智能小車(chē).docx

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1、摘要 本文基于Arduino、51duino設(shè)計(jì)了一種能夠智能移動(dòng)避障及智能抓取分揀 貨物的機(jī)械裝置，由電源模塊、超聲波傳感器模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、調(diào)試模塊、 MCU模塊、壓力傳感器模塊、溫度傳感器模塊、濕度傳感器模塊，WIFI模塊、 51duino機(jī)器人驅(qū)動(dòng)板模塊、Robot-Eyes高清攝像頭等模塊組成。本文主要從硬 件與人機(jī)交互方面來(lái)解釋如何利用紅外傳感器檢測(cè)障礙物，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障的功 能；如何利用無(wú)線傳輸與相應(yīng)的傳感器使得抓取裝置更好的抓取貨物，從而突出 該機(jī)械裝置的優(yōu)越性。 關(guān)鍵詞：智能小車(chē)單片機(jī)避障 nr-: 人機(jī)交互 2) 支持IT模式,22. 1184MHz主頻約相

2、當(dāng)于傳統(tǒng)單片機(jī)主頻265MHz; 3) 支持IAP技術(shù),29K EEPROM空間可用于保存用戶數(shù)據(jù)； 4) 具有獨(dú)立的波特率發(fā)生器. 2. 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 -L298,內(nèi)置雙路全橋驅(qū)動(dòng)電路,可驅(qū)動(dòng)2路直流電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)兩相步 進(jìn)電機(jī)，標(biāo)配2A驅(qū)動(dòng)電流，全新進(jìn)口 SMT封裝,性能大大優(yōu)于國(guó)產(chǎn)插件封裝 L298,價(jià)格也貴得多. 3. 電源穩(wěn)壓 —2片LM2596,分別支持3A電流驅(qū)動(dòng)輸出，全新進(jìn)口芯片，發(fā)熱小，性能 和價(jià)格遠(yuǎn)高于國(guó)產(chǎn)芯片 4. 接口資源和特點(diǎn) 1) 1個(gè)電機(jī)輸出接口，標(biāo)配驅(qū)動(dòng)2路直流電機(jī)(也可用并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)4路小 電流電機(jī))，可選驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)； 2) 1個(gè)電機(jī)擴(kuò)展

3、邏輯控制接口，用于控制外接大功率電機(jī)底盤(pán)(如大腳電 機(jī))； 3) 5路舵機(jī)驅(qū)動(dòng)接口(可以擴(kuò)展至8路)； 4) 1個(gè)舵機(jī)擴(kuò)展邏輯控制接口組，用于控制外接超大功率舵機(jī)； 5) 3路紅外避障接口； 6) 1個(gè)TTL排針串口； 7) 1個(gè)紅外一體化接收頭； 8) 4路預(yù)留接口，可接溫度傳感器.超聲波模塊.I2C接口的FM模塊等； 9) 1個(gè)USB接口，完美適配703等無(wú)線路由，集5V供電和TTL串口于 一體,也可以外接串口模塊，如指紋模塊等； 10) 1個(gè)最大輸出500mA電流驅(qū)動(dòng)接口，可以接紅外發(fā)射頭.蜂鳴器.強(qiáng)光 二極管，繼電器等； 11) 1個(gè)電源開(kāi)關(guān),8A工作電流,超強(qiáng)可靠性

4、; 12) 1個(gè)直流電源輸入接口, 7-15V范圍輸入； 13) 1個(gè)5V電壓輸出接口，標(biāo)配1A電流； 14) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓選擇跳線開(kāi)關(guān)，可選6V/9V/12V輸出. 15) 6組高亮LED運(yùn)行指示燈. 16) 關(guān)鍵邏輯部分均使用光耦進(jìn)行隔離，極大地提高了穩(wěn)定性. 17) 自帶MAX232隔離，可使用STC-ISP下載程序在線編程. 其原理電路圖： ■sw r— g n — ?AxWT C J P . GPIOO GP1O2 a s s x f ^*-4 <*■> 5 5 S a s a s =N Z：工 9 9 9 9 O- O- O- 9 9

5、9 N = N N 9 9 9 9 ppiop s J XL> *3V3 ^OK 入 ? 3V3 *3V3 1 OOuF 1 UF ONO 3.4攝像傳感模塊 攝像傳感器支持多物體，多色彩識(shí)別，其也支持多種通信方式，如SPI, I2C 等，可以直接插在Arduino控制板上面。把它安裝在機(jī)器人上，想到與給機(jī)器人 加上了一副眼睛。它搭載的圖像傳感器配合強(qiáng)大的硬件，可以配合PC追蹤、分 析多色的數(shù)據(jù)。其強(qiáng)大的處理器上搭載一個(gè)圖像傳感器，它會(huì)選擇性處理有用的 消息，因?yàn)樗捎妙伾珵橹行牡霓k法一使該產(chǎn)品只是將特定的物體的視覺(jué)數(shù)據(jù)發(fā) 給相互配合的微型控制器，而不是輸出所有

