《基于單片機(jī)的送餐機(jī)器人定位功能設(shè)計(jì)》9800字（論文）

基于單片機(jī)的送餐機(jī)器人定位功能設(shè)計(jì)摘要在科技智能化高速發(fā)展的浪潮下，社會(huì)生活幾乎都與通信智能相關(guān)聯(lián),人們對餐飲設(shè)施智能化的重視程度也越來越高。在如今高壓力、快節(jié)奏的生活中，智能便捷、溫馨舒適的生存環(huán)境讓人們愈加憧憬?，F(xiàn)代社會(huì)，人工智能不斷發(fā)展，在餐飲設(shè)施中也相應(yīng)誕生了送餐機(jī)器人等智能化設(shè)備，送餐機(jī)器人能夠大大提高服務(wù)行業(yè)的服務(wù)質(zhì)量以及服務(wù)效率，減短點(diǎn)餐時(shí)所耗費(fèi)的時(shí)間，節(jié)省人力物力成本，優(yōu)化業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)，具有智能、高效、便捷等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)從送餐機(jī)器人自動(dòng)尋跡定位的功能出發(fā)，完成了一種智能化送餐系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)流程，介紹了軌道設(shè)計(jì)中對于硬件電路系統(tǒng)以及軟件編程的搭建。送餐機(jī)器人軌道設(shè)計(jì)原理主要分為兩種：紅外傳感式和電磁式，本設(shè)計(jì)選用AT89C51單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主控電路，通過設(shè)計(jì)流水燈式的亮燈引導(dǎo)軌道，實(shí)現(xiàn)送餐機(jī)器人運(yùn)行目標(biāo)定位，傳感器實(shí)時(shí)檢測并接收軌道有效信號(hào)狀態(tài)，機(jī)器人按照軌道指引到達(dá)目標(biāo)位置，完成送餐和返回的過程。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，智能便捷，實(shí)踐性強(qiáng)，設(shè)計(jì)靈活。關(guān)鍵詞：送餐機(jī)器人；智能化技術(shù)目錄 4 2 3 3 3 4 4 4 42.1送餐機(jī)器人設(shè)計(jì)方案一：電磁式軌道設(shè)計(jì) 42.1.1主要技術(shù)條件 42.1.2工作原理 42.2送餐機(jī)器人軌跡設(shè)計(jì)方案二：傳感式軌道設(shè)計(jì) 52.2.1主要技術(shù)條件 52.2.2工作原理 52.3機(jī)器人軌道設(shè)計(jì) 52.3.1流水燈原理 6 73.18255可編程并行口芯片 73.2.系統(tǒng)設(shè)計(jì) 83.2.1最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 83.2.2按鍵連接電路設(shè)計(jì) 93.2.3主程序流程圖 103.2.4按鍵掃描子程序 113.3軟件分析 123.4系統(tǒng)運(yùn)行 133.4.1送餐功能仿真模擬過程 133.4.2返回功能仿真模擬過程 14 165.總結(jié)及展望 185.1總結(jié) 185.2展望 18參考文獻(xiàn) 19目前我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人們對物質(zhì)生活及精神生活的需要不斷提高，人們對餐飲行業(yè)的服務(wù)質(zhì)量的要求不斷提高，但是隨著餐飲行業(yè)的火爆，點(diǎn)餐人數(shù)不斷增多，傳統(tǒng)餐廳的點(diǎn)餐模式顯然已經(jīng)跟不上時(shí)代的需求，這時(shí)候送餐機(jī)器人的相應(yīng)出現(xiàn)，極大地改變了傳統(tǒng)餐飲行業(yè)排隊(duì)困難，點(diǎn)餐困難的問題，通過定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)確的送餐以及點(diǎn)餐服務(wù)。可以說,送餐機(jī)器人的發(fā)明和出現(xiàn)為現(xiàn)在餐飲企業(yè)帶來了一個(gè)最大的幸運(yùn)感?，F(xiàn)在隨著人口紅利的繼續(xù)向前看漲,許多地區(qū)都面臨著招工難的情況。眾多企業(yè)對于工程機(jī)器人產(chǎn)品的市場需求極其龐大,同樣的情況下,餐飲業(yè)也會(huì)遇到類似的問題。服務(wù)員的工作雖然簡便,但是他們所處的工作環(huán)境中卻要能夠看到客人的臉色,又必須能夠忍受自己去收拾一些客人使用過的飯菜和餐具。所以餐飲服務(wù)員很難得到招聘,這根本就是目前餐飲行業(yè)最頭疼的一件事。"