【基于單片機(jī)的智能送餐配送車設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（論文）11000字】

基于單片機(jī)的智能送餐配送車設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要隨著中國(guó)餐飲業(yè)的不斷發(fā)展，餐廳也逐漸趨于智能化，為了提高餐廳服務(wù)人員的工作效率，降低餐廳的勞動(dòng)力成本，在本次項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)了一款餐廳智能配送車，能夠?qū)崿F(xiàn)尋跡、自主避障、紅外遙控、語(yǔ)音播報(bào)等功能。智能配送車以stm32為控制核心，通過(guò)紅外傳感器模塊實(shí)現(xiàn)了配送車尋跡功能，使用超聲波模塊實(shí)現(xiàn)了配送車自主避障的功能，同時(shí)，在智能配送車上還裝有語(yǔ)音模塊，使配送車能夠在不同情況下能夠發(fā)出語(yǔ)音提醒客人。通過(guò)紅外遙控模塊使餐廳工作人員能夠遠(yuǎn)程控制智能配送車，完成菜品配送工作。在本次項(xiàng)目中，為餐廳規(guī)劃了四種路線，服務(wù)人員可以通過(guò)紅外遙控選定配送車的行駛路線。配送車送餐達(dá)到指定位置后，語(yǔ)音播報(bào)提醒客人取餐，客人取餐后點(diǎn)擊確認(rèn)鍵后，配送車返回到出發(fā)點(diǎn)。完成了多個(gè)路徑規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)智能配送車的多個(gè)送餐路徑。經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，智能配送車能夠準(zhǔn)確的到達(dá)規(guī)定的餐桌面前，并且電路簡(jiǎn)單調(diào)試方便，實(shí)用性強(qiáng)，該配送車有效地降低了餐廳服務(wù)人員的工作壓力，保證了餐廳的工作效率以及安全性，實(shí)現(xiàn)了送餐的方便性和準(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞：stm32；智能配送車；遙控；目錄TOC\o"1-1"\h\u1775摘要 I294061緒論 1284131.1課題開(kāi)發(fā)背景 1285901.2設(shè)計(jì)的目的和意義 2100161.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及水平 3189872總體設(shè)計(jì)方案 5253662.1設(shè)計(jì)任務(wù) 5142442.2智能配送車的設(shè)計(jì)方案 6111933硬件設(shè)計(jì) 7192433.1主控芯片 7181613.2電源與電機(jī)模塊 876133.3紅外遙控模塊 9291053.4避障模塊 11291053.5語(yǔ)音模塊 14291053.6循跡模塊 1422414軟件設(shè)計(jì) 15304574.1主程序設(shè)計(jì) 1534654.2配送車運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì) 17296654.3配送路徑設(shè)計(jì) 1865765調(diào)試 19227715.1硬件調(diào)試 1960245.2軟件調(diào)試 20315845.3綜合調(diào)試 20294406結(jié)束語(yǔ) 2223765參考文獻(xiàn) 2316037附錄 241緒論1.1課題開(kāi)發(fā)背景隨著信息時(shí)代的快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)也迅速進(jìn)步，其中最為突出的就是，智能化技術(shù)。智能化技術(shù)的開(kāi)發(fā)越來(lái)越快，智能程度也越來(lái)越高，智能時(shí)代離人們?cè)絹?lái)越近，人們?nèi)粘Ｉ钪袝?huì)遇到各種智能儀器。智能儀器以迅猛發(fā)展的應(yīng)用電子技術(shù)為研究背景，幾乎拓展到了我們生活的方方面面，涵蓋了計(jì)算機(jī)、電子、機(jī)械、人工智能等多個(gè)學(xué)科。同時(shí)，現(xiàn)階段的機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展一日千里，其廣泛應(yīng)用于探測(cè)、國(guó)防、生活等各個(gè)方面。先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)代表著一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力的雄厚，從某種方面上也可以認(rèn)為，智能化機(jī)器人技術(shù)引導(dǎo)的是一個(gè)國(guó)家未來(lái)發(fā)展的方向，然而機(jī)器人技術(shù)正是建立在智能小車這個(gè)基礎(chǔ)之上的，只有將智能小車研究透徹才能夠更好的去認(rèn)識(shí)機(jī)器人技術(shù)。隨著我國(guó)社會(huì)的快速發(fā)展，人們關(guān)注的重點(diǎn)也逐步轉(zhuǎn)移到了智能化技術(shù)。幾乎每一次全國(guó)和省電子大賽都會(huì)有智能車的話題，這說(shuō)明國(guó)內(nèi)所有的高校也都很重視這個(gè)項(xiàng)目的研究，正是因?yàn)橹悄苘囉泻艽蟮难芯恳饬x。餐廳是一個(gè)國(guó)家、一座城市不可缺少的一部分。