簡易立體倉儲系統(tǒng)設(shè)計報告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上簡易立體倉儲系統(tǒng)（H題）設(shè)計報告 參賽隊號：簡易立體倉儲系統(tǒng)（H題）摘 要本設(shè)計是結(jié)合企業(yè)車間實際需要而確定的設(shè)計類課題。設(shè)計的智能小車能夠自動啟停止、往返運動、避障功能、記錄行駛路程與時間，另外根據(jù)題目需要設(shè)計了自動貨梯，用來銜接一層和二層物體搬運。根據(jù)設(shè)計要求，利用現(xiàn)有車模采用51單片機作為控制核心，充分利用其內(nèi)部豐富的資源，大大簡化電路。使用L298N芯片控制電機轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)小車快慢行駛。利用光電開關(guān)控制小車自動避障，并且利用電機轉(zhuǎn)速差實現(xiàn)小車方向的變動。利用光電對管實現(xiàn)小車自動循跡，保證小車行駛在規(guī)定的線路上。在辨別圖案時利用光電對管矩陣檢測圖案的非公共部分，從

2、而實現(xiàn)圖案識別。在測量速度上采用霍爾元件，利用霍爾元件輸出方波個數(shù)算出小車行駛的路程，利用LCD顯示路程以及行駛時間。關(guān)鍵詞： AT89S51；循跡 ；避障；集成電路目錄一、引言 本題需要設(shè)計兩個小車，將四個分別帶有三角形（）、圓形（）、四方形（）和十字形（）標(biāo)志的立方體分別由一層倉庫運送到二層倉庫的指定位置。在兩輛車上分別安裝了紅外對管模塊組成矩陣，用來識別四種圖形的非公共部分，從而實現(xiàn)圖案的識別，根據(jù)要求，一層小車啟動后，沿著黑線循跡前進當(dāng)檢測到指定圖案的物體時會轉(zhuǎn)向直至面對物體，由機械手臂擺下拖住物體左轉(zhuǎn)再沿黑線循跡到貨梯前，此時三個光電對管會同時檢測到黑線，張開手臂即將物體送入貨梯，貨

3、梯上方有個光電開關(guān)檢測到物體進入時延時一定時間后會自動上升至50厘米處停止，二層的小車也在啟動后通過循跡到貨梯前等候物體，當(dāng)檢測到物體時機械手臂擺下將物體拖至指定位置，這里二層用到金屬傳感器識別指定的四個位置，將物體送至指定位置后再次回到貨梯前，而貨梯剛剛物體挪走后短暫延時自動下降，等待一層小車將物體運來，由此循環(huán)完成題目要求，由于引腳緊張，所以每輛小車用了兩塊STC51單片機，分別控制行駛搬運功能和記錄行駛路程時間的功能。二、方案設(shè)計：2.1、設(shè)計思路 基于STC89C51單片機的智能小車制作簡單，原理易懂，作為智能小車前提地穩(wěn)定而不是追求于速度，利用其各個引腳功能可以達到題目要求，其中本題

4、中將所有中斷等特殊引腳全部利用，但是此類型單片機并無內(nèi)置pwm，所以需要程序模擬pwm波來直接控制舵機2.2、總體方案89C51單片機如下圖所示，是本次設(shè)計智能小車的電路框圖。以AT89C51單片機作為電路的中央處理器，來處理傳感器采集來的數(shù)據(jù)，處理完畢之后以便去控制電機驅(qū)動電路來驅(qū)動電機。電源部分是為整個電路模塊提供電源，以便能正常工作。液晶顯示器顯示路程和行駛時間。L298模塊電源電梯結(jié)構(gòu)框圖：光電開關(guān)小車整體框圖：CPUAT89C51LCD液晶顯示器避障傳感器電機驅(qū)動測速傳感器穩(wěn)壓模塊電源循跡模塊控速電路霍爾傳感電路光電開關(guān)機械臂金屬傳感器2.2、方案論證與比較（一）、電機驅(qū)動選擇方案由

5、于本設(shè)計為智能小車，電機的選擇就顯得尤為重要。結(jié)合實際情況，本設(shè)計采用直流電動機驅(qū)動，外加一些輔助電路，完成單片機對直流電動機的控制。使用L298N芯片驅(qū)動電機。L298N是一個具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動芯片，并且可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機的I/O口提供信號，而且?guī)в惺鼓芏?，方便PWM調(diào)速，電路簡單，性能穩(wěn)定，使用比較方便。從電路簡單、性能穩(wěn)定等因素考慮，選擇此方案作為電動機的驅(qū)動電路。此驅(qū)動原理圖如下：（二）、避障模塊的論證與比較方案一：采用紅外線避障。利用單片機來產(chǎn)生信號對紅外線發(fā)射管進行調(diào)制發(fā)射，發(fā)射出去的紅外線遇到避障物的時候反射回來，紅外線接收管采用數(shù)字接受器件

