的水平。

我国越来越多的工厂，科研机构已采用AGV为汽车装配、邮政报刊分拣输送、大型军械仓库、自动化仓储系统服务。

如:

上海金山化工厂、华宝空调器厂、哈尔滨飞机制造厂、上海新车站邮政枢纽等，所采用的AGV既有国外引进也有国产的。

80年代，AGV就已进入我国市场，今后必将得到迅速发展和普及应用。

这不仅是现代工业迅速发展的需要，更主要是AGV本身所独具有的优越性所决定的。

AGV自动导向车系统，是伴随着柔性装配系统、计算机集成制造系统以及白动化立体仓库产业发展起来的，是物流系统中革命性的换代产品。

作为一种高效物流输送设备和工厂自动化的理想手段，随着经济的发展，在我国AGV的应用领域必将越来越大。

1.5自动导引小车的应用现状

由于AGV具有机能集中、地上系统简单、施工和系统构成容易等优点，因此，广泛地应用在机械加工、汽车制造、港口货运、电子产品装配、造纸、发电厂、电子行业的超净车间等诸多行业。

其运行速度可达到百米/分钟，运输能力可以从几千克到儿十吨。

AGV是一种非常有前途的物流输送设备，尤其在柔性制造系统（FMS）和柔性装配系统（FAS）中被认为是最有效的物料运输设备。

随着电子和控制技术的发展，AGV的技术也在不断进步，正在朝着性能更优越、更廉价、自由度更高、超大型化和微型化方向发展。

其应用领域也在不断扩展。

这种十几年前只是用作工厂内的物流输送设各，现在己经不仅仅局限于工厂之内，成功地应用到办公室、饭店、医院和超级市场等诸多部门，并且取得了很好的效果。

AGV的应用领域主要在制造业，在重型机械及部分非制造业中也有应用。

AGV在制造业中主要用于物料分发、装配和加工制造二个方面[411。

其中装配作业中AGV用量最大，而汽车工业又是AGV的应用大户。

美国通用汽车公司90%的AGV用于汽车装配线，西欧各国用于汽车装配的AGV占整个AGV数量的57Yo。

物料分发主要是指生产工序间的物料移送和仓库作业中的物料移送。

随着电子工业的进一步发展，电子工业中AGV的使用极具市场潜力。

其原因在于消费者需求的变化日益加快，生产系统必须适应市场的变化要求，其中FMS（柔性制造系统）即为以灵活的生产方式适应市场变化的制造方式，对于FMS来说，各加工单元之间的中（小）批量元器件的送发效率要求极高，而AGV能提供柔性最好的输送，AGV可以很方便地对AGV的输送工艺路线进行编程，使之按要求的路

径和方式到达装配线的指定位置。

在净化室中，AGV更可大显身手，它可满足净化要求极高的操作。

在重型机械行业中，AGV主要用来运送模具和原材料（如成卷带钢等）。

因而AGV要求承载量人，通常为2.22-4.5t,最大者可达6.3t。

配备了功率较大的移藏装置也是这类AGV的特点。

在AGV上配备大型机器人用以对大型金属构件进行喷漆（如机骨架的喷漆）是AGV在大型行业中的应用之一

在非制造业中，AGV的应用越来越普遍。

现代化的庆院安装AGV系统，把取样从门诊部自动运送到中央化验室;把药物、医疗用品、食品、衣着用品从中央物料管理中心输送到医院的各个部门。

邮政部门也广泛采用AGV，如将邮件进台区的邮件输送到处理区，将处理区的邮件输送到邮件出台区。

为了加大运输量，使用了牵引式AGV系统，一次可以牵引多台邮件车。

大型的办公大楼也开始安装AGV系统，用以运送邮件、电文和包裹到各个分区部门。

宾馆采用AGV把食品从厨房运送到客房。

AGV也可作为机器人的“脚”，使机器人可在更大范围内自动完成作业，如在AGV上配各机器人用于光整水泥地面。

在具有核辐射危险的地方，常使用AGV机器人用于核材料的搬运。

1．6AGV的关键技术及本论文的研究内容

1.6.1自动导引小车的关键技术

为使自动导引小车成功地完成一项任务，最主要的是如何使小车在复杂的环境中以较小的代价到达目的地。

这就涉及到如下几个问题的解决，即：

（1）如何从环境中得到自动导引小车周围的障碍物信息及其它相关信息；

（2）如何根据内部及外部传感器来回答小车当前处于环境中的什么位置；

（3）如何根据小车的当前位置和当前信息确定行动策略；

（4）如何产生合适的驱动信号使小车运动在预定的轨迹上。

这四个问题的解决对于在实时环境中运动的小乍来说是缺一不可的，与此相对应的技术即为传感器技术、自定位技术、规划决策技术和运动控制技术。

1.6.2本论文研究的主要内容:

（1）激光导引AGV模型的总体结构设计。

（2）激光导引AGV的总体结构分析。

1.7本章小结

本章介绍了本论文研究的重要意义，综述了自动导引小车的基本概念、组成及其它的发展简史和应用现状和前景，并分析目前自动导引小车的主要引导方