可遥控搬运小车设计-硬件设计_最终版01.docx

03>“大野獐汉唐吃SichuanUniversityJinjiangCollege毕业论文（设计）题目可遥控搬运小车设计一硬件设计系部电子信息工程系专业电子信息工程年级2008级学生姓名曾乐瑶学号080611021指导教师沈毅斌可遥控搬运小车设计一硬件设计电子信息工程学生曾乐瑶指导教师沈毅弑【摘要】本设计是以现代物流仓储为背景，主要分为两大部分，可遥控搬运小车和控制终端。搬运小车采用STC89C52RC单片机作为主控制器，小车上装有光电传感器、基于Zigbee的无线通信模块、2自由度的机械臂。光电传感器用以检测地面上的黑带；无线通信模块用以接受控制终端发送的控制指令；机械臂用以抓取地面货物。控制终端采用STC89C52RC单片机作为主控制器，包括基于Zigbee的无线通信模块、条形码扫描枪、12864液晶显示器和按键。通信模块用以发送控制指令到小车；扫描枪用以读取货物上的条形码信息；12864用以显示条形码等相关信息；按键用以手动输入小车的控制指令。通过本系统可实现现代仓储的智能化和真正的无人职守。【关键词】仓储智能搬运Zigbee机械臂无线通信TheDesignofRemoteControlhandlingcar-softwaredesign(Abstractthebackgroundofthisdesignisbasedonmodernlogisticsandstorage,aredividedintotwoparts,remotehandlingcarandcontrolTerminal.Handlingcarwiththestc89c52rcsingle-chipcomputerastheprimarycontroller,Dollyisequippedwithelectro-opticalsensors,basedonZigBeewirelesscommunicationsmodule,2-DOFroboticarm.Blackbeltonthephotoelectricsensorusedtodetectground;wirelesscommunicationmoduletoacceptcontrolcommandssentcontrolterminal;mechanicalarmtograbgoodsontheground.Controltenninalswiththestc89c52rcsingle-chipcomputerastheprimarycontroller,includingbasedonZigBeewirelesscommunicationsmodule,barcodescanner,12,864LCDdisplayandpressthekey.Communicationmoduleisusedtosendcontrolcommandstothecar;scannerusedtoreadinformationonthegoodsbarcode;12,864relatedinfonnationsuchastodisplaythebarcode;keystomanuallyenterthecar'scontrolinstructions.Modemwarehouseisachievedbythissystemofintelligentandreallynooneofhisorherduties.【KeywordsStorageintelligenthandlingZigBeemanipulatorwirelesscommunication目录目录1111绪论1随着社会水平的提高，仓储业已发展成为一个相对独立的行业，现在有很多发展中仓库，面积可达上万平方米，大型货物配送中心发展迅猛，使传统的仓储功能发生了质的变化。仓储面积的增大，使得仓储管理变得尤为重要。仓储管理是对仓库及仓库内的物质所进行的管理，是仓储机构为了充分利用所具有的仓储资源，提供高效的仓储服务所进行的计划、组织、控制和协调过程1。