智能搬運小車

本科生畢業(yè)設計〔論文〕智能搬運小車TheSubjectofGraduationProject學專生姓名業(yè)光信息科學與技術學指導教號師分院光電科學20146-1-/57--PAGE2-/57摘 要本設計采用STC12C5A60S2單片機為簡易智能小車的核心器件。4HL298N單片機來控制電機工作。避障模塊由兩對紅外發(fā)光管組成。搬運模塊TCS230關鍵詞：智能循跡小車 STC12C5A60S2 紅外收發(fā)管 電機驅(qū)TCS230ABSTRACTThedesignadoptsSTC12C5A60S2microcontrollerasthecoredeviceofsimplesmartcar.ThetrackingmoduleiscomposedofapluralityofPhotoelectrictube,byreflectinginfraredchangesinjudgmentsofblackhavetoachievethetrackingfunction,motordrivemoduleselectionofcommonlyusedHbridgedriverL298Nwithsingle-chipmicrocomputertocontrolthemotorworking.Obstacleavoidancemoduleconsistsoftwopairsofinfraredlightemittingtube.HandlingmoduleTCS230identifythedifferentcolorstodistinguishgrabandrelease,soastoachievethepurposeofhandling.Theelectriccircuitconstructionofwholesystemissimple,reliableperformance.Itcanmeetavarietyofdesignrequirements.Comparedwithconventionaltruck,thecarisnotlaborintensive,nowasteandhigherstaffefficiency.Intelligentmachinehighaccuracy,canreducetheincidenceoferrorsinthefutureonthefactoryyoucanusesmarttrucktoreplacethetraditionaltruck.Thispaperdescribesindetailthedesignandproductionofintelligenthandlingcarandthefinaltestoftheentireprocess.Inthemostsimpleandeffectivewaytomakethemostoutofthecarwithasimplefunction.Keywords:ReceivingIntelligentTrackingCarTubeMotorDriveTCS230STC12C5A60S2Infrared目錄摘要-1-ABSTRACT摘要-1-ABSTRACT-3-11研究目的與意義2226方案選擇與論證6路面探測黑線軌跡模塊6探測路面障礙模塊7電機模塊8電機驅(qū)動模塊899倉庫識別模塊92.1.9最終方案選擇10方案可行性分析10311系統(tǒng)總體設計框圖12紅外線光電開關模塊光電開關的工作原理13光電開關的類型14壁障光電管電路的設計161618紅外放射式光電傳感器特性與工作原理18紅外循線具體設計與實現(xiàn)191920.TCS230 芯片的結構框圖與特點20.TCS230 識別顏色的原理2224晶振電路的設計24復位電路的設計252642728避障子程序流程圖28循線子程序流程圖29搬運子程序流程圖315323232光電開關模塊調(diào)試過程32電機模塊調(diào)試過程33紅外循線模塊調(diào)試過程33測試結果與分析34測試方法34測試結果3436373637附錄設計系統(tǒng)局部源代碼38第六章結論35PAGEPAGE10/57緒 論隨著生產(chǎn)自動化的開展，機器人已經(jīng)越來越廣泛地應用到生產(chǎn)自動化上，隨著科學技術的開展，機器人的感覺傳感器種類越來越多，其中視覺傳感器成為自動行走和駕駛的重要部件。智能小車的研究、開發(fā)和應用涉與傳感技術、電氣控制工程、智能控制等學科，智能控制技術是一門跨學科的綜合性技術，當代研究十分活潑，應用日益廣泛的領域。本課題所設計的智能小車，既具有操作機(機械本體)、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置，是一種仿人操作、自動控制、可重復編程、能在三維空間完成靈活運動的自動化生產(chǎn)設備。隨著工業(yè)自動化的不斷開展,工業(yè)機器人被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)的各個部門,如采掘、噴涂、焊接、醫(yī)療等各大領域。由于工業(yè)機器人更加可以給學生一個實踐操作的空間，加強學生的動手能力和思維能力。在制作的產(chǎn)品中，發(fā)現(xiàn)一些比擬符合實際應用的玩具，而且本錢低廉，能夠運用實際生產(chǎn)并且有一定的新穎度，有一定的社會需求。