王天泽，袁尚青，陈德雯

（南京理工大学紫金学院，江苏南京，210046）

1 AGV特点

AGV采用STM32单片机作为控制核心，利用ZigBee进行路径追踪、躲避障碍、调转方向、自动变轨等功能信号检测。

有如下特点：（1）采用ZigBee技术引导，生产工序改变时，无需重新铺设铁轨，只要修改软件设定就可以改变运输车的运行轨迹。此方法简单，导向可靠，变轨成本近乎于无。（2）利用STM32设计的 AGV 智能车控制系统，整体运行速度快、操作便利、实时性好，适用于各种生产环境。（3）能够无线充电，从而实现自动巡航、自主归位充电的自动化功能，极大地减少了人工的操作。（4）本车连接车轮处使用采用轴承，避免了智能车长时间由于自身压力原因而导致变形，这样传动效能可以更加稳定，增加智能车的使用寿命。（5）样机容易控制，操控方便，行驶稳定，可靠性强，能在大多数的工业环境下完成运输物料的任务，受各因素影响的程度小，控制便捷。

2 设计方案

2.1 系统组成

本设计为基于ZigBee定位无线充电的AGV智能车。AGV智能车通过ZigBee定位建立空间坐标系，由主控串口发送指令，AGV在空间坐标系中实现自动巡航。当AGV电量不足时，智能车自动到达指定充电地点。从而实现AGV智能车的高度自动化工作。大幅提升AGV在各种应用场景的生产力。

系统以STM32为主控芯片,由ZigBee定位系统，无线充电系统组成。系统组成框图如图1所示。

系统以STM32为核心控制模块。由H桥驱动电路PWM控制实现对电机的控制，由CC2530通过IIC和主控机的通讯实现定位坐标系的建立。

图1 系统组成框图

2.2 方案优势

2.2.1 主控芯片

采用STM32单片机作为系统的核心控制器，控制行驶中的AGV，以达成期待的性能指标。单片机控制便捷、容易、可快速上手，且价格低廉并有很好的控制和可位寻址操作功能等优点。而使用PLC进行控制，虽然抗干扰能力较强,但尺寸大且成本相对较高。因此,选用STM32单片机作为主控芯片。

2.2.2 定位单元

本车采用ZigBee技术进行定位,下面比较几种常见的方案。

方案一：磁轨导航，先在规划路线的地面上贴上磁带，智能车就能根据磁带按照想要的路径进行移动。磁带上方会有磁场产生，智能车底部两端分别放置电磁传感器，这样在磁带的周围，就能通过电磁感应原理感应到磁场，最后控制器就可以控制智能车在规划的路径上运行，当它产生偏移或者要转向、变道时，两个磁感应器收到的磁场信号也会不同，系统则会通过自动控制系统来纠正行驶方向。它的优点在于设计简单、性能可靠、成本不高，缺点就是只能按照磁带所指示的行驶，而且磁带遭受外力容易受损，视觉观感也不好。

方案二：光传感器，一般常见的方案是采用可见光源+光敏电阻或者红外线发射接受管，其中前者方案简单但易受到外界光源的干扰。主要是因为光的反射程度，轨道的平坦度、材料的反射情况等物理因素都会影响探测能力。后者由于采用红外光，因此受可见光影响较小，但也同样需要在地上贴胶带来实现循迹。

方案三：使用ZigBee技术进行定位，采用ZigBee的定位主要是使用接收信号强度指示(RSSI)实现。智能车周边放置数个信号源，发射信号，信号源与智能车彼此间在网络模块的连接范围内，可以相互自动寻找，快速地形成一个相互联动的ZigBee网络。而且，由于AGV坐标的变化，彼此间的状态参数还会产生改变。因而，AGV还可以通过重新连接通信的信号源，确定相互之间的连接，重新刷新原有网络。优点是不需要在地上贴磁轨或者胶带，可以实现零成本变轨，缺点在于精度略低。

2.2.3 驱动模块

驱动模块部分,我们选用普通的直流电机。直流电机运行稳定，有着十分可靠的精度。直流电机调速性能好，调速范围宽。直流电动机在带有重负载时，能够实现均匀、平稳的无级调速，而且起动力矩大，调速范围较宽。而步进电机则是能够定位十分精确并能很好地控制方向。若使用步进电机作为控制用的特种电机，可以很好地对角度和距离控制。步进电机的不存在累积误差而只有周期性误差的特征，使其对于位置、转速等方面的控制用步进电机更好。但是其缺点是相对占用空间较大，转速缓慢，易失步，而且成本较高，操控复杂。直流电机的精度虽不比步进电机好，但其实也可以满足控制要求。使用直流电机作为电动车的驱动电机，不仅成本低，而且可实现无级调速，使智能车运行平稳。

2.2.4 无线充电部分

使用全桥串联谐振，即使没有达到谐振频率时，也能进行能量传递；并且可以通过更改谐振频率来控制功率的大小。而E类放大电路，对于电路特性要求比较高，同时要求工作在谐振状态，串联谐振特性受到负载的影响变化特别明显。因此我们采用全桥串联谐振方案。

2.3 软件设计框图

系统的软件代码的整体框图如图2所示。

图2 系统代码框图

图3 实物照片

图4 实物照片

3 结论

本车由STM32为主控芯片，由ZigBee定位系统，无线充电系统组成，经过测试，能实现大致按照想要的效果移动以及无线充电，最终的实物如图3、图4所示。本文以ZigBee定位和无线充电技术为基础，对AGV 智能车的设计进行了详细的论述。并结合机械部分的设计，开发了一台完整的三轮自动引导、充电智能车，在现场的应用表现良好，达到了预期的目标。采用单片机设计的循迹智能车控制系统，可以在智能车运行过程中调整运行速度，操作便利。试运行下来，该系统可控性好，性价比高，另外预留扩展接口，便于扩展以后如的GPS 导航等功能，实际使用价值较高。此外，若进行多台AGV的组网运行，定位应该会更为准确。