但是由于现代仓储庞大，传统的人工管理工作变得尤为繁琐，加上仓储流量增加，物品种类繁多，这些因素都使得仓储的管理成为一个瓶颈，使得仓储的发展受到限制。如果有一种智能仓储，使得我们能够在实际的物流活动中提高仓储的效率，减少仓储的人力资源成本和仓库的直接成本，解决绝对人力不能满足大型物流中心运作的情况，那么我们的仓储行业又能向前迈进一个新台阶。.11.1 背景11.2 现状与发展11.3 论文主要工作22方案论证22.1循迹模块方案论证32. 1.22个传感器方案33. 1.33个传感器方案44. 1.45个传感器方案42.2 电源模块方案论证42. 2.1LM7812稳压模块43. 2.2LMIO855稳压模块52.3 光电对管后级电路方案论证52.3.1三极管方案52.3.2集成比较器方案62.4电压比较器方案论证62.4.1迟滞电压比较器62.4.2窗口电压比较器72.4.3单限电压比较器73理论分析与计算83.1 电压比较器参考电压计算83.2 LMlO85参考电阻计算93.3 串口波特率的计算IO4硬件设计113.4 1小车硬件设计124.1.1单片机最小系统124.1.2电源稳压电路134.1.3循迹电路144. 1.4电机驱动电路154.2控制终端硬件设计164. 2.1电源稳压电路165. 2.2单片机最小系统166. 2.3按键电路167. 2.412864液晶屏接口电路175软件设计178. 1小车软件设计175.1.1小车软件框架175. 1.2小车循迹程序185. 1.3机械臂程序205.2控制终端软件设计205. 2.1主流程206系统测试216. 1测试仪器216.2 单片机PWU测试226.3 光电传感器测试226.4 可调电源测试227总结以及展望23致谢24参考文献25附录261绪论随着社会水平的提高，仓储业已发展成为一个相对独立的行业，现在有很多发展中仓库，面积可达上万平方米，大型货物配送中心发展迅猛，使传统的仓储功能发生了质的变化。仓储面积的增大，使得仓储管理变得尤为重要。仓储管理是对仓库及仓库内的物质所进行的管理，是仓储机构为了充分利用所具有的仓储资源，提供高效的仓储服务所进行的计划、组织、控制和协调过程1。但是由于现代仓储庞大，传统的人工管理工作变得尤为繁琐，加上仓储流量增加，物品种类繁多，这些因素都使得仓储的管理成为一个瓶颈，使得仓储的发展受到限制。如果有一种智能仓储，使得我们能够在实际的物流活动中提高仓储的效率，减少仓储的人力资源成本和仓库的直接成本，解决绝对人力不能满足大型物流中心运作的情况，那么我们的仓储行业又能向前迈进一个新台阶。1.1 背景仓储是现代物流的一个重要组成部分，在物流系统中起着至关重要的作用，是厂商研究和规划的重点。高效合理的仓储可以帮助厂商加快物资流动的速度，降低成本，保障生产的顺利进行，并可以实现对资源有效控制和管理。仓储的发展经历了不同的历史时期和阶段，从原始的人工仓储到现在的智能仓储，通过各种高新技术对仓储的支持，仓储的效率得到了大幅度的提高。自从有了生产活动，仓储就出现了，它是生产活动的一个重要组成部分，并随着生产的发展而发展，在其发展的过程中经历了不同的阶段。随着我国制造业的崛起，物流业也得到了迅猛的发展，仓储越来越受到厂商和社会的广泛关注，大大促进了人们对仓储理论的研究，使其逐步发展完善，从而成为一门独立的学科。1.2 现状与发展当前我国自动化仓库使用中存在的主要问题是利用率低、效果不明显、规模不确定、优势不突出，使许多库场资源闲置，特别是一些产品批量小而单一的生产企业实现仓库自动化，库场设施设备资源闲置与重复配置矛盾突出。追究其原因主要是以下的几个方面：没有做好仓库建设和规划的充分调查分析工作这就使得自动化仓库在建设前的设计和规划中，存在着重大的决策问题。为了自动化而自动化，没有对其必要性进行研究和分析,在建设完成之后才发现在实际的利用中对于自动化的要求很低，利用率很小。对提高仓库作业机械化、自动化的思想认识不足由于认识不足，对配备的装备不愿使用，思想观念仍停留在人工作业的基础上，对新型的自动化仓库信心不足，并没有把自动化仓储放在一个重要的地位上，从而在思想上放弃了自动化仓储的研究和使用2。