在制作中提高自身對社會需求方向的靈敏度，發(fā)現(xiàn)商機，為自己在以后實現(xiàn)創(chuàng)業(yè)這個宏偉的目標中打下一個堅實的根底。第一章研究目的與意義與避障。在此過程中，加深對控制理論的理解和認識。從對紅外線、電機驅(qū)動和光電開關在智能小車上的應用，可以進報系統(tǒng)、紅外車輛防盜系統(tǒng)等等很多方面都可以利用。國外開展情況十九世紀末，隨著燃機的誕生，人們創(chuàng)造了最現(xiàn)代化的交通工具人們充分享受到了汽車帶來的巨大便利。在享受汽車交通上帶來便利的同時，人們也發(fā)現(xiàn)運貨是各個行業(yè)不可或缺的過程，人工運貨隨著經(jīng)濟的快速開展，不能完全滿足市場的需求。世界上許多國家都在積極進展智能車輛的研究和開發(fā)設計。移動機器人是機器人學中的一個2060NilsNilssencharlesRosen19661972shakey的自主式移動機器人，目的是將人工智能技術應用在復雜環(huán)境下，完數(shù)量不斷增多，智能車輛作為移動機器人的一個重要分支也得到越來越多的關注。智能搬運小車可以安裝不同的末端以完成各種不同形狀和狀態(tài)的工件搬運工作，可以廣泛應用于機床上下料，沖壓機自動化生產(chǎn)線，自動裝配流水線，碼垛搬運，集裝箱等的自動搬運，大大減輕了人類繁重的體力勞動，具有廣闊的市場前景。最早的成型的搬運車始于1917時候。世界大戰(zhàn)完畢后，世界經(jīng)濟迎來一陣復和開展的階段，同時，手動液壓搬運車的技術得到快速的開展。當時的物流主要是用于軍事行動，提供供應之類，他的作用可見一斑。在第二次世界大戰(zhàn)中，搬運車以比擬成熟的形象亮相，得到了快速的開展和普遍的應用。5030國經(jīng)濟開展較快，對搬運車提出了更高的要求，特別是自從電子商務物流的快速開展，讓第三方物流行業(yè)已經(jīng)第四方物流行業(yè)得到了快速的開展，對搬運車設備提出了更高的要求，在過去的幾年中，我國搬運車需求均呈現(xiàn)兩位數(shù)增長，開展勢頭良好。國家已經(jīng)將物流產(chǎn)業(yè)參搬運車作用作為物流搬運中的主力軍，其作業(yè)不容無視。物流，實物空間的移動活動，垂直移動稱為堆高〔堆垛〕物流，平行移動稱為搬運物流，這兩個物流活動是物流活動中最常見的物流，還有裝卸物流，這些物流過程均離不開搬運車的參與。搬運車的價值正日益凸顯，搬運車主要功能是完成搬運物流活動。3第一代搬運車為手動搬運車，簡稱CBY,其特點是自動化、智能化程度不高，但它為人工搬運向機械化搬運轉(zhuǎn)化做出了巨大的奉獻，時至今日，它在搬運車市場仍然具備一定的市場份額；第二代搬運車是以燃叉車為代表的燃搬運車，簡稱FT，具備較高的自動化，燃叉車以發(fā)動機為動力，動力強勁，缺點是有廢氣排放污染環(huán)境，效能較低，有害人類安康，不適合食品行業(yè)使用；第三代搬運車是以電動叉車為代表的全電動搬運車，簡稱CBD,其自動化程度和燃叉車相當，但它是節(jié)能環(huán)保理念推動的動力技術更新，使用的是電池動力，電動搬運車具備節(jié)能、無廢氣排放、噪音小等優(yōu)點，是食品行業(yè)的最正確選擇，由于其節(jié)能的突出優(yōu)點，被搬運車行業(yè)認為是未來最有潛力的叉車之一，但目前遇到了開展瓶頸，由于其受電瓶容量的限制，功率小，作業(yè)時間短。第四代搬運車開展是以自動無人搬運車為代表的，簡稱AGVS,AGVS預計在本世紀50年代將得到大圍的應用，是當今柔性制造系統(tǒng)(ＦＭＳ)和自動化倉儲系統(tǒng)中物流運輸?shù)挠行侄?，現(xiàn)代的 是由計算機控制，多數(shù)的ＡＧＶＳ配有系統(tǒng)集中控制與管理計算機，用于對ＡＧＶ的作業(yè)過程進展優(yōu)化，發(fā)出搬運指令，跟蹤傳送中的構件以與控制ＡＧＶ的路線，無人搬運車的引導方式主要有電磁感應引導、激光引導和磁鐵陀螺引導等方式，可以給無人搬運車編程序輸入引導搬運車完成搬運工作，是一種智能化比擬高的搬運車。的進一步加快，我國搬運車開展前景非常的好，未來將在一段時間呈23搬運車經(jīng)歷3代開展，搬運車開展正在向第四代開展。第一代搬運車為手動搬運車，簡稱CBY,程度不高，但它為人工搬運向機械化搬運轉(zhuǎn)化做出了巨大的奉獻，時至今日，它在搬運車市場仍然具備一定的市場份額。第二代搬運車是以燃叉車為代表的燃搬運車，簡稱FT的自動化，燃叉車以發(fā)動機為動力，動力強勁，缺點是有廢氣排放污染環(huán)境，效能較低，有害人類安康，不適合食品行業(yè)使用。CBD,點，是食品行業(yè)的最正確選擇，由于其節(jié)能的突出優(yōu)點，被搬運車行業(yè)認為是未來最有潛力的叉車之一，但遇到了開展瓶頸，由于其受電瓶容量的限制，功率小，作業(yè)時間短。第四代搬運車開展是以自動無人搬運車為代表的，簡稱AGVS,AGVS預計在本世紀50年代將得到大圍的應用，是當今柔性制造系統(tǒng)(FMS)和自動化倉儲系統(tǒng)中物流運輸?shù)挠行侄危F(xiàn)代的 是由計算機控制，多數(shù)的AGVS配有系統(tǒng)集中控制與管理計算機，用于對AGV的作業(yè)過程進展優(yōu)化，發(fā)出搬運指令，跟蹤傳送中的構件以與控制AGV的路線，無人搬運車的引導方式主要有電磁感應引導、激光引導和磁鐵陀螺引導等方式，可以給無人搬運車編程序輸入引導搬運車完成搬運工作，是一種智能化比擬高的搬運車。