6、對反射回來信號進行解調(diào)，輸出TTL電平，外界對紅外信號的干擾比較小，但設(shè)備相對復(fù)雜。方案二：用超聲波傳感器進行避障。超聲波傳感器的原理是：超聲波由壓電陶瓷超聲波傳感器發(fā)出后，遇到障礙物便反射回來，再被超聲波傳感器接收。這樣雖然能準(zhǔn)確完成測量，但易受到干擾。方案三：用漫反射式光電開關(guān)進行避障。光電開關(guān)的工作原理是根據(jù)光線發(fā)射頭發(fā)出的光束，被物體反射，其接收電路據(jù)此做出判斷反應(yīng)，物體對紅外光由同步回路選通而檢測物體的有無。當(dāng)有光線反射回來時，輸出低電平。當(dāng)沒有光線反射回來時，輸出高電平。有利于單片機對信號的處理?？紤]到本系統(tǒng)需要，為了便于操作，選擇方案三。（三）、循跡模塊的選擇與論證方案一：用光敏

7、電阻組成光敏探測器。光敏電阻的阻值可以跟隨周圍環(huán)境光線的變化而變化。當(dāng)光敏電阻在白線和黑線上方時，阻值會發(fā)生明顯的變化。將阻值的變化值經(jīng)過比較器就可以輸出高低電平。但是這種方案受光照影響很大，不能夠穩(wěn)定的工作。方案二：用紅外發(fā)射管和接收管自己制作光電對管尋跡傳感器。紅外接收管能接收到反射回的光線則檢測出白線繼而輸出低電平，若接收不到發(fā)射管發(fā)出的光線則檢測出黑線繼而輸出高電平。但是工作不夠穩(wěn)定，且容易受外界光線的影響。方案三：使用光電對管。光電對管由發(fā)光二極管以及光敏三極管組成。三極管依靠二級管發(fā)射的光經(jīng)地面反射以后的光形成相應(yīng)大小的電流。由此電流即可判斷出地面黑白情況。當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的光反射

8、回來時，三極管導(dǎo)通輸出低電平。此光電對管調(diào)理電路簡單，工作性能穩(wěn)定。綜合考慮我們選擇了方案三。（四）、小車行駛距離檢測模塊的選擇與論證根據(jù)以往的經(jīng)驗只能想到霍爾元件增量式光電編碼器來實現(xiàn)小車路程的計算，碼盤上有20個格柵，小車車輪直徑為4.7cm，將小車車輪周長平分為20等分，即光電編碼器沒產(chǎn)生一個脈沖行駛的距離，再利用單片機計數(shù)器的功能記錄小車行駛的距離，從多種因素考慮應(yīng)選擇此種方案作為小車行駛距離檢測。（五）、物體上圖案識別方案的選擇與論證方案一：利用攝像頭采樣進行處理后識別再進行接下來的功能實現(xiàn)。攝像頭采樣精度極高，正確率高達100%，但是攝像頭模塊使用對控制器要求較高，一般51單片機根

9、本無法驅(qū)動，而其他單片機接觸較少，時間有限，所以不得不放棄此方案。方案二：利用紅外對管模塊組成一個矩陣，題目中四種圖案重疊后有公共區(qū)和非公共區(qū)，根據(jù)紅外對管返回的信號組成四個不同的代碼分別對應(yīng)四中圖案，從而實現(xiàn)四種不同圖案的識別，只是精度并不是那么的理想?？紤]到原理簡單實現(xiàn)，充分利用現(xiàn)有資源固選用方案二。（六）、控制器的選擇方案一：選擇STC12C560S2單片機，此單片機具有高速，低功耗的特點，程序也都兼容，但是部分元器件速度跟不上，實際情況也不需要高速運轉(zhuǎn)，所以不選用此控制器。方案二：選擇STC89C51單片機，此類型單片機是很基礎(chǔ)的單片機，簡單易學(xué)，足以滿足此次題目需要。綜合考慮選擇方案