由于外部因素和形势的变化收发任务的变化、作业量的变化、货物种类的变化，但是仓库设备和管理系统没有跟着变化和升级，久而久之就失去了原有的市场，仓库处于一种闲置状态。人员素质跟不上不注重机械操作人员和维修人员的培训，操作维修人员缺乏，使现有装备发挥不出应有的作用。在新建库房设计时没有考虑后续的维护和开发，限制着设备的使用、自动化水平的提高。安装后，部分系统失灵损坏，配件和售后服务跟不上，维修十分困难。1.3 论文主要工作本设计是以现代物流仓储为背景，主要分为两大部分，可遥控搬运小车和控制终端。搬运小车采用STC89C52RC单片机作为主控制器，小车上装有光电传感器、基于Zigbee的无线通信模块、2自由度的机械臂。光电传感器用以检测地面上的黑带；无线通信模块用以接受控制终端发送的控制指令；机械臂用以抓取地面货物。控制终端采用STC89C52RC单片机作为主控制器，包括基于Zigbee的无线通信模块、条形码扫描枪、12864液晶显示器和按键。通信模块用以发送控制指令到小车；扫描枪用以读取货物上的条形码信息；12864用以显示条形码等相关信息；按键用以手动输入小车的控制指令。通过本系统可实现现代仓储的智能化和真正的无人职守。第一章绪论。主要介绍了可遥控搬运小车的开发背景、国内外发展现状、论文主要工作。第二章方案与论证。对每一模块功能以及系统进行功能分析，设计几种方案，并进行其硬件可行性分析。第三章理论分析与计算。主要介绍UART、PwM控制、舵机算法。第四章硬件设计主要介绍系统相关硬件原理图第五章软件设计。主要介绍小车和终端的软件设计。第六章系统调试与结论。调试电路，对系统进行整合，观测项目结果。2方案论证本设计主要分为可遥控搬运小车和控制终端两个部分。搬运小车由循迹模块、通信模块和机械臂组成，通过循迹模块小车可在仓库中定点的搬运货物，通信模块可以实现控制终端和小车的无线通信。机械臂可以让小车自由的取放货物。控制终端由12864液晶屏、条形码扫描枪和通信模块组成，控制终端可将扫描枪传来的条形码信息转换成控制码再通过通信模块发送给小车用以控制小车的动作。系统结构图如下图：图1系统结构图2.1循迹模块方案论证循迹模块主要由光电传感器和电压比较器组成，但是要让小车能够完全沿着地面的黑带行走，传感器的个数和位置是关键，下面对这个问题一一详述：方案一：1个传感器方案黑带传感器Y图1一个传感器如图只有一个光电传感器，中间的长条代表黑带，圆形的代表光电传感器，这种情况下只有当传感器在黑带中间时可以检测到黑带，一旦传感器偏离黑带传感器便不能发挥作用。如图：传感磊图2一个传感器偏离2.1.22个传感器方案传感器传感器，图3两个传感器如图为两个传感器的情况，这种情况在小车走直线时效果较好，但是当小车遇到较大弯道的时候传感器依然不能起作用。如图：黑带“传感器传感器+图4两个传感器偏离这种情况下当两个传感器都偏向黑带一边时两个传感器都不能起作用。2.1.33个传感器方案黑带传感器,图5三个传感器如图为三个传感器的情况，这种情况和两个传感器的效果基本相似，一旦遇上大的弯道传感器会偏离黑带很远的距离，使得小车不能及时的调整位置，造成循迹失败。2. 1.45个传感器方案图6五个传感器如图为五个传感器的情况，这样可以很好的解决第一种和第三种情况的弊端，小车既可以很好的沿着直线行走，如果遇到大的弯道，有了两个边上的传感器，小车也能检测到黑带，及时的回到正轨上来。黑带,传感器.图7五个传感器偏离综上所述，五个传感器既能保证小车沿直线行走，又能保证小车在遇到弯道时能够正确的转弯，所以五个传感器的方案为最佳方案。2.2电源模块方案论证电源模块为整个系统提供能源，一个高效稳定的电源可以保证系统正常的运行。2. 2.1LM7812稳压模块APAKTO-2202GND外壳接地APAK2.1 nput入1 232.GNDS3. Output箴出图8LM7812如图为LM7812稳压模块，用LM7812三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围原件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。