2方案選擇與論證根據(jù)自己的設計想法，系統(tǒng)要實現(xiàn)循線、壁障功能、搬運，必須要劃分成為八個模塊。對各個模塊的實現(xiàn)，分別有以下一些不同的設計方案。方案一：采用可編程邏輯器件CPLDCPLDI/O資源豐富、易于進展功能擴展。采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模控制系統(tǒng)的控制核心。但本系統(tǒng)不需要復雜的邏輯功能，對數(shù)據(jù)的處理速度的要求也不是非常高。且從使用與經(jīng)濟的角度考慮，最終放棄了此方案。方案二：1616能力高、集成度高、易擴展、可靠性高、功耗低、結構簡單、中斷處理能力強等特點。處理速度高。但是當凌陽單片機作為處理器時，電路較為復雜，而且方案本錢較高。方案三：采用STC公司的STC12C5A60S2是一個低功耗、高性能、高速的51CMOS8從節(jié)約本錢的角度考慮，最終選擇了方案三在該設計中智能小車從起跑線到終點是對路面軌跡進展探測，探測路面黑線軌跡模塊的大致原理是：光線照射到路面并反射，由于黑線和白線的反射系數(shù)不同，可根據(jù)接收到的反射光的強弱判斷是否小車沿黑線行駛。方案一：采用可見光發(fā)光二級管與光敏二極管組成的發(fā)射-接收電路。這種方案的缺點在于其它環(huán)境光源會對光敏二極管的工作產(chǎn)生很大干擾，一旦外界條件改變，很可能造成誤判和漏判；雖然采用超高亮發(fā)光管可以降低一定的干擾，但這又將增加額外的功率損耗。方案二：以明顯降低環(huán)境光源干擾，提高了控制精度?；诖耍瑪M選用方案二。探測路面障礙模塊方案一：采用紅外線光電開關。由于紅外線指向性強，在介質(zhì)中傳播遠，因而紅外線經(jīng)常應用于距離的測量、障礙物的探測等。紅外線探測障礙物并繞過障礙物模塊是利用紅外線發(fā)射器向某一方向紅外線，紅外線在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，紅外線接收器收到反射光經(jīng)相應的電路進展處理，以測定障礙物的方位與距離，并向小車發(fā)送控制信號以使小車繞過障礙物。方案二：采用超聲波穿感器，超聲波傳感器探測障礙是利用超聲波發(fā)送模塊向某一方向發(fā)射超聲波，超聲波在空氣中傳播，在一定距離遇到測定的障礙物就會立即返回超聲波承受模塊承受，再由相關電路處理，以測定障礙物的相關方位、距離。超聲波傳感器本錢相對較高，以上兩種方案都是比擬可行的。尤其是紅外線光電開關，應用相當廣泛、但是為了此題目更加的實用和有效，超聲波傳感器本錢相對較高，電路較為復雜，采用紅外線光電開關，更加適宜與有效，更加有利于發(fā)現(xiàn)前方障礙物。所以本設計選擇方案一。電機模塊方案一：方案二：方便，調(diào)整圍廣；過載能力強，能承受頻繁的沖擊負載，可實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)；能滿足各種不同的特殊運行要求。由于普通直流電機更易于購置，并且電路相對簡單，因此采用直流電機作為動力源。電機驅(qū)動模塊方案一：使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機。線性型驅(qū)動的電路結構和原理簡單，本錢低，加速能力強，但功率損耗大，特別是低速大轉(zhuǎn)距運行時，通過電阻R的電流大，發(fā)熱厲害，損耗大，對于小車的長時間運行不利。方案二：采用繼電器對電動機的開或關進展控制,通過開關的切換對小車時間慢,易損壞,壽命較短,可靠性不高。方案三：采用由集成了雙極性管組成的H橋電路芯片L298N。用單片機控制晶體管使之工作在占空比可調(diào)的開關狀態(tài)，準確調(diào)整電機轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；H橋電路保證了可以簡單地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關的速度很快，穩(wěn)定性也很高，是一種廣泛采用的調(diào)速技術。綜合三種方案的優(yōu)缺點，決定選擇方案三。車架選擇方案一：使用四輪驅(qū)動的電動小車，這樣速度方面非常流暢，但靈活性缺對于小車的躲避障礙物非常不利。方案二：使用兩輪驅(qū)動的電動小車，雖然速度上無法與四輪的小車相提并論，不過靈活性上卻是大大的提升，對于躲避障礙物方面有重要的改變，非常適合題目要求。綜合兩種方案的優(yōu)缺點，決定選擇方案二。方案一：適用舵機控制的機械臂，雖然比擬容易抓取，但很難定位物體的位置?？缮鲜鲞x擇的單片機在功能上顯然不太夠用，而且價格比擬昂貴方案二：選擇自制一個叉形結構，用帶齒輪的電機撥動帶有齒條的叉形結構來實現(xiàn)上下運動，從而實現(xiàn)簡單的棒狀結構的搬運。這模塊經(jīng)過反復思考，只想出了一種方案，在倉庫出放置涂有紅和綠的金屬片，在行進的過程中先經(jīng)過金屬探測器探測確定位置立即TCS230物需由紅色金屬片出轉(zhuǎn)移至綠色金屬片處。從而有單片機操縱搬運模塊實現(xiàn)運貨與卸貨。