在我國(guó)的三大產(chǎn)業(yè)中，餐飲業(yè)是我國(guó)第三產(chǎn)業(yè)中重要的支柱型產(chǎn)業(yè)，在國(guó)家產(chǎn)業(yè)格局不斷變革的背景下，餐飲業(yè)始終保持著旺盛的增長(zhǎng)勁頭，取得了經(jīng)濟(jì)方面突飛猛進(jìn)的發(fā)展。但是大部分年輕人不愿意從事勞動(dòng)行業(yè)，導(dǎo)致勞動(dòng)力成本的不斷提高以及工作壓力的增加。如果使用智能配送車代替部分服務(wù)員進(jìn)行工作，不但能提高服務(wù)效率，保證了服務(wù)質(zhì)量，還減少了服務(wù)人員的數(shù)量，更能建立出一個(gè)餐廳的特色，打造出餐廳的品牌，進(jìn)而降低了勞動(dòng)力成本緩解了服務(wù)人員的工作壓力。我國(guó)已經(jīng)出現(xiàn)了部分餐廳實(shí)現(xiàn)了由機(jī)器人或配送小車來(lái)進(jìn)行服務(wù)。但是由于當(dāng)前科技的限制，餐廳內(nèi)各種問(wèn)題層出不窮，原本想通過(guò)機(jī)器人或配送小車等高科技產(chǎn)品來(lái)降低運(yùn)營(yíng)成本，機(jī)器故障等各種問(wèn)題使得餐廳運(yùn)營(yíng)成本比人工服務(wù)成本更高。由機(jī)器人來(lái)代替服務(wù)人員進(jìn)行工作，是國(guó)家未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)，由于科技的限制，真正意義上的實(shí)現(xiàn)智能化餐廳還需要一定的時(shí)間。1.2設(shè)計(jì)的目的和意義選題目的：目前我國(guó)人口老齡化問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重，人口老齡化就意味著我國(guó)年輕人口勞動(dòng)力的數(shù)量就會(huì)減少，大部分勞動(dòng)力年齡偏大，從而導(dǎo)致勞動(dòng)力成本的提高。隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，人工智能技術(shù)出現(xiàn)在了大家面前，許多行業(yè)都采取了機(jī)器人代替人力工作。餐飲業(yè)為客人提供服務(wù)，通常形式是由服務(wù)員一人手持或手托舉餐盤(pán)或推動(dòng)餐車為客人運(yùn)送各種菜品。對(duì)于我國(guó)國(guó)內(nèi)大部分餐飲行業(yè)來(lái)說(shuō)，在就餐高峰期的時(shí)候都會(huì)不可避免地出現(xiàn)各種擁堵現(xiàn)象，很容易發(fā)生意外，甚至?xí)锌赡軐⒉似反蚍?，隨著我國(guó)社會(huì)的不斷發(fā)展以及科技的不斷進(jìn)步，人們的生活水平以及收入也不斷提高，隨之而來(lái)的就是人們的消費(fèi)水平以及消費(fèi)觀念的不斷提高。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，飲食在人們的日常消費(fèi)支出中已經(jīng)占據(jù)三成，從而大大地促進(jìn)了餐飲業(yè)的迅猛發(fā)展。單純的人工服務(wù)，已經(jīng)不再適合于當(dāng)前生活中多元化的餐廳，許多餐廳與時(shí)代緊密結(jié)合，各種主題餐廳層不出窮。當(dāng)今科技的不斷進(jìn)步，時(shí)代的每一次變更，人們的生活方式以及生產(chǎn)方式也會(huì)隨之變化，智能化設(shè)備與人們的生活變得越來(lái)越密切。本次設(shè)計(jì)是一款餐廳智能配送車，通過(guò)遙控人工控制，沿固定路線循環(huán)行走，避免障礙防止打翻菜品。運(yùn)送多種菜品供客人選擇。這款智能配送車能夠緩解餐飲業(yè)服務(wù)人員的勞動(dòng)壓力，保障了餐飲業(yè)的正常工作效率，提高了餐飲業(yè)的智能化服務(wù)水平。選題意義：隨著信息時(shí)代的不斷發(fā)展，當(dāng)今時(shí)代已經(jīng)進(jìn)入了智能化的時(shí)代，智能化程度可以代表著一個(gè)國(guó)家先進(jìn)的科技生產(chǎn)力，然而智能小車就是智能化其中的一部分也是基礎(chǔ)部分，在本次設(shè)計(jì)中，可以通過(guò)對(duì)于餐廳配送車的研究，不僅能夠極大地提高工作的效率、保障了工作的安全、降低了運(yùn)營(yíng)的成本、有助于行業(yè)的發(fā)展，還可以推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展。通過(guò)本次課題。讓我能夠更進(jìn)一步的了解單片機(jī)在智能控制領(lǐng)域的發(fā)展前景。在大學(xué)四年的學(xué)習(xí)中，通過(guò)老師的教學(xué)，以及自身的學(xué)習(xí)，使得我對(duì)單片機(jī)方面有了一定的認(rèn)識(shí)，也為研究與其相關(guān)的內(nèi)容奠定了一定的基礎(chǔ)，而本次設(shè)計(jì)，也算是一次實(shí)戰(zhàn)，把理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中，加深對(duì)單片機(jī)的認(rèn)識(shí)，學(xué)會(huì)如何轉(zhuǎn)換思維，為以后設(shè)計(jì)其他相關(guān)內(nèi)容奠定一定的基礎(chǔ)。1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及水平如今，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)出現(xiàn)了很多餐廳配備了自主點(diǎn)餐系統(tǒng)，但是對(duì)于菜品的配送，大部分餐廳仍然還是餐廳服務(wù)人員人工配送，只有少數(shù)餐廳已經(jīng)配備上了餐廳智能配送車。