但是其最大输出电流为1.5A,小车上装有两个直流电机，每个电机工作时电流大约为IA左右，两个电机加起来需要2A的电流，LM7812不能很好的达到要求。2.2.2LMlO855稳压模块vOUTO图9TO-220'=)INPUT3-1OUTPUTI)DJGND10094702LM1085LMl085是一款典型的低压差线性稳压集成电路，输入输出电压差低至L5V,输出电流可达3AoLM1085可以固定输出3.3V,5V,12V,同时也提供输出可调稳压器LM1085-adj,也可通过引脚外围电阻设置调整输出，输出调整范围为1.2-15V0综上所述，我们的设计包含两路直流电机，总共需要电流2A左右，所以LMlO85为最好的电源模块方案。2.3光电对管后级电路方案论证光电对管有信号输出时为模拟电压信号，这个信号不能直接供单片机使用，需要进行电压比较。这就涉及到后级电路的设计。2.3.1三极管方案如图所示电路中，Rl起限流电阻的作用，当有光反射回来时，光电对管中的三极管导通，R2的上端变为高电平，此时VTl饱和导通，三极管集电极输出低电平。当没有光反射回来时，光电对管中的三极管不导通，VTl截至，其集电极输出高电平。VTl在该电路中起到滤波整形的作用。经试验和示波器验证，该电路工作性能一般，输出还有杂散干扰波的成分。如果输出加施密特触发器就可以实现良好的输出波形。但是这种电路用电量比较大，给此种传感器调理电路供电的电池压降较快。究其原因，是因为光敏三极管和三极管VTl导通时的导通电流较大。2.3.2集成比较器方案如图光电传感器后级为集成比较器，这种电路电路工作性能稳定，输出波形也非常稳定。且集成电路耗电量小，这为蓄电池供电的电路减小了供电压力。综上所述，考虑到波形的稳定和节能，集成比较器方案为最佳方案。2.4电压比较器方案论证电压比较器的作用是将循迹模块中光电传感器输出的模拟信号变换成数字信号供单片机使用，所以高效可靠易用的比较电路是保证整个系统正常工作的基础。2.4.1迟滞电压比较器图12迟滞电压比较器迟滞比较器是一个具有迟滞回环特性的比较器。如图a所示为反相输入迟滞比较器原理电路，它是在反相输入单门限电压比较器的基础上引入了正反馈网络，其传输特性如图b所示。如将片与心位置互换，就可组成同相输入迟滞比较器。但是迟滞比较器有个弊端就是它的灵明度比较低，用在传感器的电压比较上可能反映过慢。2.4.2 窗口电压比较器*12VR1 11电压输入ViR2 HD1KD2输出控制VO图13窗口电压比较器窗口电压比较器可以用来判断输入信号Vi是否位于两个指定电压之间，把其中较小的一个电位称为下门限电位EmL,较大额一个电位称为上门限电位EmlI,二者之差成为门限宽度4Em°当输入信号Vi落入门限宽度aEm之内或“窗口”之内时，为一种逻辑电平（如为高电平），而输入电压在“窗口”之外时，为另一种逻辑电平（如为低电平），具有这种传输特性的比较器称为窗口电压比较器。其传输特性如下图：其中：va>lbuo下门限上门限01一;一L一一：Ua图14窗口比较器传输特性当vi<Ub和vi>Ua时输出高电平，当Ub<vi<Ua时输出低电平。正是由于有两个门限电压，使得比较电路反应也稍慢，这对于单片机要及时获得传感器状态值是绝不允许的。2.4.3 单限电压比较器VS OfEF-_>8 +图15单限比较器过零比较器，顾名思义，其阈值电压爆尸0V。电路如图(a)所示，集成运放工作在开环状态，其输出电压为+PO或-P当输入电压匕YreF时，UO=Vo；当输入电压匕4e,时，U0=-Vo.因此，电压传输特性如图(b)所示。“T-+%m0：FL实际-i图16单限比较器传输特性将过零比较器的一个输入端从接地改接到一个固定电压值VREF上，就得到电压比较器，调节匕EF可方便地改变阈值。其优点是电路简单，反应灵明度高。综上所述，单片机需要及时获得传感器的值，这要求高灵明度的电压比较器，对比三种电压比较器，单限电压比较器可以满足条件。