趙瑞玲 陳朝春

1 引言

民爆器材行業(yè)被稱為“能源工業(yè)的能源，基礎(chǔ)工業(yè)的基礎(chǔ)”，因此民爆器材行業(yè)在國民經(jīng)濟發(fā)展中具有重要作用。而在生產(chǎn)過程中，我國大多數(shù)民爆器材生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)原料和成品仍采用人工運輸方式，工作人員勞動強度大，生產(chǎn)效率低，安全性差。為了提高生產(chǎn)效率，保證工作人員安全，實現(xiàn)危險工序無人操作，采用自動運料小車來運輸生產(chǎn)原料和成品。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

自動運料小車由防爆車體、載貨箱、光電開關(guān)、接近開關(guān)、警示燈、控制器、蓄電池等構(gòu)成，該控制系統(tǒng)的采樣周期是4.5ms，能夠滿足小車整體實時性的要求，其側(cè)面框圖結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 運料小車側(cè)面框圖結(jié)構(gòu)

運料小車采用四輪驅(qū)動方式，結(jié)構(gòu)為兩個直流電機驅(qū)動轉(zhuǎn)向機構(gòu)，如圖2所示。運行過程中，四個驅(qū)動電機總是處于工作狀態(tài)，便于小車負重運行，提高了工作效率。兩個轉(zhuǎn)向機構(gòu)采用斜齒輪相嚙合連桿傳動，該機構(gòu)能夠改變力的傳動方向，實現(xiàn)兩兩驅(qū)動輪同時同方向的轉(zhuǎn)向，控制結(jié)構(gòu)簡單。而且直流電機具有優(yōu)良的速度控制性能，實現(xiàn)了高速運行的平穩(wěn)性、穩(wěn)定性和沿曲線移動的靈活性。

圖2 運料小車結(jié)構(gòu)圖

2.2 小車工作過程

運料小車能夠沿著導(dǎo)引線自主前行，它是通過車頭與車尾底部橫向排列的4個光電開關(guān)檢測導(dǎo)引線，再發(fā)送信號到控制器?？刂破鲗z測信號進行處理，并控制直流電機校正偏移量，從而實現(xiàn)巡導(dǎo)引線行走。

巡導(dǎo)引線時如圖3所示[1]，黑色小圓圈表示光電開關(guān)，共有4個，車體前后各兩個，橢圓表示接近開關(guān)，共有兩個，車體前后各1個，當光電開關(guān)在導(dǎo)引線上時是低電平，給出0信號，不在導(dǎo)引線上時是高電平，給出1信號。

圖3 小車巡導(dǎo)引線示意圖

當運料小車自主向右（X1方向）前行時，接近開關(guān)S2作為小車停止控制信號，光電開關(guān)G3和G4起到巡導(dǎo)引線的作用，當小車處于 C狀態(tài)時信號為（1，0），表示小車向左偏了，轉(zhuǎn)向電機就向順時針方向轉(zhuǎn)動，至光電開關(guān)G3狀態(tài)為0時止；B狀態(tài)時信號為（0，1），表示小車向右偏了，轉(zhuǎn)向電機就向逆時針方向轉(zhuǎn)動，至G4光電開關(guān)狀態(tài)為0時為止；A狀態(tài)時信號為（0，0），表示小車在正確位置上，轉(zhuǎn)向電機不工作，小車保持直行。如此實時糾偏，保證小車始終沿正確軌道前進。

同樣，運料小車自主向左（X0方向）前行時，接近開關(guān) S1作為小車停止控制信號，光電開關(guān) G1和G2起到巡導(dǎo)引線的作用。

3 系統(tǒng)電路的設(shè)計

光電開關(guān)配以外圍電路可以實現(xiàn)識別導(dǎo)引線的功能，光電傳感器與控制器的連接框圖如圖4所示[1]。光電傳感器將導(dǎo)引線存在的信號和電位器的信號，經(jīng)比較器后輸出電平信號給控制器，但這種電路穩(wěn)定性差，識別精度不高。

圖4 光電開關(guān)與控制器的連接框圖

其電路圖如圖5所示[2]。當檢測到導(dǎo)引線，比較器的輸出LM324是低電平，其他輸出是高電平，通過高低電平電壓不同輸出，把該信息交給控制器判斷處理，指揮下一步的運行方向，從而達到巡導(dǎo)引線的功能。

圖5 光電開關(guān)電路圖

小車驅(qū)動電機的控制是通過控制器來實現(xiàn)的，而控制器輸出的信號是一個低壓信號，不能直接驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)動，因此需要運用共射極放大電路來驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，其驅(qū)動電路圖如圖6所示。

圖6 電機的驅(qū)動電路

4 軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件主要由傳感器檢測和電機控制處理程序，控制運料小車自主運行。程序在運行過程中，不斷查詢外部傳感器信號，并對所采集的信號進行判斷處理，其程序框圖如圖7 所示[3,4]。

圖7 程序框圖

控制程序不斷實時讀取傳感器的值，并進行判斷，將相應(yīng)的電機控制信號輸出，最終控制電機驅(qū)動電路來驅(qū)動電機進行轉(zhuǎn)動，該自動運料小車設(shè)計簡單，易于實現(xiàn)。

5 總結(jié)

2010年3月，調(diào)試時采用光電判斷器克服了外界光線干擾，而且選用鋰電池作為電源克服了電源使用時間不長和壽命的問題，并將調(diào)試完的火工品運料小車進行試驗運行，其具備自動巡線運行功能，但小車運行的可靠性與穩(wěn)定性有待進一步提高。

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[3] 肖立,佟仕忠,丁啟敏等.基于 PIC單片機控制的智能巡線小車[J].中國儀器儀表,2005,3:95-96

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