國(guó)內(nèi)智能配送機(jī)器人的最早出現(xiàn)是在2010年，山東濟(jì)南開(kāi)出了一家供應(yīng)自助火鍋的機(jī)器人餐廳，智能餐廳的實(shí)現(xiàn)是需要時(shí)間的，每一次的技術(shù)革新，都會(huì)為我們的生活帶了極大地便利?，F(xiàn)在因?yàn)樾鹿诜窝滓咔榈挠绊?，?guó)內(nèi)外很多餐廳長(zhǎng)期關(guān)店沒(méi)有進(jìn)行營(yíng)業(yè)，正是因?yàn)橐咔樵谌伺c人之間傳播速度很快，使得人們不會(huì)前往餐廳或者商場(chǎng)等人流量大的地方，餐廳智能配送車能夠有效地做到零接觸送餐，有效地避免了疫情的進(jìn)一步擴(kuò)散。近幾年來(lái)我國(guó)出現(xiàn)了一部分餐廳配備了送餐小車，目前國(guó)內(nèi)只有少部分的餐廳使用了送餐小車，并且大部分送餐小車是有軌電車，有軌電車的使用有效地降低了勞動(dòng)力成本，緩解了餐廳服務(wù)人員的工作壓力，但是浪費(fèi)了餐廳的空間。有軌電車常見(jiàn)于小餐廳中，占地面積較小，同時(shí)客流量比較少，有效地為人們提供了良好的服務(wù)，但是有軌電車仍然存在一些弊端，不能夠同時(shí)給多個(gè)顧客配送菜品，后一輛小車必須等待前一輛小車送餐完畢才能夠繼續(xù)進(jìn)行，所以有軌電車并不適用于大型餐廳。近些年來(lái)，在國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了各種“機(jī)器人餐廳”，店內(nèi)有著做菜機(jī)器人，送餐機(jī)器人以及迎賓機(jī)器人，有些餐廳賺的口袋滿滿，但是也有一些機(jī)器人餐廳早早關(guān)門(mén)倒閉了。目前市面上的大部分餐廳機(jī)器人都是通過(guò)軌跡或傳感帶來(lái)行走，這種模式會(huì)大大的提高送餐機(jī)器人的效率，但是這其中卻有一個(gè)最麻煩的問(wèn)題，當(dāng)餐廳人流量大時(shí)，餐廳機(jī)器人在行走過(guò)程當(dāng)中，只要有一個(gè)人站在它的前面，它就繞不過(guò)去了。除了產(chǎn)品功能上的缺陷以外，機(jī)器人餐廳最大的不足就是單價(jià)太貴了，一臺(tái)普通的智能送餐車可能需要一兩千，而一臺(tái)智能送餐機(jī)器人的價(jià)格就是配送車的好幾倍了。實(shí)現(xiàn)機(jī)器人餐廳最大的攔路虎就是產(chǎn)品造價(jià)太貴，修理以及維護(hù)太貴。在實(shí)際的使用中，餐廳智能配送車仍存在很多不足，用戶體驗(yàn)不足，環(huán)境適應(yīng)性不足。許多餐廳配送車都只能做一些簡(jiǎn)單的操作，并且大多時(shí)候都是沿著軌道走，餐廳面積不大，用餐高峰期時(shí)，人多擁擠易占用軌道。另外，系統(tǒng)也很容易死機(jī)，智能配送車的零件老化造成使用過(guò)程中頻發(fā)故障，維修師傅還需要隨時(shí)待命進(jìn)行維修。這個(gè)時(shí)候，餐廳的工作效率沒(méi)有提上去反而變成了累贅。正是因?yàn)槲覈?guó)的機(jī)器人技術(shù)還不夠成熟，智能配送車在實(shí)際的使用中仍有巨大的上升空間。中國(guó)人口的老齡化必然帶來(lái)的是中國(guó)各種行業(yè)成本的上升，智能化已經(jīng)成為我國(guó)現(xiàn)在發(fā)展的必然趨勢(shì)。餐廳的智能配送車給人們帶來(lái)了很好的服務(wù)，良好的服務(wù)證明了餐廳配送車順應(yīng)了時(shí)代發(fā)展的潮流，迎合了人們對(duì)于科技的需要。并不是每一次時(shí)代發(fā)展的產(chǎn)物都是對(duì)人類有著幫助，高科技產(chǎn)品的發(fā)展是否符合時(shí)代的創(chuàng)新，最常用的一個(gè)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)就是能否給人帶來(lái)更好的服務(wù)，更好的應(yīng)用于人。只有大眾認(rèn)可的高科技電子產(chǎn)品才是最符合時(shí)代的創(chuàng)新產(chǎn)品。

2總體設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)思路：本次設(shè)計(jì)是基于stm32單片機(jī)進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。stm32模塊負(fù)責(zé)總體控制，將各個(gè)模塊功能整合到一起，使配送車能夠正常運(yùn)行；通過(guò)紅外遙控可以控制配送車的工作，使工作人員能夠遠(yuǎn)程控制配送車的具體行駛路線；避障模塊以及語(yǔ)音模塊負(fù)責(zé)配送車正常行駛過(guò)程中的避障以及提醒；電源和電機(jī)模塊負(fù)責(zé)配送車的電源供應(yīng)以及動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，保證配送車有足夠的電量以及充足的動(dòng)氣。小車運(yùn)行采用的是兩個(gè)直流電機(jī)，分別控制兩個(gè)前輪，可以通過(guò)對(duì)于轉(zhuǎn)速的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)小車的移動(dòng)。主要功能：通過(guò)紅外遙控選擇路線，配送車將按規(guī)定路線行駛，當(dāng)配送車到達(dá)規(guī)定地點(diǎn)則停留片刻，并且通過(guò)語(yǔ)音模塊播報(bào)“顧客您好，您的菜品已送到，請(qǐng)取餐”等待顧客取餐，配送車先通過(guò)語(yǔ)音模塊播報(bào)“祝您用餐愉快”，隨后配送車原路返回出發(fā)點(diǎn)，方便下一次出餐。