3理论分析与计算程序中有许多需要理论分析计算的地方，如串口波特率、机械臂PWM占空比、电机驱动PwM占空比。3. 1电压比较器参考电压计算VCCIkSTl88图17光电对管图18电压比较器如图(a)为光电传感器电路图，图为电压比较器电路图，光电传感器安装在小车前端，其形式为一对光电对管，当发光二极管发出光线被地面黑带返回时光敏三极管会接收到一定的光线强度并输出一定的模拟电压信号，其电压高低受光敏三极管接收到的光线强度决定，而光线强度受光电传感器和地面之间的距离决定。而光敏三极管的输出电压为模拟信号，不能直接被单片机使用，这时需要在输出端加上电压比较器将其转换成极限数字信号。电压比较器需要一个参考电压Vref作为参考电压，这个电压同时决定着光电传感器的灵明度。光电传感器的输出电压由它和地面之间的距离决定，在我们的设计里面调节传感器到地面的距离为2cm,这时光电传感器检测到黑带时的输出电压为L2V,所以电压比较器的参考电压Vref应设置为1.2V,即光电传感器检测到黑带时比较器输出高电平，没有黑带时比较器输出低电平。3.2LMlO85参考电阻计算LMI085-ADJ为输出电压可调节低压差集成电路，输出调整范围为1.215V,可以通过调节Rl和R2阻值比值的大小确定输出电压，如图所示。LMIO85-ADJ图19LMlO85应用电路Uo=VREF(1+R2/R1)+IADJR2.(1)其中UO为输出电压，单位为V；VREF为基准电压，VREF=I.25V；IADJ为基准电流，IADJ最大值为120HA(通常在计算中忽略)。实际应用中为了确定Rl和R2阻值比值的大小，通常将Rl固定，调节R2,达到调节输出电压的目的。因此在实际应用中上式可为：Uo=I.25(1+R2/R1)(2)在本设计中需要用到的电压值为9V,5V和3.3V,9V用以给电机供电，5V用以给单片机供电，3.3V用以给通信模块和液晶屏供电。在这里我们取Rl=IK,则当Uo=9V时，R2=(Uo1.25-l)Rl=6.2K(3)当U0=5V时:R2=(Uo1.25-1)Rl=3K(4)当UO=3.3V时:R2二(Uo1.25-1)Rl=2.64K(5)3.3串口波特率的计算89C51单片机片内有一个可编程的全双工的异步通信串行口。所谓全双工就是两个单片机之间串行数据可同时双向传输。异步通信，就是收、发双方使用各自的时钟控制发送和接收过程。为使收、发双方协调，要求收、发双方的时钟尽可能一致，但不要求收、发双方的时钟严格一致，这样可节省连接收、发双方的一条时钟信号线，使得异步串行通信连接更加简单且容易实现。异步串行通信中要传送的串行数据在发送方是以数据帧形式一帧一帧地发送，通过串行传输线由收方一帧一帧地接收。89C51的串行有4种方式，波特率可通过软件设置片内的定时器/计算器来控制。每当串行口接收或发送一个字节完毕,均可发出中断请求。89C51的串行口除了可以用于串行数据通信之外，还可以非常方便地用来扩展并行I/O口。1、串行口控制寄存器SCON串行口控制寄存器SCoN,字节地址98H,可位寻址，位地址为98H9FH°SCON的格式如图：D7D6D5D4D3D2D1DOSMOSM1SM2RENTB8RB8T1Tl9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H(I)SM0、SM1一串行口4种工作方式选择位,其组合方式如下图所示。SMOSM1方式工作说明000同步移位寄存器方式(用干扩展I/O口)0118位异步收发，波特率可变(由定时器控制)1029位异步收发，波特率为fosc64或fosc/32)1139位异步收发，波特率可变(由定时器控制)(2) SM2一多机通信控制位因为多机通信是在方式2和方式3下进行的，因此SM2位主要用于方式2或方式3中。(3) REN一允许串行接收位由软件置ii或清“0”REN=I允许串行口接收数据REN=O禁止串行口接收数据(4) TB8一发送的第9位数据在方式2和方式3时，TB8是要发送的第9位数据，其值由软件置“1”或清“0”。