服務(wù)員行業(yè)目前的年齡階段一般都是二十歲以上的年輕人群體為主,而且他們中的年輕人通常都很少,因此工作不穩(wěn)定,換了一份工作的時(shí)間和效率極其之高,這就給餐館帶來許多的麻煩和巨大的成本損失。"這可能正是目前我國餐飲業(yè)快速發(fā)展中共同面臨遇到的一個(gè)尷尬現(xiàn)象。送餐式喂食機(jī)器人不但他們沒有任何痛苦感,而且也不會(huì)輕易讓他們內(nèi)心產(chǎn)生任何不良情緒。這樣的管理特質(zhì)對于一家飯店而言既好用于管理,又一定能很好收拾。"沒有情感"還可能不是星級(jí)餐廳問題送飯送菜機(jī)器人如此廣泛成為流行的主要構(gòu)成原因,更大的突出之處就表現(xiàn)在于,一臺(tái)送飯送餐機(jī)器人的產(chǎn)品銷量和市場售價(jià)己經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)接近一個(gè)星級(jí)餐廳全職員工一年的平均工作薪水。送餐服務(wù)機(jī)器人也在快速的變化發(fā)展中,已經(jīng)進(jìn)一步地不斷經(jīng)歷著迭級(jí)換代和不斷更替,現(xiàn)在用于我國現(xiàn)場市面上的絕大多數(shù)自動(dòng)送餐服務(wù)機(jī)器人都僅僅是已經(jīng)具有自由移動(dòng)和無人駕駛的兩種功能,它們只是已經(jīng)具備在其他使用者自己指定的工作地方或指定區(qū)域內(nèi)自由行走,到達(dá)其他使用者自己指定的工作地方或指定位置。在每次機(jī)器人進(jìn)入一個(gè)工作模式時(shí),機(jī)器人就已經(jīng)可以準(zhǔn)確地知道當(dāng)前的方向和位置,并且它可以通過自主地將運(yùn)動(dòng)的方向傳遞給目標(biāo)地點(diǎn)。機(jī)器人在我們身邊的出現(xiàn)也許是一件新鮮的事兒,如果你所居住的是城市里只要有一家大型餐館已經(jīng)使用過了送飯的機(jī)器人,是不是它們就可以直接吸引很多年輕人的注意力,然后這些年輕人就一定會(huì)對它們充滿好奇心,去他們的大型餐館或者地方去看看這個(gè)送餐的機(jī)器人究竟是怎樣才能給年輕人送餐的。那么往后這家餐館的營業(yè)額必然會(huì)呈現(xiàn)出直線式地向上和猛漲。我們傳統(tǒng)的餐飲行業(yè)，通過人工進(jìn)行記賬點(diǎn)餐的方式，在點(diǎn)餐過程中，難免會(huì)存在記錯(cuò)或者是寫錯(cuò)菜單的情況，其導(dǎo)致的往往是難以修改菜單的菜品，使得人們平白遭受損失。這推動(dòng)了無線點(diǎn)餐技術(shù)的出現(xiàn)，無線點(diǎn)餐的技術(shù)伴隨著送餐機(jī)器人的誕生而變得完善起來，餐廳點(diǎn)餐自動(dòng)化是必然的趨勢，這節(jié)省了極大的人力、物力以及財(cái)力。能夠?qū)⑵髽I(yè)的利益最大化，而使成本變低，同時(shí)也為客戶提供了更好的服務(wù)水平。送餐機(jī)器人是一種能夠按照系統(tǒng)指定的路線為客戶進(jìn)行送餐服務(wù)的移動(dòng)機(jī)器人，其往往通過傳感器以及信號(hào)處理電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置等組成，往往還涉及到了自動(dòng)判斷控制裝置等技術(shù)，送餐機(jī)器人能夠自己對地面狀況進(jìn)行分析，并且能做到及時(shí)的信息反饋以及自動(dòng)行駛。這也是送餐機(jī)器人在餐飲行業(yè)大量使用的原因。其能夠大大的提高顧客的回頭率，降低點(diǎn)餐的失誤率。因此，送餐機(jī)器人具有廣泛的應(yīng)用前景，以及應(yīng)用空間，是我們應(yīng)當(dāng)進(jìn)行研究的對象。送餐機(jī)器人本質(zhì)上就是循跡機(jī)器人，其不僅僅能夠運(yùn)用于送餐上，還能夠應(yīng)用于軍事以及醫(yī)療等方面的行業(yè)，確有很廣泛的市場前景。送餐機(jī)器人的定位功能所使用的技術(shù)主要依靠無線電通信，其通過對無線發(fā)射電路的設(shè)計(jì)，將菜譜等指令輸入到機(jī)器人的電路系統(tǒng)當(dāng)中，然后電路系統(tǒng)通過自動(dòng)保存以及進(jìn)入將菜譜進(jìn)行記憶，當(dāng)客戶通過掃描二維碼進(jìn)行點(diǎn)餐時(shí)，送餐機(jī)器人通過無線電通信技術(shù)切收到相應(yīng)的信號(hào)，從而完成點(diǎn)餐的工作，并且發(fā)出相應(yīng)的送餐指令。并且送餐機(jī)器人的無線電通訊要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的雙向信息傳輸。