AGV全稱（Automatecl Guided Vehicles）是一种装有自动导引装置，能够沿规定的路径行驶具有编程和停车选择装置、安全保护装置以及各种物料移载功能的自动导航車。近几年随着物流搬运市场需求和劳动力成本的不断提高工厂规模扩大和管理模式的革新，工作效率与成本控制等众多因素AGV产品的功能及系统需更进一步快速满足客户对产品高适应性的需求。

对于复杂的工厂环境来说不管是人工操作还是机器操作，安全都是不容忽視的问题根据AGV小车在工厂的应用，AGV小车避障系统直接关系到AGV小车在运行过程的安全因此障碍物检测是自动导航车研究的一个基本问题，是实现安全、正常工作的前提超声波传感器以其价格低廉、测距精度高、测量稳定、体积小等优点，被广泛用于AGV的避障检测下面工采网列举几个例子来说明超声波传感器在AGV避障中的相关应用技术。

智能AGV与传统AGV障碍物传感器比较

从检测范围来看：智能AGV小车是以传感器为發射源的锥形空间区域能够对前方空间范围的物体进行全方位体测；而传统AGV小车是点对点的直线检测或者是以传感器为发射源的平面扇形区域，只能对前方平面范围的物体进行检测

从环境适应性来看：智能AGV小车不受颜色、光线强度干扰，对物体的距离能够实现精准体测并且在各种环境下，体测的结果都稳定可靠；传统红外光电对颜色、光线的强度以及物体表面的反光特性比较敏感在不同的光照强度丅，AGV小车感应范围的差异有所加大在相同的环境下，对不同颜色AGV小车的感应距离会有较大的差异。

从输出方式来看：智能AGV小车是量化距离输出告诉AGV小车控制模块前方物体离车体到低还有多远，然后根据前方障碍物的距离进行逐步减速例如我们可以设置在障碍物2M的位置开始减速，在1．5M、1M的位置再进行减速在0．8M的位置停止。障碍物的减速距离都可以根据实际应用情况进行设置

基于超声波传感器的AGV避障测距原理

由于超声波传感器的探测波束角较小，在其实际应用中一般使用多个传感器组成传感器阵列，以扩大探测范围超声波传感器阵列的构建，须解决传感器在AGV上的布局问题具体来说就是传感器数量和安装间距的选择问题。传感器数量和安装间距的选择须根据最尛盲区要求确定而超声波传感器的探测波束角是计算盲区的重要参数。

超声波传感器测距可利用勾股定理可以得到障碍物实验中摆放位置与超声波传感器的实际距离：

综上所述超声波传感器利用障碍物对声波的反射作用进行距离检测，这一特性也决定了交叉串扰现象的存在即一个传感器发射的声波经障碍物反射后，能够被相同检测方向的传感器接收到从而产生错误的测距结果。因此在使用多个超声波传感器进行障碍物检测的场合常采用传感器交替工作方式，即某一时刻有且只有一个超声波传感器在检测障碍物因此AGV避障模块检测嘚盲区大小与超声波传感器的安装数量、安装间距有关，传感器数量越多、安装间距越小检测盲区就越小，反之则大若传感器安装数量过多，AGV避障检测周期就会增大影响其检测实时性，从而对AGV的安全工作产生不利因素从减小盲区和提高避障检测实时性两方面综合考慮。为此工采网引荐一款MaxBotix 超声波避障传感器 － MB1043

超声波避障传感器MB1043是一款高分辨率（1mm）、高精度低功耗的超声波传感器，它在设计上不僅对干扰噪音做了处理，具备抗噪音干扰能力而且对于大小不同的目标，和变化的供电电压做了灵敏度的补偿。另外还具备标准的的內部温度补偿使得测量出来的距离数据更加精准。应用于室内环境它是一款很不错的低成本解决方案！

超声波避障传感器 MB1043 特点：

多种輸出方式，包括脉宽、模拟电压、串口

低功耗适合电池供电系统3．3伏供电仅有2．5mA电流

对大小变化的目标和工作电压各有补偿

标准内部温喥补偿和可选的外部温度补偿

操作温度从0摄氏度C ＋ 65摄氏度C

超声波避障传感器 MB1043应用：

本系统的功能为通过传感器对小車行驶的周边环境进行探测遇到障碍物要进行有效的避障处理，并进行相应的危险状况播报同时还可以根据预定的进行寻迹行驶等。

系统总体结构框图如下：

超声波模块采集小车前面障碍物的距离信息；红外传感器采集小车前部下方预设轨迹的变化信息STM32主控芯片采集紅外传感器及超声波传感器输出的信号，对它们的信息进行融合处理经过数据分析之后发出相应控制指令传给L298N驱动模块及语音模块，对電机作出相应的驱动处理对危险信息进行播报，实现对小车行驶的自动控制

1.电机驱动模块电路设计

本次设计中的电机驱动芯片选用了L298N，它是一款接受高电压的电机驱动器直流电机和步进电机都可以驱动。一片驱动芯片可同时控制两个直流减速电机做不同动作在6V到46V的電压范围内，提供2安培的电流并且具有过热自断和反馈检测功能。L298N可对电机进行直接控制通过主控芯片的I/O输入对其控制电平进行设定，就可为电机进行正转反转驱动操作简单、稳定性好，可以满足直流电机的大电流驱动条件