2.1.9最終方案選擇經(jīng)過反復論證，最終確定了如下方案：STC12C5A60S2單片機作為控制器；用反射式紅外發(fā)射-接收器進展黑線檢測；采用紅外線光電開關來探測路面障礙物；L298N作為直流電機的驅(qū)動芯片；電機模塊使用普通直流電機；使用兩輪的車架增加靈活性；倉庫識別模塊采用金屬探測器和顏色傳感器；搬運模塊采用由直流電機帶動的叉形結構。方案可行性分析紅外尋線模塊，是通過紅外二極管發(fā)出紅外線，根據(jù)紅外線在白色和黑色物質(zhì)上反射回來的強弱，來判斷黑線的位置。本項目采用的是一體紅外接收裝置，當遇到黑色物時送給單片機一個高電平觸發(fā)，進而通過事先編輯好的程序控制電機的運轉(zhuǎn)。通過分析，此模塊可以準確的進展循線功能。光電開關避障模塊，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標物體進同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標物體進展探測。本次設計采用紅外線漫反射型光電開關，它是通過發(fā)光器發(fā)出一個光信號，當障礙物擋住光時，把局部光線反射回來，收光器就承受到光信號，輸出一個開關信號。輸出的開關信號由控制器處理，判斷前方是否由障礙，從而確定是否要轉(zhuǎn)向。通過分析，此模塊可以用來探測障礙。展探測。動力方面，此次設計使用了L298N電機驅(qū)動模塊，L298N是一種二相和四相電機的專用驅(qū)動器，即含兩個HTTL46V2A通過分析，它能很好的驅(qū)動電機。搬運方便，采用金屬探測器和顏色識別傳感器，倉庫位置的識別可靠性較高，自制叉形結構在物理結構上可能會不太完美，但根本能實現(xiàn)搬運。綜上所述，可以看出方案的可行性非常之高，可以安心地進展智能小車實物的創(chuàng)作。3智能小車采用兩輪驅(qū)動，左右兩邊各用一個電機驅(qū)動，調(diào)制兩個后面兩個輪子的轉(zhuǎn)速從而到達控制轉(zhuǎn)向的目的，前輪是萬象輪，起支撐的作用。將八個紅外線光電傳感器分別裝在車體的左右，當車的左邊的傳感器檢測到黑線的邊界時，主控芯片控制左輪電機減速，車向左修正，當車的右邊傳感器檢測到黑線時，主控芯片控制右輪電機減速，車向右修正。避障的原理和循線一樣，在車頭的前面裝了一個紅外線光電開關，當前方傳感器檢測到障礙物時，車子向右轉(zhuǎn)，從而避開障礙物。系統(tǒng)總體設計框圖系統(tǒng)硬件電路的設計采用了模塊化的設計方法，系統(tǒng)硬件電路由光電開關避障模塊，單片機最小系統(tǒng)模塊，電源模塊，電機驅(qū)動以與尋跡模塊多局部組成，各模塊即可組合聯(lián)調(diào)也可單獨使用。如圖 所示為智能小車硬件設計方框圖。紅外線光電開關模塊在本設計中紅外光電開關模塊是智能小車前向通道的主要組成局E3F-DS30C489C51E3F-DS30C410mA100mA30cm。結合題目指標和實際測試結果，本設計中設定感應距離為6cm。圖3-1系統(tǒng)功能模塊圖光電開關的工作原理光電開關是傳感器中的一種,它把發(fā)射端和承受端之間光的強弱它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無得。所以能反射光線的物體均可被檢測。光電開關將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱對目標物體進展探測。工作原理如圖3-2障礙物發(fā)光器 收光器13/57圖3-2光電開關工作原理圖紅外線光電開關它利用被檢測物體對紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測物體的有無，其物體不限于金屬，對所有能反射光線的物體均可檢測。根據(jù)檢測方式的不同，紅外線光電開關可分為四種：漫反射式光電開關、鏡反射式光電開關、對射式光電開關、槽式光電開關。漫反射光電開關是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當有被檢測物體經(jīng)過時，將光電開關發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關就產(chǎn)生了開關信號。圖3-3為漫反射光電開關工作原理圖。圖3-3漫反射式光電開關工作原理圖鏡反射式光電開關亦是集發(fā)射器與接收器于一體，光電開關發(fā)射器發(fā)出的光線經(jīng)過反射鏡，反射回接收器，當被檢測物體經(jīng)過且完全阻斷光線時，光電開關就產(chǎn)生了檢測開關信號。圖3-4為鏡反射式光電開關工作原理圖。圖3-4鏡反射式開關工作原理圖對射式光電開關包含在結構上相互別離且光軸相對放置的發(fā)射器和接收器，發(fā)射器發(fā)出的光線直接進入接收器。當被檢測物體經(jīng)過發(fā)射器和接收器之間且阻斷光線時，光電開關就產(chǎn)生了開關信號。當檢測物體是不透明時，對射式光電開關是最可靠的檢測模式。圖 3-5對射式光電開關工作原理圖。14/57槽式光電開關通常是標準的UUU光軸時，光電開關就產(chǎn)生了檢測到的開關量信號。圖3-6開關工作原理圖。圖3-5對射式光電開關工作原理圖槽式光電開關通常是標準的UUU光軸時，光電開關就產(chǎn)生了檢測到的開關量信號。圖3-6開關工作原理圖。圖3-6槽式開關工作原理圖本次設計所使用的光電開關德國SICDE3F-DS30C43-7。E3F-DS30C4為常開型紅外線漫反射式光電開關，由于漫反射光電開關的工作方式，決定了其功用，正符合本設計檢測障礙物所用。圖3-7E18-B03N1紅外線漫反射式光電開關15/57壁障光電管電路的設計E18-B03N130cm式紅外線光電開關，它有三個引腳，把光電開關焊為上圖所示，信號線和電源線分開方便連接。如圖3-8E18-B03N1