并且在無線電通訊過程當(dāng)中，必須要克服各種影響因素的影響，及時(shí)的接收送餐指令以及位置提示。定位功能之所以依靠無線電通訊，就是通過無線電接收客戶的點(diǎn)餐信息，以及點(diǎn)餐點(diǎn)的位置代碼，然后將無線電通訊的位置代碼在進(jìn)行接收，從而確定客戶的位置，做到及時(shí)準(zhǔn)確的送餐服務(wù)。在送餐機(jī)器人定位尋址的過程當(dāng)中，通過接收信息，然后反饋給控制機(jī)器人所使用的模糊控制算法，從而找到準(zhǔn)確的點(diǎn)餐位置，并且在地上會(huì)有相應(yīng)的前進(jìn)軌道，通過軌道上的路徑可以及時(shí)的分析是否到達(dá)了指定的位置。我們要想實(shí)現(xiàn)送餐機(jī)器人的自動(dòng)駕駛，就必須要安裝各類的傳感器，讓送餐機(jī)器人通過自動(dòng)感知周圍的環(huán)境以及位進(jìn)行信號(hào)的處理，而這就要依靠于傳感器技術(shù)，傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)傳輸指令的自動(dòng)處理，在送餐機(jī)器人運(yùn)行過程當(dāng)中，傳感器能夠及時(shí)的檢測位置信息，并且將其傳送到送餐機(jī)器人的電路系統(tǒng)當(dāng)中，從而讓松成機(jī)人進(jìn)行軌跡的修正，傳感器進(jìn)行檢測信號(hào)的處理，能夠保證機(jī)器人按照正常的軌跡行駛。并且通過傳感器，機(jī)器人其實(shí)或許周圍的障礙信息，能夠及時(shí)的對障礙進(jìn)行規(guī)避以及處理，從而避免了機(jī)器的損壞或者是其他風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，這也是傳感器應(yīng)用于智能機(jī)器送餐服務(wù)的重要性。我們在餐廳中會(huì)看到送餐機(jī)器人會(huì)進(jìn)行迎賓服務(wù)，而迎賓服則要依靠傳感系統(tǒng)的幫助，當(dāng)送餐機(jī)器人感受到有人進(jìn)入到傳感范圍之后，就會(huì)自動(dòng)尋跡進(jìn)行迎賓模式，播放出相應(yīng)的語音視頻等等。暖氣通常有紅外線傳感器力傳感器和超聲波傳感器等組成，其通過不同功能的傳感器相互配合，從而實(shí)現(xiàn)智能化的服務(wù)水平，讓送餐技能能夠?qū)χ車沫h(huán)境信息得到更好的掌握。這也是送餐機(jī)器人進(jìn)行位置定位功能的關(guān)鍵，只有通過傳感器確定相應(yīng)的環(huán)境，才能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。運(yùn)動(dòng)定位控制技術(shù)主要是通過人工的控制，手動(dòng)對機(jī)器人進(jìn)行操作，并且編寫相應(yīng)的程序。人們通過對送餐機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡的主動(dòng)調(diào)控，可以讓送餐機(jī)器人及時(shí)準(zhǔn)確的將菜品送到指定的位置。送餐機(jī)器人定位功能的運(yùn)用，主要是我要著送餐機(jī)器人的送餐流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，送餐機(jī)器人的生產(chǎn)流程主要包括了送餐，送盤這兩個(gè)個(gè)過程。送餐機(jī)器人完整的送餐流程是這樣的，當(dāng)客人點(diǎn)完餐，由人將菜品放到機(jī)器人的托盤上，并輸入所屬桌次信息,然后機(jī)器人走到相應(yīng)位置，顧客將菜取走。當(dāng)菜品取走后顧客觸碰返回按鈕，完成一次送餐[20]。隨著科技水平的不斷發(fā)展，智能化機(jī)器人出現(xiàn)在我們?nèi)粘Ｉ钪惺潜厝坏内厔?，并且智能化機(jī)器人的需求不斷的提高，送餐機(jī)器人是餐飲行業(yè)不斷發(fā)展的產(chǎn)物，也是為了提高在行業(yè)服務(wù)質(zhì)量及服務(wù)效率的關(guān)鍵舉措，在面對日常復(fù)雜且繁重的送餐工作當(dāng)中，送餐氣人所體現(xiàn)出來的優(yōu)點(diǎn)是人工所比擬不了的，我們要不斷地加強(qiáng)對智能型服務(wù)機(jī)器人的研究，并且不斷的改良我們的技術(shù)條件，為我們生活帶來更大的便捷，也推動(dòng)人類社會(huì)的不斷發(fā)展。2.1送餐機(jī)器人設(shè)計(jì)方案一：電磁式軌道設(shè)計(jì)2.1.1主要技術(shù)條件采用新型三軸電磁驅(qū)動(dòng)軌道的軌道傳動(dòng)檢測和設(shè)計(jì)原理，機(jī)器人提取系統(tǒng)單元由2個(gè)共同部分構(gòu)成。