若行駛途中，配送車遇到障礙物，則配送車停止運(yùn)動(dòng)，語(yǔ)音模塊播報(bào)“正在送餐，請(qǐng)您讓一下路，謝謝”，若前方障礙消失，則配送車按原來(lái)規(guī)定路線繼續(xù)行駛。路線如圖。圖2.1路徑框圖2.2智能配送車的設(shè)計(jì)方案餐廳智能配送車采用模塊化的設(shè)計(jì)原則，配送車的總體設(shè)計(jì)方案如圖2.2所示，將該配送車分為六個(gè)模塊：stm32控制器、循跡模塊、語(yǔ)音模塊、電源與電機(jī)模塊、避障模塊和紅外遙控模塊。stm32控制器采用的是stm32f103芯片，該系列單片機(jī)芯片是意法半導(dǎo)體（ST）公司生產(chǎn)出品，其內(nèi)核是Cortex-M3；它不僅具有操作系統(tǒng)架構(gòu)高性能、低電壓以及低廉的系統(tǒng)占用功耗,同時(shí)仍然始終保持著操作系統(tǒng)架構(gòu)高集成度和操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)易的三大基本特點(diǎn),是各類中小項(xiàng)目以及完整平臺(tái)解決方案的理想選擇。電源與電機(jī)模塊是兩節(jié)3.7伏的14500鋰電池以及兩個(gè)直流電機(jī)組成，給配送車提供了充足的電量以及足夠的電力驅(qū)動(dòng)，可以通過(guò)控制轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)小車的移動(dòng)；語(yǔ)音模塊可以在指定情況下發(fā)出相應(yīng)的語(yǔ)音播報(bào)提示；避障模塊可以有效幫助小車規(guī)避障礙安全行駛，有效防止意外發(fā)生，保證了工作的安全性；紅外遙控模塊可以使工作人員通過(guò)遙控器來(lái)控制配送車的路徑。圖2.2設(shè)計(jì)框圖

3硬件設(shè)計(jì)3.1主控芯片3.1.1STM32F103相關(guān)功能介紹主控芯片是意法半導(dǎo)體（ST）公司出品的STM32F103芯片，該芯片內(nèi)核為Cortex-M3，高性能，低成本，低功耗，提供了很高的代碼效率。性價(jià)比很高，能夠充分滿足小項(xiàng)目或者已經(jīng)初學(xué)者的需求。該系列微處理器工作頻率為72MHz，內(nèi)置128K字節(jié)閃存和20K字節(jié)SRAM，具有豐富的通用I/O端口。如圖3.1所示。圖3.1stm32f103rct6原理圖3.1.2STM32F103RCT6引腳功能介紹（1）VBAT：VBAT給RTC相關(guān)備份管理區(qū)域之間供電,目的主要是在斷電時(shí)都能保證每個(gè)相關(guān)備份區(qū)域的所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)內(nèi)容有效,，一般用于連接從內(nèi)到外部的蓄電池。若不需要用到此功能，也可直接連接到VDD。（2）VREF+：可以通過(guò)直接進(jìn)行連接VDDA，也可接外部提供參考源就是可以內(nèi)接一個(gè)外部離子參考源，此時(shí)，需要接10nF陶瓷材料電容技術(shù)以及+1nF鉭電容；（3）PC13/PC14/PC15:它是一個(gè)內(nèi)置的模擬啟發(fā)器，只能經(jīng)由一定數(shù)量的電流,驅(qū)動(dòng)能力相對(duì)欠缺(不能用于點(diǎn)亮LED)，不能同時(shí)工作。進(jìn)入系統(tǒng)待機(jī)工作模式發(fā)展之后，PA0-WKUP引腳上的上升沿，作為系統(tǒng)在進(jìn)入等待工作狀態(tài)管理模式后自動(dòng)喚醒時(shí)的一個(gè)必要條件。（4）USART：CTS/RTS/CK/TX/RX，只需要使用TX/RX引腳可以實(shí)現(xiàn)異步通信，CK引腳可以實(shí)現(xiàn)同步通信。（5）TIMER：TIM1~TIM8，其中，TIM1/TIM8為高級(jí)管理控制定時(shí)器，TIM2~TIM5為普通定時(shí)器，TIM6/TIM7為基本定時(shí)器。。TIM1/TIM8：BKIN是一種故障信號(hào)，用于關(guān)閉TIM1的輸出，ETR用于外部觸發(fā)輸入引腳，可用于脈沖計(jì)數(shù)，CH1至CH4用于4輸入捕獲/PWM輸出信號(hào)，CH1/CH1N/CH2/CH2N/CH3N用于三相電機(jī)控制信號(hào)，以N為反向信號(hào)。TIM2~TIM5：ETR引腳的功能分析同上，CH1~CH4引腳的功能也同上；TIM6~TIM7:沒(méi)有外部引腳，只有內(nèi)部定時(shí)器功能。（6）I2S：I2S2/I2S3與SPI2/SPI3共用一個(gè)三個(gè)部分引腳，WS/NSS，CK/SCK，SD/MOSI，MCK與MISO不共用，I2S時(shí)序與SPI類似。（7）SDIO:對(duì)于一般應(yīng)用，僅使用四條數(shù)據(jù)線(D0~D3)和CMD/CK，分別代表控制線/時(shí)鐘線。3.2電源與電機(jī)模塊智能化的配送機(jī)采用了兩個(gè)直流減速電機(jī),可以由一個(gè)單片機(jī)的輸入來(lái)改變電機(jī)端的電平,即可對(duì)電機(jī)進(jìn)行方向的正或反轉(zhuǎn),從而直接實(shí)現(xiàn)電機(jī)的方向前進(jìn)或后退。直流減速電機(jī)就是在直流電機(jī)的基礎(chǔ)上,再加上一個(gè)配套的齒輪式減速箱。齒輪式傳動(dòng)減速箱的功能和作用就是,提供了較低的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速,較大力矩,在動(dòng)力方面提供了充足的保障。