圖3-8光電開關電路連接圖由于單片機I/O口驅(qū)動能力弱，不能直接連接直流電機，故需要驅(qū)動芯片進展驅(qū)動。該設計采用的是基于 L298N的電路連接方式，L298N是SGS公司的產(chǎn)品部包含4通道邏輯驅(qū)動電路。L298N是一種二相和四相電機的專用驅(qū)動器，即含兩個H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標準TTL邏輯電平信號，可驅(qū)動46V2A以下的電機其電路如圖3-9所示。115L298N2OUT2OUT3、OUT4257101289C51L298N3-1表3-1L298N邏輯功能表ENA(B) IN1(IN3 IN2(IN4 電機運行情況16/57) )HHL正傳HLH反轉(zhuǎn)HHH快速停止HLL快速停止L任意任意停止圖3-9電機驅(qū)動電路原理圖圖3-10電機驅(qū)動實物圖由于電機在正常工作時對電源的干擾很大，所以在電機的驅(qū)動信號輸入端并聯(lián)電容，用以濾除噪聲干擾。電機驅(qū)動模塊實物圖如圖3-10所示。17/57紅外循線模塊紅外放射式光電傳感器特性與工作原理反射式光電傳感器的光源有多種，常用的有紅外發(fā)光二極管，普通發(fā)光二極管，以與激光二極管。理論上光電傳感器只要位于被測區(qū)域反射外表可受到光源照射同時又能被接收管接收到的圍就能進展檢測，然而這是一種理想的結果。因為光的反射受到多種因素的影響，如果直接用發(fā)射和接收管進展測量將因為干擾產(chǎn)生錯誤信號，采用對反射光強進展測量的方法可以提高系統(tǒng)的可靠性和準確性。紅外反射光強法的測量原理是將發(fā)射信號經(jīng)調(diào)制后送紅外管發(fā)射，光敏管接收調(diào)制的紅外信號，原理如圖3-11所示。發(fā)射發(fā)射接收反射外表圖3-11紅外發(fā)射接收原理18/57紅外循線具體設計與實現(xiàn)每1TTLTTL示二極管被點亮。

圖3-12YL40四路循跡傳感器圖電感式接近開關由三大局部組成:振蕩器、開關電路與放大輸出電路。振蕩器產(chǎn)生一個交變磁場。當金屬物體接近這一磁場，并到達感19/57應距離時，在金屬物體產(chǎn)生渦流，從而導致振蕩衰減，以至停振。振蕩器振蕩與停振的變化被后級放大電路處理并轉(zhuǎn)換成開磁信號，觸發(fā)驅(qū)動控制器件，從而到達非接觸式這檢測目的。 物體離傳感器越近線圈的阻尼就越大，阻尼越大，傳感器振蕩器的電流越小。

圖3-9金屬探測器原理圖TCS230 芯片的結構框圖與特點:TCS230是TAOS公司推出的可編程彩色光到頻率的轉(zhuǎn)換器，它把可配置的硅光電二極管與電流頻率轉(zhuǎn)換器集成在一個單一的CMOSRGBRGBTCS23020/57驅(qū)動標準的TTL或CMOS邏輯輸入因此可直接與微處理器或其他邏輯電路相連接，由于輸出的是數(shù)字量，并且能夠?qū)崿F(xiàn)每個彩色信道 10A/D1TCS230圖1TCS230結構框圖TCS2308SOIC6416161616一樣顏色的16個光電二極管是并聯(lián)連接的，均勻分布在二極管陣列中，可以消除顏色的位置誤差。工作時，通過兩個可編程的引腳來動2Hz－500kHz用戶還可以通過兩個可編程引腳來選擇100202％的輸出比例因子，或電源關斷模式。輸出比例因子使傳感器的輸出能夠適應不同就可以選擇小的定標值，使TCS230從圖1可知：當入射光投射到TCS230上時，通過光電二極管控制21/57S2S350％〕，不同的顏色和光強對應不同頻率的方波；還可以通過輸出定標控制引腳S0S1，選擇不同的輸出比例因子，對輸出頻率圍進展調(diào)整，以適應不同的需求。下面簡要介紹TCS230芯片各個引腳的功能與它的一些組合選項。S0、用于選擇輸出比例因子或電源關斷模式；S2S3OUT是頻率GNDVCC為芯片提供工作電壓，表S0、S1S2、S3表一引腳輸出狀態(tài)圖TCS230 識別顏色的原理由上面的介紹可知，這種可編程的彩色光到頻率轉(zhuǎn)換器適合于色度計測量應用領域，如彩色打印、醫(yī)療診斷、計算機彩色監(jiān)視器校準以與油漆、紡織品、化裝品和印刷材料的過程控制和色彩配合。下面以TCS230在液體顏色識別中的應用為例，介紹它的具體使用。首先了解一些光與顏色的知識?！?〕三原色的感應原理通常所看到的物體顏色，實際上是物體外表吸收了照射到它上面的白光〔日光〕中的一局部有色成分，而反射出的另一局部有色光在人眼22/57PAGEPAGE23/57中的反響。白色是由各種頻率的可見光混合在一起構成的，也就是說RYGVBPHelinholtz〔2〕TCS230識別顏色的原理由三原色感應原理可知，如果知道構成各種顏色的三原色的值，就能TCS230時，它只允許某種特定的原色通過，阻止其他原色的通過。例如：中選擇紅色濾波器時，入射光中只有紅色可以通過，藍色和綠色都被阻止，這樣就可以得到紅色光的光強；同時，選擇其他的濾波器，就可以得到藍色光和綠色光的光強。