自動(dòng)提取控制系統(tǒng)單元和自動(dòng)再生控制單元由托盤、車床、螺絲、螺母、直線軸承、馬達(dá)控制部件等構(gòu)成，自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)的控制驅(qū)動(dòng)單元由電機(jī)驅(qū)動(dòng)、磁鐵軌道、自動(dòng)導(dǎo)航和速度傳感器等模塊構(gòu)成。2.1.2工作原理機(jī)器人沿著巡線方向行走導(dǎo)航系統(tǒng)主要采用的原理是縱向電磁軌道平行導(dǎo)航軌道橫向運(yùn)動(dòng)沿著巡線方向行走系統(tǒng)原理,通過被固定安裝在底部一個(gè)磁盤的縱向?qū)Ш杰壍肋\(yùn)動(dòng)巡線傳感器的磁導(dǎo)引沿著位于美國一家餐廳一樓陽臺(tái)上在地面頂部磁盤鋪設(shè)的一條縱向電磁軌道運(yùn)動(dòng)平行軌道沿著巡線方向行走。機(jī)器人在汽車的主動(dòng)底座上已經(jīng)安裝了所有兩個(gè)副主動(dòng)輪和一個(gè)新的從屬主動(dòng)輪。兩主動(dòng)式的輪子和電機(jī)同向正向左右運(yùn)轉(zhuǎn)和高速同向反轉(zhuǎn)左右轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)可分別同時(shí)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)兩輛餐車機(jī)器人同時(shí)進(jìn)行餐車前進(jìn)和同時(shí)驅(qū)動(dòng)餐車后退,兩個(gè)輪子的電機(jī)反向高速左右轉(zhuǎn)動(dòng)則分別可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)差速同向左右轉(zhuǎn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)兩輛餐車機(jī)器人的高速左右轉(zhuǎn)彎同向高速運(yùn)動(dòng);同時(shí)若發(fā)現(xiàn)餐車行駛軌道上有人或其他的嚴(yán)重交通安全障礙物,餐車兩位駕駛員的機(jī)器人操控系統(tǒng)首先會(huì)通過內(nèi)置紅外線遠(yuǎn)程近距離圖像探測器由傳感器語音和光距離探測器首先找到這些交通障礙物,然后對其位置進(jìn)行自動(dòng)控制語音和遠(yuǎn)距離探測提示。2.2送餐機(jī)器人軌跡設(shè)計(jì)方案二：傳感式軌道設(shè)計(jì)2.2.1主要技術(shù)條件所有高于絕對零度（-273.15℃）的物質(zhì)都會(huì)向外部空間產(chǎn)生一種電磁輻射波，即\t"/article/88/142/2019/_blank"紅外線，利用紅外線的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)檢測及通信的功能應(yīng)用為紅外傳感技術(shù)。2.2.2工作原理本系統(tǒng)設(shè)計(jì)多個(gè)光電二極管，紅外發(fā)光二極管發(fā)射一定強(qiáng)度的紅外線照射物體，紅外光敏三極管在接收到反射回來的紅外線后導(dǎo)通，發(fā)出一個(gè)電平跳變信號(hào)。此套紅外光電傳感器固定在底盤前沿，貼近地面[3]。正常行駛時(shí)，發(fā)射管發(fā)射紅外光照射地面，光線經(jīng)白紙反射后被接收管接收，輸出高電平信號(hào),機(jī)器人經(jīng)過黑線時(shí),發(fā)射端發(fā)射的光線被黑線吸收，接收端接收不到反射光線，傳感器輸出低電平信號(hào)后送AT89c51單片機(jī)處理,判斷執(zhí)行行走或停止的預(yù)先編制[9]。紅外傳感模塊對環(huán)境光線適應(yīng)能力強(qiáng)，其具有一對紅外線發(fā)射與接收管，發(fā)射管發(fā)射出一定頻率的紅外線，當(dāng)檢測方向遇到反射面時(shí)，紅外線反射回來被接收管接收，經(jīng)過比較器電路處理之后，信號(hào)輸出接口輸出數(shù)字信號(hào)(一個(gè)低電平信號(hào)），可通過電位器旋鈕調(diào)節(jié)檢測距離，有效距離范圍2~30cm，工作電壓為3.3V-5V[16]。該傳感器的探測距離可以通過電位器調(diào)節(jié)、具有干擾小、便于裝配、使用方便等特點(diǎn)。由于本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)靈活，相對來說紅外傳感技術(shù)是較為合適的，故本設(shè)計(jì)選擇傳感式設(shè)計(jì)為最終的軌道設(shè)計(jì)方案。