10、二。（七）、顯示方案的選擇與論證方案一：采用LCD1602液晶屏作顯示。方案二：采用LCD12864液晶作顯示。 綜上可知，案一1602液晶顯示器具有耗電少、配置簡單靈活、安裝方便、耐振動、使用壽命長、美觀等優(yōu)點。同時可以顯示菜單等復(fù)雜的界面，更易于操作。方案二12864功能比較完善，但功耗較大，而且采用1602已經(jīng)完全可以實現(xiàn)本次設(shè)計的要求。故本設(shè)計系統(tǒng)采用LCD1602作為顯示器。2.3、部分硬件電路設(shè)計（一）、主控電路 在本次題目中對控制器要求并不高，STC89C51單片機足以實現(xiàn)所要要求功能，51單片機是最基本的控制器，比較簡單易學(xué)。該單片機最小系統(tǒng)原理圖如圖所示：(二)、電機驅(qū)動電路

11、電機驅(qū)動電路由L298N驅(qū)動模塊構(gòu)成，使用電機驅(qū)動芯片L298N，不僅可以大大簡化驅(qū)動電路而且功率容量大有利于電機轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定。L298N在電機控制中可以靈活的應(yīng)用如對電機輸出能力的擰制在單片機中可以進行脈寬調(diào)制(PWM)，實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的精確控制。當(dāng)使能端為高電平，通過PWM信號輸入端In1和In2可以控制電動機的正反轉(zhuǎn)(輸入端In1為PWM信號，輸入端In2為低電平，電動機正轉(zhuǎn)；輸入端In2為PWM信號，輸入端In1為低電平，電動機反轉(zhuǎn))；當(dāng)它為低電平時，驅(qū)動橋路上的4個晶體管全部截止，使正在運行的電動機電樞電流反向，電動機自由停止。電動機的轉(zhuǎn)速由單片機調(diào)節(jié)PWM信號的占空比來實現(xiàn)。其具體原

12、理如表2-2。表2-2直流電機運轉(zhuǎn)使能端IN1 (IN3)IN2 (IN4) 電機的運轉(zhuǎn) 1 1 0 正傳 1 0 1 反轉(zhuǎn) 1 1 1 殺停 1 0 0 停止 0 X X 停止（“1”代表PWM信號，“0”代表低電平）(三)、圖案識別原理在需要搬運的物體上沒有任何可以檢測的東西，就是在物體上畫上幾個圖案，最常想到的就是用攝像頭來實現(xiàn)，而本次是采用紅外對管矩陣的方法來識別圖案，圖形有公共區(qū)及非公共區(qū)，所以紅外對管檢測時就會產(chǎn)生不同的信號，再經(jīng)過單片機處理即可實現(xiàn)圖案識別的功能，如下圖所示：如圖，當(dāng)7個紅外對管均檢測到信號時為正方形的圖案，當(dāng)上面5個檢測到信號時為圓形圖案，當(dāng)上面3個檢測到信號時

13、為三角形圖案，當(dāng)最上面一個檢測到信號時為十字架圖案。2.4、程序軟件流程圖無否是否是否是有開始系統(tǒng)初始化循跡記錄路程和時間手臂擺下拖走物體判斷是否有物體判斷圖案是否符合送至電梯電梯判斷是否有物體電梯自動上升小車返回繼續(xù)取物判斷二層是否檢測到物體開始循跡行駛，根據(jù)檢測金屬次數(shù)送至指定位置三、設(shè)計實現(xiàn)1、出現(xiàn)問題：小車行駛過程中不太穩(wěn)定，受外界影響比較嚴(yán)重，比如電池電量和光線的強弱等等。解決辦法：這類客觀原因人為也很難改變，我們只能做到盡力讓小車在最好的環(huán)境下運行。2、出現(xiàn)問題：在實現(xiàn)小車的尋跡過程中，小車左右晃動嚴(yán)重，無法沿軌道行駛。解決辦法：在之前的設(shè)計方案中，中間2個傳感器之間距離大于黑線寬

14、度，當(dāng)車有較大的偏向時才能檢測到，檢測到后反饋給單片機已經(jīng)有一定的時間差。另外由于單片機速度快于機械速度，導(dǎo)致左右晃動嚴(yán)重。直行時由于兩電機存在差異，小車硬件左右也不可能完全對稱，如果采用相同占空比驅(qū)動則小車本身就會偏轉(zhuǎn)。解決方法：根據(jù)黑線的寬度來調(diào)節(jié)光電傳感器的擺放位置，中間兩個傳感器之間的寬度小于黑線的寬度。安裝距離距黑線邊810毫米比較穩(wěn)定。在直行時調(diào)好兩輪的占空比，當(dāng)差20時，小車可沿直線行駛。3、出現(xiàn)問題：尋跡過程中有時會突然停車，重啟后小車啟動解決辦法：小車在實驗室進行測試，有日光燈的干擾，可能日光燈發(fā)出的光照射在黑線上造成反光。在程序中修改，首先檢查環(huán)境中的光照情況，根據(jù)這個情況

