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摘 要：控制系统是叉车安全行驶、提高作业效率的核心系统之一，文章提出一种基于单片机的无线遥控电动叉车控制系统设计，该系统经应用验证可靠性高,安全性好,通用性强,操作使用方便。
关键词：控制系统设计；遥控电路；控制电路
电动叉车相比于内燃叉车具有无污染、能源利用率高等优点,在车间、仓库等场合得到了广泛的应用，同时，随着电力电子技术及微处理器的发展,电动叉车越来越具有较高的研究价值和广阔的应用前景。电动叉车的设计核心是叉车的控制系统,所以对于叉车控制系统的研究是有很现实的经济和社会效益的。
1.控制系统设计
叉车控制系统采用上位机和下位机的二级开环控制方式，上下位机均采用ATMEGA单片机，上位机用于按钮信息处理和向下位机发送各种命令及参数，同时对下位机传送来的叉车运行状态信息进行显示。下位机接收上位机指令，按照指令要求，执行相应的功能操作，控制叉车升降电机、驱动电机的运动和叉车的刹车与制动，同时将叉车运行状态回传给上位机。叉车控制系统框图如图1所示。
图3控制电路组成框图
叉车在实际运行过程中，经常需要转弯、换向、微动。为增加操作的灵活性，叉车左、右轮驱动电机分别单独进行控制，转弯时，为减小转弯半径，左、右两侧的电机一个向前运动，另一个向后运动；叉车前进或后退时，两侧电机同时向前或向后运动。
2.硬件电路设计
2.1遥控电路设计
遥控电路原理图如图4所示，单片机采用高档ATMEGA系列AVR单片机ATMEGA88，它是一种在系统可编程、功能强、高速度、低功耗、抗干扰性强的具有精简指令集的高性能8位单片机，片内含有8KFlash程序存储器，1280Byte的SRAM，512Byte的E2PROM等。
收发模块采用安美通公司的APC200A-43，该模块采用高效的循环交织检错编码技术，可以纠正24bits连续错误，编码增益近3dBm；在1200bps传输速度模式下，能够传输1000m的距离；具有512Byte的数据缓冲区和UART/TTL、RS485及RS232等多种接口方式，选配灵活、嵌入方便。
字符液晶显示屏LCD1602是基于HD44780液晶芯片制作而成，HD44780内置了DDRAM、CGROM和CGRAM。DDRAM是显示数据RAM，用于寄存待显示的字符代码；HD44780内置的192个常用字符的字模，存于字符产生器CGROM中，8个允许用户自定义的字符产生RAM，即为CGRAM。
图4遥控电路原理图
2.2控制电路设计
控制电路设计主要包含左、右电机的驱动电路设计、电磁铁的驱动电路设计和升降电机的电路设计。左、右电机的驱动电路和电磁铁的驱动电路完全一样，均采用功率芯片BTN7971B进行驱动，升降电机的电路采用继电器组的设计方式。
2.2.1驱动电路设计
电机驱动电路原理图如图5所示。电机驱动电路采用大电流、半桥、高集成的贴片智能功率芯片BTN7971B，它主要应用于电机驱动，BTN7971B内部带有一个P沟道的高边MOS场效应管、一个N沟道的低边MOS场效应管和一个集成驱动芯片，具有体积小、逻辑电平输入、电流诊断、斜率调节、死区时间产生和过温、过压、欠压、过流及短路保护的功能和特点，驱动电流可达70A，Is引脚具有电流检测功能，正常模式下，从Is引脚流出的电流与流经高边MOS管的电流成正比。
两片BTN7971B组成一个全桥电机驱动电路，单片机以高低电平方式控制INH使能端，以PWM方式通过一个反向芯片74F14控制两片BTN7971B芯片的IN输入端的电平状态，实现电机的正、反向运行和停止等功能。
3.软件设计
控制系统软件分为遥控和控制两部分，遥控程序主要功能是处理按键信号和对摇杆电位器信号进行AD采样处理，将数据以串行传输的方式发送给无线收发模块，无线收发模块将数据进行编码并通过天线发送给下位机的控制电路板，同时接收下机位控制电路板回传的需要显示的叉车状态或货物的重量信息。控制程序主要功能是通过无线收发模块接收上位机遥控电路板的指令，并对指令类型进行分析，根据指令类别，对驱动电机进行前进/后退的PWM控制，对电磁铁进行刹车/释放控制，对继电器组电压进行控制，调节升降电机的运行速度，对重力传感器进行货物重力信号采样和处理，最终将处理状态和结果通过无线收发模块回传给上位机遥控电路板进行显示。遥控程序流程图和控制程序流程图分别如图7和图8所示。
4.结束语
该控制系统操作灵活、响应迅速、遥控距离远且叉车控制流畅，文章介绍了控制系统的组成和原理实现以及有关的器件选型，遥控电路，电机驱动电路和升降电机电路的硬件设计和软件设计，对同类型无线遥控电动叉车的控制系统设计有一定的参考和借鉴意义。
参考文献：
[1]张亮. 电动叉车控制系统的研究与设计[D]. 东北大学, 2011.
[2]郭崇培. 电动叉车控制系统分析[J]. 中国水运月刊, 2009, 9(10):144-145.
论文作者:陈志荣
论文发表刊物:《电力设备》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/31
标签：叉车论文; 电机论文; 控制系统论文; 电路论文; 上位论文; 电路设计论文; 单片机论文; 《电力设备》2018年第2期论文;