2.3機(jī)器人軌道設(shè)計(jì)我們所設(shè)計(jì)的送餐機(jī)器人最主要的目的是尋軌跡,尋跡主要是在設(shè)計(jì)的軌道之上,在設(shè)定的軌道上安裝亮燈,同時(shí)機(jī)器人通過傳感器感受顏色,從而找尋位置。讓送餐機(jī)器人在路過軌道上的亮燈時(shí)可以像流水作業(yè)一樣一個(gè)接著一個(gè)進(jìn)行軌跡運(yùn)轉(zhuǎn)。主要靠流水燈原理和傳感器原理。2.3.1流水燈原理圖1流水燈原理圖多功能流水燈的動(dòng)作原理和電路圖如上圖所示，電路構(gòu)成圖由振動(dòng)電路、解碼控制電路、自動(dòng)光源控制電路3個(gè)部分構(gòu)成。這里，主要諧波脈沖振蕩器的部件由NNR、R3、C1和C1構(gòu)成，主要功能是向使用光脈沖流量控制裝置的用戶提供光流量控制輸出脈沖，光脈沖的流量和速度由光位計(jì)R3自動(dòng)調(diào)整。響應(yīng)速度快，可調(diào)整響應(yīng)范圍，光信號(hào)流量控制器由16位10陣列脈沖計(jì)數(shù)器、脈沖信號(hào)分配器aacd4017和開關(guān)電阻元件構(gòu)成。CD4017的序列CP端口接收輸入脈沖信號(hào)產(chǎn)生器，并根據(jù)輸出脈沖的序列進(jìn)行控制。其他輸出端子（Q0~Q9）在輸入側(cè)依次分配輸入脈沖。輸入脈沖的輸出速度產(chǎn)生輸入脈沖的控制頻率和輸入脈沖信號(hào)。以機(jī)器控制的速度決定。10個(gè)輸入電阻為CD4017的10個(gè)電阻輸出輸入端子Q0~Q9。請用這個(gè)連接。當(dāng)電流Q0~Q9依次輸出控制電路脈沖時(shí)，10個(gè)電阻LED會(huì)隨著電路控制電流的流動(dòng)依次發(fā)光。發(fā)射后進(jìn)入有光的狀態(tài)。也就是說，電源控制電路所使用的直流電源是5V，可以實(shí)現(xiàn)相反方向發(fā)光的水流。3.18255可編程并行口芯片利用8255可編程并行口芯片，實(shí)現(xiàn)輸入/輸出，設(shè)計(jì)中用8255PA口作輸出，PB口作輸入。電路及接線如圖所示。8255的CS/接地址譯碼/CS0，則命令字地址為8003H，PA口地址為8000H，PB口地址為8001H，PC口地址為8002H。PA0-PA7（PA口）接LED0-LED7（LED）PB0-PB7（PB口）接K0-K7（開關(guān)量）。數(shù)據(jù)線、讀/寫控制、地址線、復(fù)位信號(hào)板上已接好。可編程通用接口芯片8255A有三個(gè)八位的并I/0口，它有三種工作方式。本設(shè)計(jì)采用的是方式0：PA，PC口輸出，PB口輸入。很多I/0設(shè)計(jì)都可以通過8255來實(shí)現(xiàn)。表18255方式選擇控制次8255方式選擇控制次（A1、A2=11）A組B組D7D6D5D4D3D2D1D0特征位A組工作方式A口PC7~PC4B組工作方式B口PC3~PC0D7=100:方式001:方式11x：方式21:輸入0:輸出1:輸入0:輸出0:方式01:方式11:輸入0:輸出1:輸入0:輸出圖38255芯片3.2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.2.1最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用AT89C51為核心設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主控電路。主控芯片:STC89C51。本設(shè)計(jì)采用STC89C51作為主控芯片,該芯片是一款采用8051內(nèi)核的系統(tǒng)可編程芯片,其最高工作時(shí)鐘頻率為80MHz,片上集成512字節(jié)RAM,具有在系統(tǒng)可編程特性且速度快,是高速、低功耗的新一代8051單片機(jī)[6]。AT89C51單片機(jī)內(nèi)部由CPU（8位）、程序存儲(chǔ)器(4KBFlash存儲(chǔ)器)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(128B)、4個(gè)8位并行I/O端口(P0口、P1口、P2口、P3口)、26個(gè)SFR（特殊功能寄存器）、中斷系統(tǒng)（5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)）、2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、1個(gè)全雙工的異步串行口等構(gòu)成[13]。在進(jìn)行最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，我們沿用了ATMEL公司官網(wǎng)公布的AT89C51芯片最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)參考方案。