在双机通信时，TB8一般作为奇偶校验位。(5) RB8一接收的第9位数据(6) TI一发送中断标志位(7) RI一接收中断标志位在控制终端，条形码扫描仪通过串口与单片机进行通信，单片机通过串口向扫描仪传送控制指令，扫描仪通过串口向单片机传回条形码等相关信息。在本设计中，单片机晶振为12M,单片机型号为STC89C52RC,定时器1工作在方式2,则根据波特率计算公式：baud=2SM0D32*T1溢出率(1)而Tl溢出率为Tl计数周期的倒数：Tl溢出率二fosc(12*(256-THl)(2)最后得到Tl计数初值THLTHl=256-(fosc*2smod)/(12*32*baud)0(3)根据扫描枪说明书设置波特率为2400,则THl=OXf3O4硬件设计根据系统结构图，系统硬件由单片机最小系统、电源电路、电机驱动电路、循迹电路和12864液晶屏接口电路组成。4. 1小车硬件设计小车硬件设计是本设计的重点，关系着整个系统的运行情况，其中包括单片机最小系统设计、电源设计、循迹电路设计和电机驱动设计。5. 1.1单片机最小系统单片机最小系统是整个小车系统的控制部分，包括复位电路，晶振电路，和PO口的上拉电阻电路。ELECTRO1BUTTON图20复位电路1!crystal图21晶振电路如图为单片机晶振电路，Yl为单片机提供固定的外部正当频率，本设计中选为12M,瓷片电容cl和c2一端接Yl,另一端接地，这样可保持晶振稳定工作。'，'工图22单片机最小系统如图为单片机芯片及外围电路，J1-J4为排阵，用以I/O外扩,R2-R9为IOK的电阻,他们的作用是将单片机PO口上拉到VCa这是因为STC89C52RC单片机的PO口都是几点几开路门，要让它具有驱动能力，必须将PO口上啦。4.1.2电源稳压电路电源稳压电路为整个系统提供高效稳定的能源，其高效和稳定是两个非常重要的因素,在本设计里选用LM1085作为稳压芯片，LM1085是一款典型的低压差线性稳压集成电路，输入输出电压差低至L5V,输出电流可达3A。LMI085可以固定输出3.3V,5V,12V,同时也提供输出可调稳压器LMIO85-adj,也可通过引脚外围电阻设置调整输出，输出调整范围为1.215Vo我们的整个系统需要9V,5V和3.3V的电压，所以我们通过三片1085输出三种电压以满足不同的需要。其原理图如下图：OUT WaNO IH图24电源电路上图即为电源稳压电路，LM1085-ADJ为主要稳压芯片，我们将R4固定为1K,通过调节R3的值就能调节稳压芯片的输出电压值。C3为电解电容，其作用是将输入直流电压进行滤波，以便得到较平滑的直流电压给稳压芯片使用。D5为二极管，它具有保护电路的作用，当电源极性正确时，D5得到正向偏压而导通，这样电路就能正常工作，当电源极性接反时，D5因得不到正向偏压而截止，这样电路就不会因为电压极性相反而被烧毁°J3为排阵，用以连接外接电源。RCA为电源接头。4.1.3循迹电路循迹电路是整个小车运行的基础，它要担负路面检测的任务，通过它小车才能在整个地面上定点移动，完成货物搬运的功能。循迹电路包括光电传感器电路和电压比较器电路。光电传感器电路为光电传感器提供工作电压，电压比较器将光电传感器输出的模拟数字电压信号编程。和1的数字信号以供单片机查询。光电传感器电路如下图：在上图中，Ul为光电传感器，左边部分为发光二极管，他可以发出红外线，经过地面发射后可以被右边的光敏三极管接收。两个部分组成一个光电对管被安装到小车前部。R3为二极管的限流电阻，Rl为IK固定限流电阻，R4为可调电阻，在实际工作过程中，调节R4可调节光明三极管的偏置电流从而调节光电对管的灵明度。OUT为输出信号，后接电压比较器。电压比较器如下图所示：LM339图26电压比较器上图即为电压比较器，核心器件是LM339专用电压比较器，REF为外接参考电压，IN4接输入电压，当UIN4>UREF时电压比较器输出高电压，当UIN4<UREF时电压比较器输出低电平。LM339内部结构为漏极开路，所以这里家R6上拉到VCC,D4为发光二极管，其功能可以指示路面情况，当路面有黑带时LED亮，没有就熄灭。