同時(shí),齒輪箱不同的傳動(dòng)減速比也能夠給齒輪提供各種不同的轉(zhuǎn)速與扭矩,提供多種選擇性方案,這就極大地增強(qiáng)了直流電機(jī)在我國(guó)工程與自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用。通常都是由專門(mén)的減速器制造工廠對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行集成和設(shè)計(jì)完畢后就可以成套地提供貨物,為了方便客戶直接使用。減速電機(jī)進(jìn)行廣泛應(yīng)用于鋼鐵企業(yè)行業(yè)、機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)等制造加工業(yè)。使用直流減速電機(jī)的兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)和節(jié)省了空間。在配送車的底板處安裝了5號(hào)兩節(jié)電池盒，采用的是兩節(jié)可充電的14500鋰電池。因?yàn)橄啾扔谄渌愋碗姵囟?，鋰電池具有重量輕、自放電少、放電性能優(yōu)越的三大優(yōu)點(diǎn)，因此在本次設(shè)計(jì)中，采用了鋰電池充當(dāng)電源。3.3紅外遙控模塊在本次設(shè)計(jì)中,對(duì)于紅外遙控配送小車的控制主要由紅外遙控儀器來(lái)實(shí)現(xiàn)造作,紅外遙控儀器的應(yīng)用是一項(xiàng)極其方便的技術(shù),它們可以直接通過(guò)紅外遙控器,遠(yuǎn)程控制智能配送車的各個(gè)部位。紅外遙控技術(shù)是一種用于無(wú)線、非接觸式自動(dòng)控制的技術(shù),該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在我國(guó)發(fā)育成熟并且廣泛應(yīng)用,這項(xiàng)遙控技術(shù)的主要特點(diǎn)就是信息傳遞可靠、功耗低、成本高、易于實(shí)現(xiàn)，在日常生活中已經(jīng)普遍應(yīng)用。紅外遙控技術(shù)由于其具有抗干擾能力強(qiáng)等顯著優(yōu)點(diǎn),紅外遙控被許多家用電子設(shè)備制造商特別是家用電器廣泛采用,并越來(lái)越多的應(yīng)用于計(jì)算機(jī)和智能手機(jī)系統(tǒng)中,紅外遙控技術(shù)也被認(rèn)為是目前最廣泛應(yīng)用的一種無(wú)線通信和遙控技術(shù)手段,給現(xiàn)代社會(huì)和人們的日常生活帶來(lái)了極大的方便。3.3.1紅外遙控的基本原理紅外遙控主要分為兩個(gè)部分，分別是發(fā)射電路部分以及接收電路部分。發(fā)射電路主要原理是發(fā)射出一種已經(jīng)經(jīng)過(guò)調(diào)制的紅外光微波,紅外光的微波在室內(nèi)空氣中通過(guò)光線傳播,傳至紅外光波接收電路;發(fā)射接收電路主要由紅外光接收二極管、三級(jí)連接管以及多晶硅紅外接收電池三大部分組成,它們把一個(gè)紅外光微波發(fā)射器所被調(diào)制發(fā)射的紅外光發(fā)射信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)信號(hào)相應(yīng)的紅外無(wú)線電發(fā)射信號(hào),再通過(guò)傳輸發(fā)送到一個(gè)采用后置的紅外放大器，從而獲得發(fā)射電路的指令。隨后將指令發(fā)送給stm32模塊，使配送車做出相應(yīng)的指令。發(fā)射控制電路通常由指令按鍵或者是操作杠、指令編碼系統(tǒng)、調(diào)制電路、驅(qū)動(dòng)控制電路和發(fā)射控制電路五大主要的組成部分共同構(gòu)造。例如,當(dāng)一個(gè)用戶按下載波指令的控制按鍵或者者只是簡(jiǎn)單地用一只手推動(dòng)一個(gè)載波的操作桿時(shí),指令信號(hào)的編碼調(diào)制系統(tǒng)就首先自動(dòng)地產(chǎn)生所對(duì)應(yīng)的載波指令信號(hào)編碼調(diào)制信號(hào),隨后由載波驅(qū)動(dòng)調(diào)制器的載波驅(qū)動(dòng)調(diào)控電路將載波指令信號(hào)的編碼轉(zhuǎn)換器作為調(diào)制電路信號(hào)的載波轉(zhuǎn)換器功率,再由載波驅(qū)動(dòng)調(diào)制電路對(duì)其信號(hào)進(jìn)行載波功率放大后由載波發(fā)射調(diào)制電路將載波經(jīng)調(diào)節(jié)器制定的載波指令信號(hào)編碼調(diào)制信號(hào)。接收器的控制電路一般情況包括是由接收放大器控制電路、放大器轉(zhuǎn)換電路、調(diào)制放大器轉(zhuǎn)換電路、指令信號(hào)翻轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)換編譯器控制電路、驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行控制電路、執(zhí)行和驅(qū)動(dòng)控制電路這些主要的部分共同設(shè)計(jì)組成,。功能與發(fā)射電路相對(duì)應(yīng)。3.3.2紅外遙控模塊的工作原理按下了遙控器的某一個(gè)功能鍵,遙控器的紅外一體化發(fā)射電路將會(huì)自動(dòng)地發(fā)出一連串經(jīng)過(guò)調(diào)制后的功能脈沖,隨后將功能脈沖信號(hào)送至接收電路,這個(gè)功能脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)紅外一體化模塊的接收后,在紅外一體化接受電路中進(jìn)行轉(zhuǎn)化,最后將其輸出一個(gè)被解調(diào)后的數(shù)字脈沖,每個(gè)功能脈沖都是相應(yīng)于不同的脈沖,故接受電路就有了能夠準(zhǔn)確地辨認(rèn)和判斷出不同的功能脈沖。