15、動態(tài)設(shè)置環(huán)境變量因子，這樣就避免了環(huán)境的干擾。四、測試1、測試使用儀器和設(shè)備表4-1 測試使用的儀器設(shè)備序號名稱、型號、規(guī)格數(shù)量備注1電源3小車供電2萬用表1測管腳電壓3電烙鐵2測試時備用4膠槍1固定探頭2、測試方法程序燒進單片機后裝入小車，對其供電，用萬用表測量電機驅(qū)動輸出電壓，檢測電機驅(qū)動輸出是否穩(wěn)定，在實際賽道測試時，通過人為障礙以檢測避障的距離范圍，測試時實時顯示行駛路程和時間，然后單獨測試貨梯上升高度是否達到要求。3、測試數(shù)據(jù)經(jīng)過多次實際測試，LCD顯示屏顯示小車路程和行駛時間非常精準(zhǔn)而且穩(wěn)定。貨梯上升高度和對貨梯的控制比較精確。一層小車將第一個物體搬運至電梯再返還搬運第二個的時間大

16、約為15秒鐘，以此算來整體完成后需要2分鐘左右，并未完全達到題目要求。4、測試結(jié)果分析通過多次對兩輛小車的實際測試，最好的情況下能夠完成題目要求的基本要求，由于時間緊迫，發(fā)揮部分暫時無法實現(xiàn)，而且小車受外界影響比較大，運行并不是理想的那么穩(wěn)定。五、結(jié)論經(jīng)過方案論證、設(shè)計實現(xiàn)，測試調(diào)整，結(jié)果分析等環(huán)節(jié)，基本實現(xiàn)了題目的基本要求。但由于時間緊，任務(wù)重，還有發(fā)揮部分要求并不能一一實現(xiàn)，總的來說此次競賽并沒有完美的完成，比如紅外對管布局、抗干擾性等方面還有很大的提升空間，經(jīng)過改進，相信性能還會有進一步的提升。本次競賽極大的鍛煉了我們各方面的能力，對電子系統(tǒng)設(shè)計有了新的認(rèn)識，雖然我們遇到了很多困難和障礙

17、，但總體上成功與挫折交替，困難與希望并存，我們會在以后的學(xué)習(xí)中更加努力，爭取更大的進步。參考文獻1 藍和慧全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽單片機應(yīng)用技術(shù)技能精解M北京：電子工業(yè)出版社，2009年2 郭天祥51單片機C語言教程-入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略M北京：電子工業(yè)出版社，2012年3 謝文和傳感器技術(shù)及其應(yīng)用M北京:高等教育出版社，2002年4 張友德. 單片機微型機原理、應(yīng)用于實驗M.(3版）.上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2000.5 楊海東，陳高平.ISD400416M語音芯片的循環(huán)錄放電路設(shè)計J.單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2009，12.6 李維軍，韓小剛，李晉.基于單片機用軟件實現(xiàn)直流電機調(diào)速系統(tǒng)

18、J.機電一體化，2004，5.7 張立勛.機械電子學(xué)M.哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，1999.8 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）.高等教育出版社，1999.9 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）.高等教育出版社，1980.程序附錄1602液晶顯示時間與路程void main(void) unsigned char i,z,xianshi7; float a; unsigned long shuju; Init(); LcdInit(); LcdWriteCom(0x80); for(i=0;i<5;i+) LcdWriteData(julii);LcdWriteCom(0xc0);fo

19、r(z=0;z<5;z+)LcdWriteData(timez); / IT0=0; IT0=1; EA=1; EX0=1; while(1) a=LedNumVal*0.74;shuju=a*10;LcdWriteCom(0x88);LcdWriteData(shuju%/10000+'0');LcdWriteData(shuju%10000/1000+'0');LcdWriteData('.');LcdWriteData(shuju%1000/100+'0');LcdWriteData(shuju%100/10+'

20、;0');LcdWriteData('M');for(i=0;i<5;i+)if(xianshii=0x30)xianshii=0x20;elsebreak;LcdWriteCom(0xc6);LcdWriteData(tableshi/10);LcdWriteData(tableshi%10);LcdWriteData(':');LcdWriteData(tablefen/10);LcdWriteData(tablefen%10);LcdWriteData(':');LcdWriteData(tablemiao/10);LcdWr