4.1.4电机驱动电路电机驱动电路可以驱动两路直流电机。它为电机提供稳定的电压。通过它可以调节电机的转速的方向，从而驱动小车做出各种动作。电机驱动电路主要分为光电隔离电路和电机驱动电路，光电隔离电路原理图如图：图27光电隔离电路TPL521-4内部集成了4个光电隔离器，左边输入四路标准的逻辑电平，其内部经过光电隔离后输出与输入同相的逻辑电平。这样起到了隔离作用。因为后级为电机驱动电路，电机相当于一个大型的电感线圈，在它高速转动时可产生很高的电压，通过光电隔离器件后，后级的感应电动势就不会传给前级的输入端，这样就起到了保护前级电路的作用。后级驱动电路如下图所示：图28电机驱动电路上图即为电机驱动电路，左图为L298N驱动芯片，L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A,持续工作电流为2A；额定功率25%内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。途中INo和INI为第一路电机的控制端，IN2和IN3为第二路电机的控制端，程序可通过这四个端口控制电机的转速和转动方向。VSS和VS分别为芯片的逻辑电压和电源电压。OUTo-OUT3为芯片输出端，后接D1-D8续流电路。ENA和ENB为两路电机的使能端。4.2控制终端硬件设计控制终端是可遥控小车的后台控制端。一切小车的行动指令都是由它通过无线通信方式向小车发送。控制终端核心器件也是一片STC89C52RC作为主控芯片，外面有电源稳压电路，按键电路，12864液晶显示接口电路，Zigbee无线模块接口和条形码扫描枪接口。4.2.1电源稳压电路电源稳压电路为整个系统提供高效稳定的能源，其高效和稳定是两个非常重要的因素,在本设计里选用LM1085作为稳压芯片，其原理图和4.1.2章节相同。4.2.2单片机最小系统单片机最小系统是整终端的控制部分，包括复位电路，晶振电路，和PO口的上拉电阻电路。其电路图和4.1.1章节相同。4.2.3按键电路终端按键电路为手动输入控制指令而设，这里做成矩阵键盘，其电路如下图所示：上图为4x4的矩阵键盘，行线H1-H4连接到单片机Pl的低四位输出端，列线L1-L4连接到Pl的高四位输出端，这样一个8位的Pl输出端口就可扩展为16个按键。4.2.412864液晶屏接口电路液晶接口主要是为液晶显示器而设，有了液晶显示接口，我们就不必用很多排线把液晶显示屏和单片机最小系统连接起来。COK20图30液晶接口如图为液晶屏显示接口，J2为排针接单片机最小系统，RI为液晶屏的背光亮度调节电阻,J3为排座，用以连接液晶屏。5软件设计系统软件设计主要分为搬运小车软件设计和控制终端软件设计。小车软件设计包括循迹模块软件设计、电机驱动软件设计、机械臂软件设计和无线通信软件设计。控制终端软件设计主要包括条形码扫描枪软件设计、12864液晶屏软件设计、按键和无线通信软件设计。5.1小车软件设计5.1.1小车软件框架主程序主要通过调用相应的功能模块函数完成相应的功能，其中主要包括终端初始化、To定时器初始化、Tl定时器初始化、电机驱动初始化、机械臂初始化，最后在Inain函数里面调用MOtOJWOrk()小车开始待机并等待接收相应控制指令。主要流程图如下：主程序如下：图31小车软件流程5.1.2小车循迹程序小车前端共安装有5个光电传感器来检测地面上的黑带，5个传感器分别和单片机PO口低五位相连，传感器检测接口为Get_Sensor();黑带的检测共分为5种情况：1、3号传感器检测到黑带当传感器3检测到黑带时，这是说明小车正走在黑带中间，这时小车只需直行即可。这时程序里面调用Straight()函数。2、2号传感器检测到黑带图332号传感器这时表示小车向右小幅度偏移，小车左边电机需要减速，而右边电机需要加速，这样小车就可以向左面转一个小弯，将小车带到正常轨道。小车转弯调用函数VOidLeft_S()。3、1号传感器检测到黑带图341号传感器这时表示小车遇到向左的弯道，小车需要向左做大幅度的转弯。