識(shí)別到不同的按鍵。其發(fā)射以及接受原理圖如下圖所示。圖3.3.1.1紅外發(fā)射以及接收原理采用脈寬調(diào)制的串行碼，以脈寬為0.565ms、間隔0.56ms、周期為1.125ms的組合可以表示一個(gè)二進(jìn)制的“0”；以脈寬為0.565ms、間隔1.685ms、周期為2.25ms的組合進(jìn)行表示通過(guò)二進(jìn)制的“1”，其波形設(shè)計(jì)如圖分析所示。圖3.3.1.2波形圖由于信號(hào)發(fā)射控制電路所用的需要編碼產(chǎn)生的每個(gè)遙控器編碼組一般采用連續(xù)32位的模擬二進(jìn)制信號(hào)編碼元數(shù)組,其中前16位編碼可以直接作為一個(gè)表上標(biāo)有遙控用戶信號(hào)指示編碼信號(hào)的用戶識(shí)別器編碼,與其使用相應(yīng)的信號(hào)接收控制電路相同,能夠?qū)Σ煌盘?hào)種類的遙控電器設(shè)備之間編碼進(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)分,防止各個(gè)遙控機(jī)種的不同遙控器編碼互相之間轉(zhuǎn)換造成相互干擾。紅外接收頭能夠自行解調(diào)單片機(jī)所接受到的指令和信號(hào),并且獲取到與指令發(fā)射代碼相對(duì)應(yīng)的一個(gè)接收串行碼,隨后把指令送給單片機(jī)。3.4避障模塊本次項(xiàng)目中，考慮到餐廳環(huán)境比較復(fù)雜，人流量較多。實(shí)驗(yàn)采用的是超聲波傳感器構(gòu)成的避障模塊，相對(duì)于紅外傳感器，超聲波傳感器的優(yōu)點(diǎn)是不易受到環(huán)境影響，安裝簡(jiǎn)易，價(jià)格便宜，可以快速感知物體的存在，能夠有效地防范各種障礙，提供了充分的安全性保障。3.4.1超聲波避障原理介紹本次實(shí)驗(yàn)中采用的是HC-SR04超聲波測(cè)距模塊，它可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度最高可達(dá)3mm，該模塊超聲波音頻測(cè)距控制模塊由一個(gè)超聲波音頻信號(hào)采集發(fā)射器、接收器和控制器及設(shè)備連接裝置與超聲自動(dòng)化檢測(cè)控制電路等三個(gè)部分共同組成。該模塊原理圖如下圖所示。圖3.4.1.1超聲波模塊原理圖利用超聲波測(cè)距模塊測(cè)距，可以有效檢測(cè)到前方是否存在障礙物以及障礙物的距離，隨后將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋給單片機(jī)，再有單片機(jī)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速就可以實(shí)現(xiàn)避障功能。3.4.2超聲波避障模塊設(shè)計(jì)在本次項(xiàng)目中，為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)以及調(diào)試，智能配送車避障模塊的設(shè)計(jì)采用了一種簡(jiǎn)單的解決辦法。配送車遇到障礙物之后先停車隨右轉(zhuǎn)向行駛，繞開(kāi)障礙物后向前行駛，如果再次檢測(cè)到障礙物，將再次停車向后轉(zhuǎn)彎行，多次調(diào)整直至繞過(guò)障礙物，駛越過(guò)障礙物之后向左行駛回到原來(lái)行駛路線。這個(gè)避障的設(shè)計(jì)并不能保證對(duì)所有的障礙物布局情況都能夠做到有效的避障，但是對(duì)于大部分障礙物都能夠?qū)崿F(xiàn)順利避障。障礙物的檢測(cè)距離以及配送車轉(zhuǎn)向時(shí)的速度以及時(shí)間等因素仍存在部分誤差。3.5語(yǔ)音模塊本次實(shí)驗(yàn)采用的語(yǔ)音模塊是CN-TTS模塊，該模塊是一款高集成度的語(yǔ)音合成模塊，可實(shí)現(xiàn)中文、英文、數(shù)字的語(yǔ)音合成；并且支持用戶的命令詞或提示音的定制需求。該模塊支持中文GBK編碼集；支持大、小寫(xiě)英文字母。該模塊采用的是UART通訊方式，UART串口支持9600bps，發(fā)什么報(bào)什么，簡(jiǎn)單易用。同時(shí)，該模塊還支持狀態(tài)顯示，可以通過(guò)用戶的控制器能夠清楚地了解模塊是否正在合成播報(bào)，還是空閑狀態(tài)。在語(yǔ)音模塊中，一共設(shè)定了三種語(yǔ)音播報(bào)。第一種情況的語(yǔ)音播報(bào)是配送車在遇到障礙物的情況下，配送車停止運(yùn)行，語(yǔ)音模塊發(fā)出“正在送餐，請(qǐng)您讓一下路，謝謝”；第二種情況是當(dāng)配送車到達(dá)指定餐桌時(shí)，語(yǔ)音模塊會(huì)發(fā)出“顧客您好，您的菜品已送到，請(qǐng)取餐”；第三種情況是當(dāng)顧客取餐后點(diǎn)擊配送車上確認(rèn)按鍵，配送車將會(huì)發(fā)出語(yǔ)音“祝您用餐愉快”并且原路返回至出發(fā)點(diǎn)。3.6循跡模塊本項(xiàng)目中循跡模塊采用的是雙路循跡模塊，通過(guò)兩個(gè)ITR20001傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)路面狀況并且將所得數(shù)據(jù)傳輸給LM393，兩個(gè)傳感器分別置于小車底部前段。該傳感器具有受外界干擾程度較低、實(shí)用性較強(qiáng)以及成本較低的優(yōu)點(diǎn)。模塊處于小車底部，距離地面高度合適，可以達(dá)到很好的檢測(cè)效果。相對(duì)于使用一個(gè)傳感器，雙路循跡模塊更具有優(yōu)勢(shì)，能夠獲取更多的道路信息，更早的判斷出道路的走向，在一定程度上彌補(bǔ)了檢測(cè)精度低的缺點(diǎn)。