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      基于Petri網(wǎng)的電磁循跡小車控制程序建模

      2019-11-06 06:24:49鄧雪峰董文嫘馮靈清柏元利
      物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 2019年9期
      關(guān)鍵詞:Petri網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)程序設(shè)計(jì)

      鄧雪峰 董文嫘 馮靈清 柏元利

      摘 要:電磁循跡小車是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物。電磁循跡小車的控制程序設(shè)計(jì)是電磁循跡小車正確行駛的關(guān)鍵因素,為了保證控制程序的正確性,采用了Petri網(wǎng)對(duì)電磁循跡小車的控制程序進(jìn)行建模,并利用可達(dá)圖對(duì)模型進(jìn)行了特性分析。結(jié)果表明,利用Petri網(wǎng)對(duì)控制程序進(jìn)行建模可以保證控制程序的控制邏輯設(shè)計(jì)正確,提升電磁循跡小車設(shè)計(jì)的可靠性。

      關(guān)鍵詞:電磁循跡小車;程序設(shè)計(jì);Petri網(wǎng);程序建模;物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);電磁感應(yīng)技術(shù)

      中圖分類號(hào):TP311.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):2095-1302(2019)09-00-02

      0 引 言

      隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與工業(yè)、物流等領(lǐng)域的深度融合,智能的小車可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)地按照指定的路線行進(jìn),這給生產(chǎn)過程和日常生活都帶來了極大的便利[1-3]。因此智能循跡小車的研究一直以來也是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)問題。當(dāng)前的技術(shù)背景下,采用電磁感應(yīng)為主要感應(yīng)技術(shù)的循跡小車在許多應(yīng)用中由于感應(yīng)技術(shù)比較成熟,已經(jīng)被廣泛的采用[4-6]。

      在智能小車的循跡設(shè)計(jì)中,一般采用高速的單片機(jī)作為小車的主要控制核心,此單片機(jī)完成小車的智能控制,包括循跡、速度控制等操作。由于核心控制部分同時(shí)完成多種功能的控制,其設(shè)計(jì)的正確性是智能小車設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵因素。在小車的試驗(yàn)過程中,經(jīng)常出現(xiàn)由于設(shè)計(jì)的缺陷引起的小車失控事件,一般都是由于在設(shè)計(jì)核心控制模塊時(shí)控制邏輯出現(xiàn)不合理設(shè)計(jì)而產(chǎn)生的。目前,Petri網(wǎng)作為一種建模工具已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的建模[7-10]。本文針對(duì)小車控制模塊設(shè)計(jì)的問題,采用Petri網(wǎng)作為電磁小車控制部分模塊建模的工具,對(duì)小車的設(shè)計(jì)進(jìn)行建模驗(yàn)證,從而保證小車的控制邏輯的正確。

      1 電磁循跡小車控制程序設(shè)計(jì)

      1.1 電磁循跡小車的控制的基本原理

      電磁循跡小車一般采用電磁感應(yīng)傳感器作為小車循跡的信號(hào)采集器,感應(yīng)部件采集到軌跡信息,然后經(jīng)過信號(hào)放大、轉(zhuǎn)換等過程,轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)輸入到核心控制模塊,一般由高速單片機(jī)等智能器件作為主控制程序的運(yùn)行器件,核心控制模塊將對(duì)傳感器輸入的軌跡信息進(jìn)行判斷,從而決定小車的驅(qū)動(dòng)電路如何工作。本文采用兩個(gè)傳感器作為小車軌跡檢測(cè)傳感器,左、右兩個(gè)傳感器分別位于車頭的兩側(cè),可以檢測(cè)地面上的金屬絲制作的軌跡。當(dāng)傳感器檢測(cè)到金屬絲時(shí),產(chǎn)生低電平,形成信號(hào)0;未檢測(cè)到金屬絲時(shí),保持高電平,形成信號(hào)1。控制部分依據(jù)左右傳感器產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào),形成判斷邏輯,從而控制小車的方向。

      1.2 電磁循跡小車的控制模塊設(shè)計(jì)

      依據(jù)第1.1節(jié)所述的基本原理,電磁循跡小車的控制部分的主要功能如圖1所示。

      (1)傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊包括小車前端的左、右兩個(gè)傳感器的信號(hào)采集及轉(zhuǎn)換。

      (2)控制程序主要完成信號(hào)的處理分析,并且實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)向、速度及停車的出錯(cuò)控制。

      (3)舵機(jī)轉(zhuǎn)向控制模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)舵機(jī)的轉(zhuǎn)向控制,接收控制程序發(fā)來的轉(zhuǎn)向信號(hào),對(duì)舵機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的控制。

      (4)直行速度控制模塊依據(jù)控制程序發(fā)送的速度高速信號(hào),驅(qū)動(dòng)速度相關(guān)電機(jī)進(jìn)行速度調(diào)整。

      (5)停車錯(cuò)誤報(bào)警模塊在小車行駛中,對(duì)意外出軌等情況進(jìn)行停車報(bào)警,通知相關(guān)人員進(jìn)行錯(cuò)誤處理。