在該設(shè)計(jì)方案中單片機(jī)通?？梢允褂?2MHz頻率的晶振電路做為系統(tǒng)的時(shí)鐘源。起振電容可以選擇20~40pf的無極性磁片電容，為了加快起振并提高晶振電路起振的穩(wěn)定性，我們選擇了較為居中的30pf無極性磁片電容。本設(shè)計(jì)最小控制系統(tǒng)包括主控芯片AT89C51、12兆赫茲石英晶體連接電路和復(fù)位電路。圖3最小系統(tǒng)電路復(fù)位控制一般分為程序復(fù)位、上電復(fù)位和按鍵復(fù)位，在圖2.1中，所設(shè)計(jì)的復(fù)位電路為按鍵、上電復(fù)位[14]。我們選擇了典型值的電阻（10K）、電容(10uF),則上電復(fù)位是在單片機(jī)的RST引腳上串接一個(gè)電容接入電源（+5v），接地端串接一個(gè)電阻同樣接入RST，用來保證系統(tǒng)復(fù)位時(shí)有足夠且穩(wěn)定的高電平；在整體電路的設(shè)計(jì)中，為了防止系統(tǒng)工作異常，程序陷入死胡同，可在RST外接電路中將電容并聯(lián)一個(gè)輕觸式按鍵，用以手動(dòng)復(fù)位控制。3.2.2按鍵連接電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分別有三個(gè)控制開關(guān)，電路設(shè)計(jì)中采用輕觸式按鍵獨(dú)立開關(guān)來作為控制元件，開關(guān)D9、D10、D11作為機(jī)器人對不同餐桌送餐和返回的控制開關(guān)，同時(shí)確認(rèn)工作時(shí)二級(jí)管將會(huì)點(diǎn)亮，整體模塊設(shè)計(jì)完整，操作方便。按鍵電路如圖2.2所示：圖4按鍵連接電路3.2.3主程序流程圖本設(shè)計(jì)的軟件編寫流程主要是在流水燈循跡軌道正常運(yùn)行的前提下，通過鍵掃描方式來檢測不同餐桌點(diǎn)餐的需求，智能機(jī)器人完成自動(dòng)送餐的工作過程，系統(tǒng)開始運(yùn)行后，首先要進(jìn)行初始化設(shè)置，然后不斷循環(huán)檢測，控制按鍵是否被打開，控制按鍵被打開后，將根據(jù)鍵掃描所指示的餐桌送餐，送餐結(jié)束返回原點(diǎn)。系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測是否有點(diǎn)餐需求，按照接收的有效信號(hào)進(jìn)行工作。主程序流程圖如圖2.4所示：圖5主程序流程圖3.2.4按鍵掃描子程序鍵盤模塊用Key_scan()函數(shù)來進(jìn)行按鍵掃描，通過鍵掃描子程序來判斷智能機(jī)器人狀態(tài)是否需要改變或動(dòng)作，可用鍵盤來控制，當(dāng)D9、D10、D11任意按鍵檢測但按下并松開后送餐機(jī)器人將動(dòng)作，按照特定的軌道進(jìn)行送餐或返回工作，一般按下按鍵時(shí)按鍵的觸發(fā)會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，本設(shè)計(jì)用軟件編寫延時(shí)10ms的方式來消除按鍵抖動(dòng)。按鍵檢測流程圖如圖2.5所示：圖6按鍵檢測流程圖3.3軟件分析本系統(tǒng)使用Keil4進(jìn)行源代碼編寫和修改，在電路仿真軟件Protues8.6中進(jìn)行驗(yàn)證。系統(tǒng)的調(diào)試是通過keil4軟件和protues8.6版本軟件聯(lián)合調(diào)試，多次的調(diào)試與程序修改后運(yùn)行結(jié)果顯示為0錯(cuò)誤0警告，去除語法錯(cuò)誤的同時(shí)，編譯軟件就會(huì)生成對應(yīng)的HEX文件，可以向單片機(jī)燒錄該程序。最終編譯通過?？傋止?jié)550，如圖2.5.1。本設(shè)計(jì)中所選AT89C51單片機(jī)內(nèi)置16k用于程序的閃存塊和256字節(jié)片內(nèi)RAM，顯然該單片機(jī)完全可以裝入本設(shè)計(jì)的程序。圖7源代碼編譯結(jié)果圖8系統(tǒng)仿真電路圖3.4系統(tǒng)運(yùn)行3.4.1送餐功能仿真模擬過程送餐機(jī)器人要準(zhǔn)確的到達(dá)送餐的位置，就需要依靠傳感器對流水燈軌道亮燈的檢測。在設(shè)定的軌道上安裝亮燈,同時(shí)機(jī)器人通過傳感器感受顏色,從而找尋位置，根據(jù)實(shí)時(shí)信號(hào)檢測傳輸給主控中心，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行循跡運(yùn)轉(zhuǎn)。在送餐的過程中，將菜品放置在送餐機(jī)器人的內(nèi)部，從而防止菜品因?yàn)榕鲎捕l(fā)生浪費(fèi)的情況發(fā)生。