这时小车左边电机慢速反转，右边电机快速正转，这样小车就可以向左快速的转弯，直到2号传感器检测到黑带为止，将小车带到正常轨道。小车转弯调用函数VOidLeft。4、4号传感器检测到黑带图344号传感器这时表示小车向左小幅度偏移，小车右边电机需要减速，而左边电机需要加速，这样小车就可以向右面转一个小弯，将小车带到正常轨道。小车转弯调用函数VOiClRight_S()。5、5号传感器检测到黑带图355号传感器这时表示小车遇到向右的弯道，小车需要向右做大幅度的转弯。这时小车右边电机慢速反转，左边电机快速正转，这样小车就可以向右快速的转弯，直到4号传感器检测到黑带为止，将小车带到正常轨道。小车转弯调用函数VoidRight_L()o5. 1.3机械臂程序此设计中选用的机械臂为两自由度的机械臂，即由两个舵机控制。机械臂的工作分为取货物和放货物两个过程。1、取货物机械臂分为“手腕”和“手心”两部分，取货物时分为四个步骤： 放下“手腕” 张开“手心” 合并“手心” 举起“手腕”取货物的函数调用形式为voidMachine_Get_Object();2、放货物放货物时同样分为四个步骤： 放下“手腕” 张开“手心” 举起“手腕” 合并“手心”调用函数接口为voidMachine_Put_ObjectO;5. 2控制终端软件设计6. 2.1主流程控制终端主要任务包括通过串口读取扫描枪存储的条形码信息、12864液晶显示、控制无线通信模块向小车发送控制指令。其主要流程图如下：图36终端软件流程系统开始首先判断是否有按键按下，如果是就将按键转换成小车的控制码，经过12864显示后送到Zigbee无线发送模块进行发送，如果没有按键按下程序则转到读取条形码的程序，然后将读到的条形码转换成相应的控制码经过Zigbee向小车发送。6系统测试系统测试是在系统制作过程中进行的，主要包括单片机PWM测试、光电传感器测试和可调电源测试6.1 测试仪器表1测试仪器仪器名称型号规格数字万用表DT-9208A+RIGOL双踪示波器DS1062C60MHz400MsasRlGOL函数信号发生器20MHZ100Msas直流稳压器DF1731SLL3A7. 2单片机PWM测试单片机型号为STC89C52RC,晶振频率12M,定时器O选用工作方式2,单片机PwM主要控制两路直流电机，其占空比可以控制电机转速。当单片机定时中断里计数值为2时，PWM占空比为%10,当单片机定时中断里计数值为18时，PWM占空比为%90。图37PWM输出由上图可知，左图占空比为10.2%,右图占空比为89.5%,与预测值基本一致。结论：通过单片机可以精确的控制PWM占空比。8. 3光电传感器测试光电传感器型号为ST188的光电对管，传感器一共分为五组，每一组为一个光电对管,传感器后级接电压比较器，当传感器检测到地面黑带时电压比较器输出高电平，反之电压比较器输出低电平，测试工作主要是测试传感器输入和电压比较器输出关系。1号传感器2号传感器3号传感器4号传感器5号传感器电压比较器1000001000001000001000001上面表格中打勾的地方表示传感器检测到地面黑带，最后一列为电压比较器输出状态。结论：传感器有效时电压比较器输出高电平，反之输出低电平，说明光电传感器模块工作正常。6.4可调电源测试系统电源采用LMl085可调电源，在章节4.L2中的原理图中，保持R4为1K,由公式Uo=VREF(1÷R3/R4),当R3=6.2K时，Uo=9V,当R3=3K时，Uo=5V,当R3=2.64K时,Uo=3.3V。电阻R3(K)输出电压(V)6.29352.643.3结论：通过调节电阻R3阻值可得得到我们想要的电压。7总结以及展望本设计实现设计要求。设计实现了小车部分和控制终端的功能，小车部分，小车通过前端的光电传感器检测电路地面的黑带并将其转化为数字信号共单片机查询，小车前方安装的机械臂可在单片机PWM波的控制下实现取货和放货的目地，驱动电路可在单片机PWM波的控制下脉宽信号转换成电机所需的电压从而驱动电机转动。控制终端部分，控制终端装有条形码扫描枪可以读取货物上的条形码信息，通过1