      2 電磁循跡小車控制程序建模

      2.2 控制程序建模

      第1.2節(jié)中控制程序主要包含傳感器采集轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)分析處理模塊以及運(yùn)行控制模塊。本文以小車正常進(jìn)入軌道為初始條件。小車控制程序的PN模型的庫(kù)所及變遷設(shè)定如下:

      P1:左傳感器采集信息;P2:右傳感器采集信息;P3:左傳感器接收左轉(zhuǎn)信息;P4:左傳感器未接收左轉(zhuǎn)信息;P5:右傳感器接收右轉(zhuǎn)信息;P6:右傳感器未接收右轉(zhuǎn)信息;P7:小車停止運(yùn)行;P8:小車左轉(zhuǎn);P9:小車右轉(zhuǎn);P10:小車直行。

      T1:發(fā)送左轉(zhuǎn)信息;T2:發(fā)送無需左轉(zhuǎn)信息;T3:發(fā)送右轉(zhuǎn)信息;T4:發(fā)送無需右轉(zhuǎn)信息;T5:發(fā)送運(yùn)行狀態(tài)錯(cuò)誤信息;T6:發(fā)送左轉(zhuǎn)信號(hào);T7:發(fā)送右轉(zhuǎn)信號(hào);T8:發(fā)送直行信號(hào);T9:發(fā)送錯(cuò)誤警告信號(hào);T10:發(fā)送直行處理完畢信號(hào);T11:發(fā)送右轉(zhuǎn)處理完畢信號(hào);T12:發(fā)送左轉(zhuǎn)處理完畢信號(hào)。

      控制程序及相應(yīng)的模塊PN建模如圖2所示。

      3 控制程序Petri網(wǎng)模型特性驗(yàn)證

      本文采用可達(dá)圖分析圖2的Petri網(wǎng)模型的相應(yīng)特性。在小車循跡過程中,主要控制邏輯由于設(shè)計(jì)問題可能出現(xiàn)死鎖、系統(tǒng)穩(wěn)定性差等問題,因此對(duì)模型設(shè)計(jì)的相應(yīng)特性的檢查可以避免在設(shè)計(jì)過程中發(fā)生相應(yīng)的錯(cuò)誤設(shè)計(jì)。圖2的Petri網(wǎng)模型的可達(dá)圖如圖3所示。

      依據(jù)可達(dá)圖,控制程序的基本性能分析如下:

      (1)圖3中所有節(jié)點(diǎn)上的標(biāo)記均為0或1時(shí),此時(shí)PN是有界,證明本模型是安全的,是可以實(shí)現(xiàn)的;

      (2)圖3中所有節(jié)點(diǎn)都存在有向路徑,但不包含全部變遷,所以系統(tǒng)不是活的,系統(tǒng)中存在死鎖,如在小車進(jìn)入出錯(cuò)處理狀態(tài)時(shí)會(huì)停車等待處理;

      (3)圖3中從任何節(jié)點(diǎn)到根節(jié)點(diǎn)都存在有向路徑,代表PN是可逆,反映系統(tǒng)具有可恢復(fù)性。

      4 結(jié) 語(yǔ)

      本文對(duì)電磁循跡小車的主要控制程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)描述,采用Petri網(wǎng)對(duì)控制程序進(jìn)行了建模,并采用可達(dá)圖對(duì)模型進(jìn)行了進(jìn)一步的分析。結(jié)果表明,利用Petri網(wǎng)對(duì)電磁循跡小車的控制程序建模,可以消除程序的死鎖等特性,保證了程序設(shè)計(jì)的正確性。

      參 考 文 獻(xiàn)

      [1]高鳳強(qiáng),董坤煌,周牡丹,等.基于電感數(shù)字變換傳感器的智能小車自動(dòng)循跡系統(tǒng)[J].工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào),2018,25(2):216-222.

      [2]陳浩,田會(huì)峰,周瑜,等.一種自動(dòng)化醫(yī)療垃圾收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2017,36(11):89-92.

      [3]范淇元,覃羨烘,黃文妹.基于模塊化控制的多功能智能搬運(yùn)小車的設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀表,2018,33(11):47-51.

      [4]杜青,喬延華,韓淼,等.基于金屬檢測(cè)的智能循跡小車設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2018,41(17):119-122.

      [5]黃健,董三鋒,王利平.基于LDC1000自動(dòng)循跡智能小車設(shè)計(jì)[J].微特電機(jī),2017,45(6):62-64.

      [6]曹建平,雷丹,郭磊.基于LDC1000電感數(shù)字傳感器的自動(dòng)循跡智能小車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2017,36(12):13-17.

      [7]鄭金來,張猛,熊昌秀,等.基于Petri網(wǎng)模型的自動(dòng)線流程設(shè)計(jì)與分析[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2018(1):60-63.

      [8]董健,戴勝華.基于CPN的列控系統(tǒng)等級(jí)轉(zhuǎn)換建模與分析[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2018,54(2):208-213.

      [9]梁昌勇,徐彬,俞家文,等.基于RFID的汽車總裝物料配送過程的Petri網(wǎng)建模與仿真[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2009(9):203-205.

      [10]都雪靜,王真真.基于Petri網(wǎng)的汽車總裝線生產(chǎn)物流優(yōu)化[J].物流技術(shù),2017,36(9):136-140.

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