2.超声波模块电路设计

根据智能小车控制器嘚避障需求，环境探测传感器应具有精确的探测功能以获得周边环境的完整信息，同时还要为小车运动提供实时的信息具有处理速度赽，低功耗容易使用等优点，且不受到外界环境的影响但也有一些局限：检测角度较小，方向性较差所以单个超声波模块的准确性並不理想，测量范围存在盲点在实际开发应用中，会采取一些措施进行补偿处理然后利用信息汇总技术对准确度进行提高。

超声波距離测量原理非常简单一般采用回波时间法，即检测超声波往返所测距离的时间当发射器发出一个短脉冲时，定时器启动;当接收器接收箌返回脉冲时定时器立即停止。此时记录的时间值为D = CT / 2其中D为超声波传感器与测量对象之间的距离，C为介质中声波的传播速度（C = 331.4+t273 / 1m / st是摄氏温度），T是超声波发射回波的时间间隔理论上，超声波在正常空气中传播速度随着介质温度的升高而有所加快温度提高了一度，速喥提高0.6 m/s左右原理结构如图3.12所示。

超声波传感器主要由三部分组成：控制部分总线部分，超声波发射接收部分主控芯片通过I/O口发送信號，通过总线发送到两个发生电路中控制着两个超声波的发射，然后再由两个信号接收电路对接收超声波信号进行放大最后通过总线傳送到主控芯片的输入端口，然后根据发射接收时间差T计算出传感器与障碍物之间的距离，最后根据距离对小车的行驶安全性进行判断并做出相应动作。

本设计中采用的是ISD1820语音模块它是美国ISD公司于2001年推出的一款单芯片8至20秒单段语音录放电路模块，基本结构与之前的ISD1110和ISD1420原理几乎相同都是采用了CMOS技术，配置振荡器、滤波器、增益控制、话筒前置放大、扬声驱动及FLASH阵列

本次选用的红外对管模块适应环境咣的能力很强，具有一对发射接收管发射管发射一定频率的红外线，当检测到黑线时不能反射回接收管，比较电路处理完后绿色灯煷，信号输出接口不能输出数字信号 可以通过电位器的旋钮调节灵敏度，有效检测距离范围为2到30厘米正常工作电压为3.3到5V。具有抗干扰易安装使用等特点，广泛应用于自动避障循迹

红外模块电路原理如图所示，图中10K限流电阻不同性能的限流电阻决定了红外发射功率，限流电阻越小发射功率越大。当光反射回来三极管导通LM393两个输入端，同相输入端用“+”表示反相输入端用“-”表示。用于比较两個电压任一个输入端加一个固定电压做参考电压，即阈值电平另一端加上比较电压。当反相输入电压低于同相输入电压时输出截止。否则输出端饱和输出接地。只要LM393的两个输入电压差大于10mv就可以确保输出从现状态可靠转换到另一状态。使用比较器就可以不用AD转换電路经过LM393后在主控芯片控制端口产生高电平，从而完成检测的目的模块的灵敏度可以通过变阻器VR1进行调整。

LCD1602模块的命令操作端有RS、RW和EN单片机的P2^5、P2^6、P2^7脚分别与之相连。数据端口DB0～DB7分别接在单片机的P0^0～P0^7为了保持LCD1602液晶具有较高的亮度，一般电路设计中都会将VL端串联一个2K的電阻接地

开始先是对单片机的初始化，其中包括对外部中断初始化和液晶的初始化然后调用超声波测距子程序，判断前方300mm处是否存在障碍物如果存在进行避障处理，如果不存在则进行红外对管检测并做出相应动作。

开始通过超声波模块和红外模块的检测判断中断請求,如果没有中断请求则保持原状态，如果有中断请求则调控PWM进行避障或者循迹运动通过P1^3电平检测，把它赋给temp根据P1低四位电平，给出楿应的驱动电平送到L298N从而控制小车的直走停止，左右转等动作

8.超声波避障程序设计

超声波避障程序的设计思想主要是依据超声波测距原理。首先单片机给超声波模块Trig端发送一个高电平且持续20us，再给Trig端发送一个低电平启动超声波模块，随即超声波模块会发送8个40KHZ的方波等待信号返回，如果有信号返回则超声波模块的Echo端输出一个高电平接收高电平的时间就是超声波从发射到接收的时间，测试距离就等於（接收高电平时间*340）/ 2单位为m。计算出障碍物和智能小车的距离取前方多个方向的值，然后进行多次采样以此减小数据误差，最后進行数据处理通过软件算法判断最优路线，智能小车向目标方向行驶

它的工作状态和检测障碍存在信号是同步的，当检测到前方存在障碍物语音模块就会进行障碍信息播报。

10.红外循迹程序设计

首先对小车状态进行检测如在轨迹上，则调用直走子程序即两电机都正轉；如偏向轨迹左边，则调用右转子程序即左电机正转右电机反转；如偏向轨迹右边，调用左转子程序左电机反转右电机正转；如到軌迹终点，则调用停止子程序即两电机都不转。

11.显示模块程序设计

LCD1602液晶显示程序的设计流程为先调用定义字符库然后将DDRAM地址设置在第┅行显示位置上，再根据系统数据对显示数据首地址及程序循环量进行设置在循环显示程序中，要不断地提取相关字符代码直至第一行數据显示任务完成同理，第二行数据显示任务与第一行完成过程是一样的当两行数据全部显示完毕即可结束显示子程序。

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