21、iteData(tablemiao%10); void counter(void) interrupt 0 / if(k=0)/ / delay(20); if(k=0) EX0=0; LedNumVal+; /delay(100); /中斷計數(shù) EX0=1; / void time0() interrupt 1 TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; tt+; if(tt=20) tt=0; miao+; if(miao=60) miao=0; fen+; if(fen=60) fen=0; shi+; if(shi=24) shi=0;

22、void init() TMOD=0x01;/使用計時器1 TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; tt=0; P3=0xff; shi=0; fen=0; miao=0; 第二層小車程序int miss()/計數(shù) / uint a; if(jst=1) flag=1; if(jst=0&&flag=1) a+; flag=0; return a; void bian() / 循跡 if(zuo1=0)&&(zhong1=1)&&(you1=0) qian

23、jin(); if(zuo1=1)&&(zhong1=0)&&(you1=0) you(); if(zuo1=0)&&(zhong1=0)&&(you1=1) zuo(); if(zuo1=0)&&(zhong1=0)&&(you1=0) stop(); void main() flag2=1; flag1=1; flag3=1; zhengqian=1; k=3;/ uint i; init(); Time1Config(); lunint(); while(1) miss();bian();if

24、(zuo1=1)&&(zhong1=1)&&(you1=1) stop(); delay(100); if(zhengqian=0)&&(flag2=1) k=15; delay(100); houtui(); qianjin(); delay(500); dingyou(); qianjin1(); delay(300); lunint(); flag2=0; if(a=1) break; ZUO(4); delay(10); k=3; delay(100); houtui(); qianjin(); delay(500); lunint();

25、 ZUO(2); while(1) bian(); miss(); if(zuo1=1)&&(zhong1=1)&&(you1=1) stop(); delay(1000); if(zhengqian=0) delay(500); k=15; houtui(); qianjin(); delay(300); dingyou(); qianjin1(); delay(200); lunint(); if(a=8) break; houtui();delay(100);dingzuo(); qianjin1(); delay(10);k=3;houtui();qia

26、njin();delay(100);dingzuo(); qianjin1();delay(100);lunint();while(1) bian(); miss(); if(zuo1=1)&&(zhong1=1)&&(you1=1) stop(); delay(200); ZUO(3); flag1=0; if(zuo1=1)&&(zhong1=1)&&(you1=1)&&(flag1=0) stop(); delay(1000); if(zhengqian=0) delay(500); k=15; houtui

27、(); qianjin(); delay(300); lunint(); YOU(3); if(a=15) break; dingzuo(); qianjin1(); delay(10);k=3;houtui();qianjin();delay(100);dingzuo(); qianjin1();delay(100);lunint();while(1) bian(); miss(); if(zuo1=1)&&(zhong1=1)&&(you1=1) stop(); delay(200); ZUO(3); flag1=0; if(zuo1=1)&&

28、;(zhong1=1)&&(you1=1)&&(flag2=0) stop(); delay(1000); if(zhengqian=0) delay(500); k=15; houtui(); qianjin(); delay(300); lunint(); YOU(3); if(a=20) break; dingzuo(); qianjin1(); delay(10);k=3;houtui();qianjin();delay(100);dingzuo(); qianjin1();delay(100);lunint();while(1) bian(); mis

29、s(); if(zuo1=1)&&(zhong1=1)&&(you1=1) stop(); delay(200); ZUO(3); flag1=0; if(zuo1=1)&&(zhong1=1)&&(you1=1)&&(flag3=0) stop(); delay(1000); if(zhengqian=0) delay(500); k=15; houtui(); qianjin(); delay(300); lunint(); YOU(3); 第一層小車程序void bian() / 循跡 if(zuo1=0)&

30、amp;&(zhong1=1)&&(you1=0) qianjin(); if(zuo1=1)&&(zhong1=0)&&(you1=0) you(); if(zuo1=0)&&(zhong1=0)&&(you1=1) zuo(); if(zuo1=1)&&(zhong1=1)&&(you1=1) stop(); void main() flag=1; flag1=1;flag2=1;zhengqian=1; k=3;init(); Time1Config(); lunint(); while(1) bian(); if(zhengqian=0)&&(flag=1) stop(); delay(100); k=17; YOU(6); flag=0; if(zuo1=1)&&(zhong1=1)&&(you1=1) k=