基于CAN总线的模块化AGV测试平台的设计

上海交通大学

硕士学位论文

基于CAN总线的模块化AGV测试平台的设计

姓名：陆朝红

申请学位级别：硕士

专业：机械设计及理论

指导教师：王冰

2003.2.1

上海交通大学硕士学位论文摘要

摘要

本文根据国内外自动导向车（AGV，Automated Guided Vehicle）技术发展状况，结合相关的控制电子技术的应用，提出并设计了一种功能模块化的AGV控制系统测试平台。该测试平台，将现场总线CAN（Controller Area Network）技术应用于系统的控制信号传输。通过该测试平台，可验证各种总线信号传输控制方式，并据此提出了一种较为合理的导引信号传输协议方案。该AGV试验平台采用电磁导引方式的舵轮型结构，车载主控制模块采用了PC104的CPU模块，配置了PC104总线的双CAN模块，主控模块通过CAN总线与其他车载模块系统进行通信并执行运行控制。

在设计该测试平台中主要涉及两个主要任务，一为硬件设计，二为软件编程。设计展开之前，根据实际硬件配置和机械结构，建立了一个舵轮型AGV运动学仿真系统，对AGV 控制方式进行了仿真测试。仿真结果从一个侧面反映了AGV导向和驱动系统配置的合理性及实现的可能性，并对实际设计提出了参考建议。

在硬件设计中，主要针对AGV系统的地面及车载控制系统的特点进行功能划分，对模块化后的主要功能模块进行设计测试，其中包括通用CAN总线接口电路的设计、地面导引信号源模块的设计、AGV车载选频放大电路模块的设计、控制驱动模块的设计、通用输入/输出模块的设计、超声测距模块的设计。根据各模块的功能特点，选择相应的器件。

在软件编程部分，在搭建好相关数据格式和协议的基础上，主要针对各模块的功能和通信方式进行底层的软件设计编写及功能测试。在各模块中大多使用了MCS51系列的单片机进行外围的功能扩展，每个模块都提供了测试程序。由于CAN总线的特点，在软件上也实现模块化，方便了编制和调试。

通过该AGV测试平台，可明确地对各功能模块进行定义，直观地看到各模块在系统中的使用情况，从而判断各模块中嵌入式程序的合理性，对模块的功能改进设计也更加明确。就整个系统而言，从地面系统到车载系统，基本实现了模块化、数字化，给测试和验证带来了便捷。该平台也给其他导引形式的AGV提供了一个初步的测试框架。

关键词：自动导向小车，CAN总线，模块化，嵌入式系统

I

上海交通大学硕士学位论文摘要

ABSTRACT

In this paper, a modularized AGV’s (Automated Guided Vehicle’s) control system and test platform was proposed and designed after study of the internal and external technologies applied in AGV. This Platform was based on CAN (Controller Area Network) bus, and the control signal was designed to be transmitted through the CAN bus. With this platform, which was a steering and wire-guided AGV, various modes of signal transmission could be tested and verified. A simple while reasonable transport protocol for the guiding signal was proposed and examined with the CAN bus. A PC104/CPU module and a PC104 module with dual-CAN ports were adopted as the vehicular host controller.

The main task during the design concerned with two parts: hardware design and software program. Before the main task, a simulation system for the guiding control of the steering AGV was designed and tested. The result of the simulation indicated that the guiding and driving configuration of the AGV is feasible.

The first step for the hardware design was to divide and define the functional modules for the AGV system accordingly, after then was the detail design which included the general CAN module, the ground-based guiding wave generator, the vehicular frequency selecting amplifier, the drive control module, the general I/O module and the ultrasonic ranger, etc. Each module’s interface was designed correspondingly.

The software was programmed after the data format and protocol were constructed. Each module was supplied with a functional test program. MCS51 MCU was choosed as the embedded controller of the most of the modules’. CAN’s characteristic brought many conveniences to the modularization of programming.

With this platform, all modules could be clearly defined and give illustrative results to show that how modules were working and how each embedded program could be more rational, thus the functional modules could be improved and redesigned. As for the AGV test platform designed in this thesis, the elementary modules were modularized and digitized which gives facilities to the consequent tests. Further, this platform has constructed a structure for the AGVS with other guiding styles.

Key words: Automated Guided Vehicle，CAN BUS，Modularization，Embedded System

II

上海交通大学

学位论文原创性声明

本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。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结果由本人承担。

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日期：年月日

上海交通大学

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本学位论文属于

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学位论文作者签名：指导教师签名：

日期：年月日日期：年月日

上海交通大学硕士学位论文第一章绪论总第１页

第一章绪论

在现代生产制造过程中，物流与生产同时产生，并随着加工技术的提高，加工在这个生产过程中比重的下降而物流逐渐为人们重视。自1954年美国制造首辆感应式自动导向车（AGV，Automated Guided Vehicle）以来，柔性自动化物流就随着自动化技术、微处理器技术以及伺服驱动技术的发展应用而处于不断的发展之中，AGV作为其中的关键环节越来越得到广泛的应用和发展[1]。

1.1 AGV的应用和发展

自动导向车是近年迅速发展起来的一种物料输送设备，它装备有自动导向系统，不需人工操作就能沿预定路线行驶，具有自动移载功能和充分的安全保护。它与地面计算机控制系统等综合一起，就能够构成一个对生产物流在规定范围内的自由调度和流动，便于整个系统的集成和优化，并能进一步实现智能化控制，是现代物流系统中的关键设备[2][3]。

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