通過這三個值，就可以分析投射到TCS230〔3〕白平衡和顏色識別原理TCS230TCS230RGBTCS230對所檢測的"白色"中的三原色是相等的。進展白平衡調(diào)整是為后續(xù)的顏色識別作準備。在本裝置中，白平衡調(diào)整的具體步驟和方法如下：將空的試管放置在傳感器的上方，試管的上方放置一個白色的光源，使入射光能夠穿過試管照射到TCS230綠色和藍色的值，然后就可計算出需要的3TCS2303R、GB1TCS230的輸出脈沖依次進展計數(shù)。當計數(shù)到255分別計算每個通道所用的時間，這些時間對應于實際測試時TCS230每種濾波器所采用的時間基準，在這段時間所測得的脈沖數(shù)就是所對應的R、G和B的值。2、設置定時器為一固定時間〔例如10ms〕，然后選通三種顏色的濾波器，計算這段時間TCS230的輸出脈沖數(shù)，計算出一個比例因子，通過這個比例因子可以把這些脈沖數(shù)變?yōu)?255在實際測試時，室外同樣的時間進展計數(shù)，把測得的脈沖數(shù)再乘以求得的比例因子，然后就可以得到所對應的R、G和B的值。應用中需要注意的問題結果，最好把傳感器、光源等放置在一個密閉、無反射的箱子中進展測試。么會造成傳感器之間的相互干擾。1TCS230TCS230況時，都需要進展白平衡調(diào)整。最小系統(tǒng)模塊晶振電路的設計晶振電路由頻率為12MHz20pF3-1312=1us。晶體和瓷片電容一樣，在焊接時沒有正負極之分外部時鐘電路完成后，給單片機上電，如果時鐘電路與單片機工X2X12.3V0.5V復位電路的設計

圖3-13晶振電路10pF10K3-14圖3-14復位電路圖25/57圖3-15單片機最小系統(tǒng)電源模塊本次設計所用的電源為12V直流鉛蓄電源，經(jīng)過L298N的降壓穩(wěn)壓，把12V的直流電源變?yōu)?V的電源，供電給單片機工作。26/574

圖3-1612v鉛蓄電池在進展微機控制系統(tǒng)設計時，除了系統(tǒng)硬件設計外，大量的工作就是如何根據(jù)每個生產(chǎn)對象的實際需要設計應用程序。因此，軟件設計在微機控制系統(tǒng)設計中占重要地位。對于本系統(tǒng)，軟件更為重要。在單片機控制系統(tǒng)中，大體上可分為數(shù)據(jù)處理、過程控制兩個根本類型。數(shù)據(jù)處理包括：數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、標度變換等。過程控制程序主要是使單片機按一定的方法進展計算，然后再輸出，以便控制小車。為了完成上述任務，在進展軟件設計時，通常把整個過程分成假設干個局部，每一局部叫做一個模塊。所謂“模塊〞，實質(zhì)上就是所完成一定功能，相對獨立的程序段，這種程序設計方法叫模塊程序設計法。本系統(tǒng)軟件采用模塊化結構，由主程序﹑避障子程序﹑循線子程27/57序、搬運子程序、中斷子程序等構成。主程序流程圖4-1避障子程序流程圖4-2為高電28/57圖4-1主程序流程圖平，光電傳感器檢測障礙物，如前方有障礙物，紅外線光電傳感器向單片機輸出低電平，單片機接收低電平信號，控制電機改變轉(zhuǎn)向；如前方無障礙物小車向前運行。循線子程序流程圖4-3果左邊紅外線接收管為高電平，那么小車向左轉(zhuǎn)，如不是，那么繼續(xù)運行；如果右邊紅外接收管為高電平，那么小車向右轉(zhuǎn)，如不是那么保持運行。29/57開場小車運N檢測障礙Y小車停 小車向圖4-2避障模塊流程圖圖4-3巡線子流程圖30/57搬運子程序流程圖圖4-4搬運子程序小車搬運流程圖如圖4-4。小車開場循跡運行，金屬探測器探測到金屬立即停止，顏色傳感器識別標志位顏色，通過顏色的不同來判斷該位置是抓取還是釋放。動作完畢，小車繼續(xù)正常運行。31/57PAGEPAGE39/575安裝步驟檢查元件的好壞按電路圖買好元件后首先檢查買回元件的好壞，按各元件的檢測方法分別進展檢測，一定要仔細認真。而且要認真核對原理圖是否一致，在檢查好后才可上件、焊件，防止出現(xiàn)錯誤焊件后不便改正。放置、焊接各元件按原理圖的位置放置各元件，在放置過程中要先放置、焊接較低的元件，后焊較高的和要求較高的元件。特別是容易損壞的元件要后焊，在焊集成芯片時連續(xù)焊接時間不要超過10s，注意芯片的安裝方向。電路調(diào)試首先燒入電機控制小程序，控制電機正反轉(zhuǎn)，停止均正常。說明電機與驅(qū)動電路無誤。然后參加避障子程序，小車運轉(zhuǎn)正常時，光電開關模塊靈敏度使到達理想效果。接下來測試紅外循線模塊的二極管是否有亮燈，有的話，代表有用不需更換，接著輸入程序進展簡單的循線活動，測試靈敏度是否到達要求。在調(diào)試程序時，發(fā)現(xiàn)有的指令用的不正確，特別測試紅外循線模塊的時候，一些比擬急的彎，轉(zhuǎn)彎不夠靈活，非常容易走出跑道，對于這段程序調(diào)試了比擬長的時間。光電開關模塊調(diào)試過程光電開關采用的是紅外線漫反射型光電開關，直徑為18毫米的圓柱體，工作電壓為5V，消耗電流25mA，響應時間2ms，指向角15°，-25℃~+55℃。正常工-25℃~+55℃。當電路連接好，檢測小車有無變相，假設無，光電開關常態(tài)下正常。