雙路循跡電路原理圖如下。圖3.6.1雙路循跡電路原理圖該模塊的工作原理如下，紅外線發(fā)射管發(fā)出紅外線，檢測(cè)到黑色物體時(shí)，由于黑色對(duì)于光線的吸收率較高，所以大部分紅外線被吸收，光電接收管只能接受到很少的光線，此時(shí)光電接收管對(duì)外的等效阻值就會(huì)很大，比較器LM393的同向輸入端的電壓值就會(huì)高于反向輸入端的電壓，經(jīng)過(guò)比較就會(huì)輸出得到高電平。在初始狀態(tài)下，黑線應(yīng)位于兩傳感器中間，此時(shí)兩個(gè)傳感器分別都檢測(cè)到黑線，當(dāng)遙控器發(fā)出指令時(shí)，小車就會(huì)開(kāi)始前進(jìn)進(jìn)行送餐。當(dāng)小車從中間逐漸往左偏離軌道黑線時(shí)，即黑線在小車的右邊部分，此時(shí)只有右側(cè)的傳感器能夠檢測(cè)到黑線，配送車應(yīng)該右移動(dòng)直至左側(cè)傳感器重新檢測(cè)到黑線。若小車從中間逐漸向右逐漸偏軌道黑線時(shí)，此情況與上述情況相反，則配送車應(yīng)該向左移動(dòng)直至右側(cè)傳感器重新檢測(cè)到黑線。

4軟件設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)是通過(guò)keil5軟件編寫(xiě)完成的，在大學(xué)期間，我們進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)課，都是通過(guò)應(yīng)用keil5軟件完成一系列的實(shí)驗(yàn)，對(duì)于該軟件的使用有著一定的了解。KeiluVision5是一款具有專業(yè)技術(shù)實(shí)用的c語(yǔ)言進(jìn)行應(yīng)用分析軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)企業(yè)管理信息系統(tǒng)，提供了軟件編譯器、編輯軟件包、安裝包及軟件調(diào)試包的跟蹤,主要功能是因它新增了安裝包包和管理器等軟件功能,支持LWIP，其SWD下載速度發(fā)展也是KEIL4的大概5倍。它主要采用一種便于瀏覽全新且靈活的窗體相關(guān)信息實(shí)時(shí)管理操作系統(tǒng),用戶在進(jìn)行設(shè)計(jì)工作過(guò)程中完全可以隨意性地利用這個(gè)管理系統(tǒng),并且同時(shí)通過(guò)一或兩個(gè)臺(tái)式的窗體監(jiān)視器對(duì)其在設(shè)計(jì)工作流程中所有相關(guān)窗體信息可以實(shí)時(shí)進(jìn)行查看。以此用戶可以在最短的時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)最多的錯(cuò)誤問(wèn)題。uVision5同時(shí)兼容以前的版本，以前的工作建設(shè)項(xiàng)目管理同樣我們可以在MDKv5上進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，MDKv5同時(shí)加強(qiáng)了針對(duì)Cortex-M微控制器開(kāi)發(fā)的支持，并且還對(duì)于以前傳統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)操作模式和傳統(tǒng)用戶操作界面設(shè)計(jì)操作方法等都進(jìn)行了重大升級(jí),將其功能劃分分成為兩個(gè)部分，MDKCore和SoftwarePacks。4.1主程序設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，主程序流程如下圖4.1所示，對(duì)配送車通電之后，首先初始化單片機(jī)，隨后根據(jù)紅外遙控按鍵是否按下，決定配送車的工作路線。隨后配送車進(jìn)行工作，送餐完畢后顧客點(diǎn)擊確認(rèn)鍵，小車返回出發(fā)點(diǎn)。如果遇到障礙物，配送車將進(jìn)行相應(yīng)的語(yǔ)音播報(bào)，若障礙物沒(méi)有消失配送車隨后開(kāi)始避障。避障流程如下圖4.2所示。圖4.1主程序流程圖圖4.2避障流程圖

4.2配送車運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)配送車運(yùn)動(dòng)流程如下圖4.2所示，配送車通電之后，首先，單片機(jī)初始化，隨后，待遙控發(fā)出指令。配送車紅外接收器接收到信號(hào)，配送車開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，車輛勻速直行，到達(dá)岔路口時(shí)，配送車拐彎，隨后到達(dá)餐桌處并且播報(bào)語(yǔ)音。等待顧客取餐后，小車隨后原路返回，最后返回出發(fā)點(diǎn)。在配送車行駛期間，若配送車前方出現(xiàn)障礙物，配送車停止運(yùn)行，同時(shí)播報(bào)相應(yīng)的語(yǔ)音內(nèi)容，隨后開(kāi)始自主避障，避障完成之后，配送車按原路線繼續(xù)行駛。行駛結(jié)束后，等待下一次指令。圖4.2運(yùn)動(dòng)流程程圖4.3配送路徑設(shè)計(jì)小車的配送路徑由紅外遙控決定，智能配送車通電以后，工作人員使用紅外遙控器選定小車工作路線，共有四種路線可以選擇分別由紅外遙控四個(gè)按鍵所控制。按下按鍵之后配送車紅外接收收到命令，隨后開(kāi)始工作。流程如下圖4.3所示。圖4.3配送路徑流程圖