如圖2.6.1是在Proteus上對一次送餐過程的模擬，8號(hào)桌需要點(diǎn)餐時(shí)，按下按鍵D11，送餐工作指示燈亮起，進(jìn)入送餐工作狀態(tài)，同時(shí)流水燈軌道按照送餐方向依次亮起led燈，模擬過程D1~D8依次亮起為送餐方向，送餐機(jī)器人利用傳感器檢測燈光信號(hào)，按規(guī)定循跡運(yùn)行，完成送餐工作。圖9送餐過程模擬圖3.4.2返回功能仿真模擬過程如圖2.6.2返回過程模擬圖所示，模擬的是送餐機(jī)器人完成一次對8號(hào)桌送餐的工作正在返回的運(yùn)行過程。在完成一次送餐后，再次按下按鍵D11，系統(tǒng)檢測到工作信號(hào)時(shí)送餐工作指示燈熄滅，進(jìn)入返回工作狀態(tài)，同時(shí)流水燈軌道按照返回方向依次亮起led燈，模擬過程D8~D1依次亮起為返回方向，送餐機(jī)器人同樣按照傳感器檢測的信號(hào)循跡運(yùn)行，完成返回工作。圖10返回過程模擬圖智能自動(dòng)判定送餐裝置服務(wù)處理機(jī)器人系統(tǒng)根據(jù)自動(dòng)送餐裝置服務(wù)處理流程初始判定送餐裝置狀態(tài)。具體軟件使用說明工作以及原理具體步驟以及說明流程如下:具體工作原理步驟1:無需上門預(yù)約取餐。機(jī)器人將在確定離開零點(diǎn)的位置后駕車前往一家餐廳放在出口靠近點(diǎn)菜區(qū)的一個(gè)圓形接盤架上面并準(zhǔn)備點(diǎn)菜取餐。步驟2:隨機(jī)選擇送餐。機(jī)器人自動(dòng)連接送餐至一個(gè)位于用戶指定地理位置設(shè)有餐桌(以下即一般例如1號(hào)桌)的自動(dòng)送餐臺(tái)或接盤架上。步驟3:歸零。送餐機(jī)器人回到原位，同時(shí)等待下次送餐的命令。在餐廳之內(nèi)，首先設(shè)計(jì)菜品或者咖啡等飲品輸送用機(jī)器人的軌跡，在菜品或者咖啡等飲品運(yùn)輸過程中在地面或者是運(yùn)行軌跡附近設(shè)置紅外線和光傳感器，機(jī)器人接到客人的訂單后，馬上前往廚房進(jìn)行等待拿菜。廚師在完成烹飪之后將菜品或者咖啡等飲品放在專用送餐機(jī)器人的托盤上，廚師在送餐機(jī)器人桌子上輸入數(shù)字后馬上移動(dòng)到指定的桌子上。如果運(yùn)動(dòng)位置確定，在正確指定的位置，所有機(jī)器人的紅外線高度傳感器根據(jù)規(guī)定的運(yùn)動(dòng)位置進(jìn)行3個(gè)動(dòng)作。通過后臺(tái)數(shù)據(jù)的反饋以及傳感器的感應(yīng)，自動(dòng)調(diào)整所有機(jī)器人的動(dòng)作高度。運(yùn)動(dòng)位置最后正確后，紅外線傳感器所控制的機(jī)械手開始了擺動(dòng)裝置控制程序。在完成所有的程序后，機(jī)器人會(huì)自動(dòng)回到原來的位置，再次等待廚房以及客人的命令。用餐的顧客可能會(huì)迅速開始對你懷著一種新的好奇心,去他們的那家高級(jí)餐廳里首先去嘗試看看這些送餐機(jī)器人他們到底真的可以是怎樣被使用來進(jìn)行送餐的。那么,往后這家中國餐廳的平均每年?duì)I業(yè)額一定會(huì)還是可能會(huì)繼續(xù)呈直線式并且持續(xù)不斷向上快速增長猛漲。在咖啡廳內(nèi)的基站主要由流水燈原理設(shè)計(jì)而成，機(jī)器人通過對基站的信號(hào)燈來判斷路徑，在人為輸入送餐位置后，沿途的信號(hào)燈會(huì)亮起，送餐機(jī)器人通過傳感器，感應(yīng)沿途上的信號(hào)燈，將其轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，用系統(tǒng)的電路分析原理來控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，從而做出運(yùn)動(dòng)反應(yīng)動(dòng)作，對運(yùn)行的軌跡做出準(zhǔn)確的判斷，從而將托盤里的咖啡或者是顧客所點(diǎn)的菜品順利準(zhǔn)確地送到顧客的面前。1號(hào)桌5號(hào)桌1號(hào)桌5號(hào)桌配餐室機(jī)器人2號(hào)桌6號(hào)桌3號(hào)桌7號(hào)桌4號(hào)桌8號(hào)桌機(jī)器人總結(jié)及展望5.1總結(jié)隨著生活節(jié)奏的加快，政府建議擴(kuò)大內(nèi)需，機(jī)器人和網(wǎng)上購物一樣，融入人們的日常生活，成為中國飲食行業(yè)餐館內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)的。食品配送屬于特殊的配送業(yè)務(wù)。