調(diào)試過程中，可取出一白紙，當作障礙物，擋在小車面前方3cm處，如果小車向右轉(zhuǎn)，那么光電開關正常。在把白紙放在小車前方4cm處，在測量小車有無反響。按照如此方法，調(diào)節(jié)軟件程序，最后成功把小車的探測距離，確當電路連接好，檢測小車有無變相，假設無，光電開關常態(tài)下正常。調(diào)試過程中，可取出一白紙，當作障礙物，擋在小車面前方3cm處，如果小車向右轉(zhuǎn)，那么光電開關正常。在把白紙放在小車前方4cm處，在測量小車有無反響。按照如此方法，調(diào)節(jié)軟件程序，最后成功把小車的探測距離，確定在要求圍。電機模塊調(diào)試過程由于采用的電機供電電壓是可使電機轉(zhuǎn)動的PWM5%~65%PWMPWM的原理，其實就是面積等效原理，在采樣控制理論中有一個其效果根本一樣。所以可用等幅值的不同寬度的脈沖來等效一些想要的波形。紅外循線模塊調(diào)試過程首先利用萬用表測試是否有發(fā)光二極管不亮的，有的話再堅持是否因為短路或者二極管燒壞，然后通過循跡模塊的電位器調(diào)節(jié)當前環(huán)20mm白色是翻開狀態(tài)。在接著在輸入程序，接著做一個簡單的跑道進展簡單的測試，跑道如圖5-2。利用這個跑道可以簡單的了解各功能是否正常運行。B起點AB起點A起點D起點E起點圖5-2測試跑道DB變程序和利用塑膠減小光的影響，最后成功讓小車順利過彎成功。測試結果與分析測試方法〔1車在“直道區(qū)〞行駛過程中，檢查看其是否沿跑道運行，再檢測是否能順利轉(zhuǎn)彎。〔2利通過障礙物。測試結果從測試結果看，根本上該智能電動車能較好的智能搬運小車的，循跡，壁障等根本功能。搬運功能有于時間有限沒能完好調(diào)試出來。同時，在測試中有時會有誤動作和誤差。原因是受實驗條件的約束，如跑道不平整、電動車的性能不好、電機電源消耗過快等因素，這些都有待改良。第六章結論技術的應用解決了電動機驅(qū)動效率和電機速度控制的問題；采用紅外在軟件上，充分利用了12c5a本設計結構簡單，調(diào)試方便，系統(tǒng)反映快速靈活，硬件電路由可拆卸模塊拼接而成有很大的擴展空間。經(jīng)實驗收測試，該智能小車設計方案正確、可行，各項指標穩(wěn)定、可靠。如光電開關受光線影響，沒有很好的解決措施，所以在使用中需要注意環(huán)境影響，由于沒采用雙電源供電，使系統(tǒng)的抗干擾性還是欠佳，紅外循線局部還可以使用紅外對管ST178致歷時一個月的畢業(yè)設計已經(jīng)告一段落。經(jīng)過自己不斷的搜索努力以與教師的耐心指導和熱情幫助，本設計已經(jīng)根本完成。通過這次畢業(yè)設計，使我深刻地認識到學好專業(yè)知識的重要性，也理解了理論聯(lián)系實際的含義，并且檢驗了大學四年的學習成果。雖然在這次設計中對于知識的運用和銜接還不夠熟練。但是我將在以后的工作和學習中繼續(xù)努力、不斷完善。這三個月的設計是對過去所學知識的系統(tǒng)提高和擴大的過程，為今后的開展打下了良好的根底。由于自身水平有限，設計中一定存在很多缺乏之處，敬請各位教師批評指正。參考文獻[1]—05—15(11)[2][3]戴仙金等.51C[4]柳郭等.單片機開發(fā)應用技能與技巧.:中國電力,2008[5]何希才等.傳感器與應用[M].:機械工業(yè)，2004:65-83[6]丁鎮(zhèn)生.傳感器與傳感技術應用.:電子工業(yè),1998:59-72王艷，基于512010-04-25,28～322004[10]立、立，電動小車的循跡，電子世界，2004-06-01,5[11]YasushiSaito,BrianNBershad,andHenryMLevy.Manageability,availabilityandperformanceinporcupine:ahighlyscalablecluster-basedmailservice.Operationsystemreview,2003,(12):1-15附錄設計系統(tǒng)局部源代碼循跡局部#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintunsignedcharzkb1=0;//****//unsignedunsignedcharcharzkb2=0t=0;;//**//****//**//sbitRSEN1=P1^0;sbitRSEN2=P1^1;sbitLSEN1=P1^2;sbitLSEN2=P1^3;sbitIN1=P0^0;sbitIN2=P0^1;sbitIN3=P0^2;sbitIN4=P0^3;sbitENA=P0^4;sbitENB=P0^5;sbitIN6=P2^0;sbitIN7=P2^1;//********************************//voiddealy(intz){unsignedinta,b;for(a=0;a<1000;a++);for(b=0;b<z;b++);}//**********voidinit(){ TMOD=0x01;TH0=(65536-100)/256;TL0=(65536-100)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;}//***********中斷函數(shù)+脈寬調(diào)制***********//voidtimer0()interrupt1{if(t<zkb1)ENA=1;elseENA=0;if(t<zkb2)ENB=1;elseENB=0;t++;if(t>=100){t=0;}}//******************直行******************//voidqianjin(){ zkb1=30;zkb2=30;}//***************1***************//voidturn_left1(){ zkb1=0;zkb2=50;}//***************2***************//voidturn_left2(){ zkb1=0;zkb2=60;}//***************1***************//voidturn_right1(){ zkb1=50;zkb2=0;}//***************2***************//voidturn_right2(){ zkb1=60;zkb2=0;}//********************************//voidxunji(){ucharflag;if((RSEN1==1)&&(RSEN2==1)&&(LSEN1==1)&&(LSEN2==1)){flag=0;}//*******直行*******//else if((RSEN1==0)&&(RSEN2==1)&&(LSEN1==1)&&(LSEN2==1)){flag=1;}//***左偏1,右轉(zhuǎn)1***//else 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//TCS3200S3//TCS3200S0模塊部默認上拉//TCS3200S1模塊部默認上拉//TCS3200OE模塊部接地sbittest_pin=P1^2; //率//變量、常量定義ucharge,shi,bai;ucharrp=3,gp=3,bp=6;//定義比例因子，具體環(huán)境可以修ucharcount; //顏色標志位〔0:紅1:綠2:藍〕//顯示數(shù)組uchardisp_R[3];//紅uchardisp_G[3];//綠uchardisp_B[3];//藍//********定義函數(shù)*****************************void delay(unsignedintk);void InitLcd();void WriteDataLCM(uchardataW);void WriteCommandLCM(ucharCMD,ucharAttribc);void DisplayOneChar(ucharX,ucharY,uchar//*********LCD1602初始化**********************voidInitLcd(){WriteCommandLCM(0x38,1);WriteCommandLCM(0x08,1);WriteCommandLCM(0x01,1);WriteCommandLCM(0x06,1);WriteCommandLCM(0x0c,1);}//**********檢測忙信號************************voidWaitForEnable(void){DataPort=0xff;LCM_RS=0;LCM_RW=1;_nop_();LCM_EN=1;_nop_();_nop_();while(DataPort&0x80);LCM_EN=0;}//**********LCD***********************voidWriteCommandLCM(ucharCMD,ucharAttribc){if(Attribc)WaitForEnable();LCM_RS=0;LCM_RW=0;_nop_();DataPort=CMD;_nop_();LCM_EN=1;_nop_();_nop_();LCM_EN=0;}//**********LCD************************voidWriteDataLCM(uchardataW){WaitForEnable();LCM_RS=1;LCM_RW=0;_nop_();DataPort=dataW;_nop_();LCM_EN=1;_nop_();_nop_();LCM_EN=0;}//********************voidDisplayOneChar(ucharX,ucharY,ucharDData){Y&=1;X&=15;if(Y)X|=0x40;X|=0x80;WriteCommandLCM(X,0);WriteDataLCM(DData);}//**********延時函數(shù)***************voiddelay(unsignedintk){unsignedinti,j;for(i=0;i<k;i++){for(j=0;j<121;j++)}}/*******************************************函數(shù)名稱:t0_init()函數(shù)功能:定時器0入口參數(shù):無出口參數(shù):無/********************************************/voidt0_init(){TMOD=0x51; 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