5調(diào)試5.1硬件調(diào)試硬件調(diào)試和軟件調(diào)試都是單片機(jī)應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中不可忽視的部分，通過(guò)軟件調(diào)試，能夠直接發(fā)現(xiàn)硬件所存在的一系列問(wèn)題和缺陷，因此，在開(kāi)發(fā)和運(yùn)用單片機(jī)的過(guò)程當(dāng)中，需要充分的應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，從而完善餐廳智能配送車的功能特點(diǎn)。硬件調(diào)試，需要使用一些工具（例如萬(wàn)用表），檢查各個(gè)部分的電路連接是否有問(wèn)題，仔細(xì)比對(duì)電路圖，對(duì)比相應(yīng)位置元器件的型號(hào)、查看安裝方式（例如正負(fù)極是否連接正確）等，排除元器件焊接錯(cuò)誤等問(wèn)題。其次，電路板上電之后再檢測(cè)各個(gè)焊接點(diǎn)、器件之間的電位是不是處于正常范圍。最后，就是進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，主要查看I/O口、晶振電路、復(fù)位電路等是否有誤，如若有誤，可以及時(shí)改正。此處調(diào)試應(yīng)在電路板上電之前進(jìn)行，首先是對(duì)比電路圖，仔細(xì)對(duì)比元器件型號(hào)、正負(fù)極是否有錯(cuò)誤，檢查無(wú)誤后，可使用萬(wàn)用表等工具的，對(duì)電路進(jìn)行檢測(cè)，在確定不存在短路、斷路、焊接不穩(wěn)導(dǎo)致接觸不良等問(wèn)題后，就可以上電，看看整體電路是否有誤，各個(gè)器件、各個(gè)電位點(diǎn)是否有誤（電壓過(guò)高或者過(guò)低都會(huì)對(duì)后續(xù)的調(diào)試步驟產(chǎn)生影響），特別是單片機(jī)的各個(gè)輸出端口的電位，若發(fā)現(xiàn)有器件損壞，也應(yīng)及時(shí)更換。在確認(rèn)上述步驟的各個(gè)環(huán)節(jié)無(wú)誤之后，就可以把信號(hào)接口連接起來(lái)，開(kāi)始準(zhǔn)備進(jìn)行軟件調(diào)試的環(huán)節(jié)。5.2軟件調(diào)試在硬件調(diào)試環(huán)節(jié)結(jié)束，確認(rèn)無(wú)誤后，此時(shí)，我們就可以進(jìn)入到軟件調(diào)試的環(huán)節(jié)。將接口接好，再進(jìn)行后續(xù)調(diào)試。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)是分為一定的模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)的，所以，首先要調(diào)試好各個(gè)模塊的程序。在調(diào)試各個(gè)模塊子程序時(shí)，要注意的一點(diǎn)是，確保符合出、入口的條件以及狀態(tài)。當(dāng)各個(gè)模塊子程序調(diào)試好之后，就可以進(jìn)行程序總調(diào)試。但是，僅進(jìn)行了程序的軟件調(diào)試，我們并不能使智能配送車到達(dá)我們需要的效果，各個(gè)模塊的程序以及具體語(yǔ)句能否如實(shí)的將配送車的功能展現(xiàn)出來(lái)才是關(guān)鍵。單純的進(jìn)行硬件以及軟件調(diào)試，并不能發(fā)現(xiàn)所有的問(wèn)題，各個(gè)模塊程序中的數(shù)據(jù)還需要經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)物調(diào)試，才能得到我們所需要的數(shù)據(jù)。智能配送車的各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)參數(shù)我們需要在綜合調(diào)試中才能夠獲取。5.3綜合調(diào)試當(dāng)硬件以及軟件調(diào)試結(jié)束之后，隨后就可以進(jìn)行對(duì)于餐廳智能配送車的綜合調(diào)試，將各個(gè)模塊的程序分批多次燒錄至智能配送車的主控芯片。使用紅外遙控器，檢查配送車各項(xiàng)功能是否完整，對(duì)于配送車的每一項(xiàng)數(shù)據(jù)都要實(shí)時(shí)記錄下來(lái)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)將配送車各個(gè)模塊的程序進(jìn)一步地完善。當(dāng)然，就算之前各個(gè)模塊子程序調(diào)試都通過(guò)了，但是在整體調(diào)試時(shí)，也還是會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，比如程序正確但是配送車不能正常運(yùn)行等。5.3.1模塊調(diào)試首先檢測(cè)超聲波測(cè)距傳感器的測(cè)量距離，將超聲波探頭朝向墻壁，使發(fā)出的超聲波能夠被接收器檢測(cè)到，測(cè)量超聲波測(cè)距的有效距離并且調(diào)試，經(jīng)過(guò)多次測(cè)量以及修正，本項(xiàng)目中超聲波測(cè)距傳感器測(cè)距距離為10cm。由于配送車是先停車隨后進(jìn)行避障，所以該距離較為合適。其次是對(duì)于電機(jī)的調(diào)試，配送車通電后，電機(jī)正常運(yùn)行，配送車向前移動(dòng)，由于焊接以及電機(jī)轉(zhuǎn)軸等物理因素難以修正，配送車直線行駛會(huì)向左偏離直線。多次測(cè)量，改變單個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得配送車能夠正確直線行駛。對(duì)于雙路循跡模塊調(diào)試，在地面上用黑色電膠帶設(shè)定好行駛路徑，啟動(dòng)配送