隨著工作量的增加，現(xiàn)在的餐館內(nèi)的送餐人員不能馬上解決餐品配送問題，這也導(dǎo)致了在餐館內(nèi)消費(fèi)者等餐時(shí)間長的問題。這給消費(fèi)者帶來了不好的就餐體驗(yàn)。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的送餐服務(wù)由人進(jìn)行配送，我們通過人力配送效率低以及配送出錯(cuò)率大。因?yàn)榕渌腿藛T的配送效率和后續(xù)的送餐時(shí)間對消費(fèi)者用餐時(shí)間有直接影響，所以智能餐品配送機(jī)器人的出現(xiàn)會(huì)能夠分擔(dān)配送人員和短距離配送和接力配送的的負(fù)擔(dān)，為餐品配送提供更為快捷的配送方式，節(jié)約配送等待人員的時(shí)間費(fèi)用，同時(shí)結(jié)合餐館里送餐人員及時(shí)完成配送任務(wù)，提高了餐廳的服務(wù)質(zhì)量。本設(shè)計(jì)針對送餐機(jī)器人的運(yùn)行軌道做出了一種智能化的設(shè)計(jì)，即紅外傳感式軌道設(shè)計(jì)，通過設(shè)計(jì)流水燈式的亮燈傳感器軌道，來設(shè)計(jì)出我們的送餐機(jī)器人運(yùn)行軌道。主要運(yùn)用了紅外傳感及探測技術(shù)，軌道設(shè)計(jì)的信號(hào)元件為多個(gè)光電二極管，并且每個(gè)亮燈下方設(shè)計(jì)為白色區(qū)域，無燈區(qū)域設(shè)計(jì)為黑色軌道，有效利用光的反射原理，增強(qiáng)檢測信號(hào)，提升系統(tǒng)抗干擾能力。在接收到紅外信號(hào)時(shí)發(fā)出一個(gè)電平跳變信號(hào)，傳感器輸出低電平信號(hào)后送AT89c51單片機(jī)處理,判斷執(zhí)行行走或停止的預(yù)置目標(biāo)，完成送餐和返回過程。具體設(shè)計(jì)利用keil軟件編寫C語言程序，使用Protues軟件進(jìn)行系統(tǒng)電路搭建，經(jīng)過編譯及仿真過程，達(dá)到了我們的設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了送餐機(jī)器人紅外傳感式的軌道設(shè)計(jì)及運(yùn)行功能。5.2展望本設(shè)計(jì)計(jì)雖然在一定的可能性上實(shí)現(xiàn)了送餐機(jī)器人紅外傳感式的軌道設(shè)計(jì)與運(yùn)行功能，但面對實(shí)際應(yīng)用是很苛刻的，在多方面依然存在缺點(diǎn)和問題。缺少語音功能：餐廳中顧客是消費(fèi)者，送餐機(jī)器人只能將餐品送到指定位置，無法識(shí)別顧客是否將餐品全部取出，若有語音功能，送餐機(jī)器人將提醒顧客取出全部餐品，并且具備返回提示音及避障提示音等，可以更好的提升顧客就餐體驗(yàn)。智能檢測及選擇路線運(yùn)行：紅外檢測只能檢測到有效信號(hào)并傳輸，可設(shè)計(jì)多個(gè)傳感器進(jìn)行檢測，在多個(gè)機(jī)器人同時(shí)運(yùn)行的情況下可自動(dòng)檢測周圍物體并選擇行走路線軌，因?yàn)檐壍涝O(shè)計(jì)在不同位置下的外部環(huán)境基本不同,且用C語言設(shè)計(jì)軟件程序過于復(fù)雜和繁瑣，不是很好的選擇。網(wǎng)絡(luò)通訊及數(shù)據(jù)傳輸：本系統(tǒng)可拓展設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)通訊，利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的控制或?qū)崟r(shí)信息傳輸，另外可以設(shè)計(jì)顯示模塊，通過無線數(shù)傳或藍(lán)牙檢測并顯示軌道上所運(yùn)行的機(jī)器人的狀態(tài)及位置，實(shí)現(xiàn)更加智能化的應(yīng)用與發(fā)展。參考文獻(xiàn)熊光明,趙濤,襲建偉等.服務(wù)機(jī)器人發(fā)展綜述及若干問題探討[J].機(jī)床與液圧,2007（3）:212-215李建軍,張濟(jì)川,金德聞.移動(dòng)式護(hù)理機(jī)器人的開發(fā),中國康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志,1996,10（3）:68-70王文華.基于80C51單片機(jī)的智能小車設(shè)計(jì)[J].山西電子技術(shù).2010.06.01O.Khatib.MobileManipulation:TheRoboticAssistant.JournalofRoboticsandAutonomousSystems.1999,26:175-183.R.G.Goaine,W.S.Harwin,R.D.Jackon.Ro