6、的視覺(jué)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理，所以 Arduino很容易和它微控制器很容易交流。 攝像傳感模塊利用攝像頭的成像原理，其輸入方式：利用攝像頭對(duì)貨物單上 的二維碼進(jìn)行掃碼，將數(shù)據(jù)傳給51duino,然后再進(jìn)行下一步的抓取動(dòng)作。當(dāng)然 小車(chē)上的攝像頭可對(duì)抓取裝置的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)控，將數(shù)據(jù)與動(dòng)作傳給移動(dòng)終端設(shè) 備，人為亦可以進(jìn)行強(qiáng)行干預(yù)，中斷小車(chē)的抓取等一系列動(dòng)作。 3.4壓力傳感模塊 FSR402壓力傳感器是Interlink Electronics公司生產(chǎn)的一款重量輕、體 積小、感測(cè)精度高、超薄型電阻式壓力傳感器。這款壓力傳感器是將施加在傳感 器薄膜區(qū)域的壓力轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，從而獲得壓力信息，壓力越

7、大，電阻越 低。我們將抓取裝置的抓取位置上安裝該壓力傳感器，當(dāng)有壓力輸入時(shí)，將電阻 值的變化通過(guò)放大器傳給51duino, 51duino根據(jù)內(nèi)部的編程來(lái)對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行 輸出，控制伺服電機(jī)的的轉(zhuǎn)速與角度來(lái)更好更穩(wěn)定的抓取貨物。 總結(jié) 該智能分揀裝置采用人工交互式與多種傳感器相互結(jié)合的特色，使得人們只 需從移動(dòng)終端監(jiān)控該分揀裝置的動(dòng)作，不需人為對(duì)貨物進(jìn)行分揀，減輕了人力的 勞動(dòng)。多種傳感器的相互結(jié)合使用，增強(qiáng)了該智能分揀裝置的操作穩(wěn)定性與準(zhǔn)確 性。人工交互式的運(yùn)用，使得分揀裝置更加智能，方便操作，達(dá)到人與機(jī)器的一 種交流。 參考書(shū)籍： ［1］ 黃大志，周慶貴，陳業(yè)強(qiáng).基于單片機(jī)輪式尋跡機(jī)

8、器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 口］.機(jī)床與液壓,2009, 37( 8) : 350 -352. ［2］ 王瑋，王丹，培德.基于光電探測(cè)系統(tǒng)的地面車(chē)精確定位定向技術(shù)［J］.北 京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2007, 33( 8) : 902 -905. ［3］ 肖南峰.智能機(jī)器人［M］.廣州：華南理工大學(xué)出版社，2008. 1:7-8 ［4］ 陳明熒.ATmegal6單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教材［M］.北京:清華大學(xué)出版 社，2004. ［5］ 雷鋼，王宏遠(yuǎn).基于AVR單片機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.華中科技大學(xué)學(xué) 報(bào).2006. ［6］ 張軍.AVR單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)典型實(shí)例［M］.北京：中國(guó)電力出版 社，2

9、005. ［7］ 劉崇翔 基于ARM的智能小車(chē)的設(shè)計(jì)與研究，江南大學(xué)碩士學(xué)位論文， 2012. 03 ［8］ 彭南華.經(jīng)濟(jì)型噴漆機(jī)器人軌跡規(guī)劃及關(guān)節(jié)控制研究［D］。湖南：中南大 學(xué)，2009 (4)： 3-7 目錄 第1章緒論 1.1引言 智能，在科技高速發(fā)展的今天，已成為一個(gè)引領(lǐng)時(shí)尚前沿的代名詞，智能手 機(jī)，智能機(jī)器人等等已經(jīng)在工業(yè)，軍事中得到廣泛的作用，在不為人們所熟知的 領(lǐng)域，如深海探測(cè)，航空航天，地質(zhì)勘探，智能也發(fā)揮著舉足輕重的作用⑴。智 能車(chē)是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策和多等級(jí)輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)。 整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)集中運(yùn)用了自動(dòng)化控制、傳感技術(shù)、導(dǎo)航、電子、電氣、P

10、C機(jī)、 機(jī)械、人工智能等多個(gè)學(xué)科的知識(shí)⑵，是典型的高新技術(shù)綜合體。以后智能機(jī)器 人的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)愈發(fā)廣泛，如在航天航空技術(shù)、海洋能源開(kāi)發(fā)技術(shù)、微電子技術(shù)、 制造與維修技術(shù)、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域會(huì)有很大的突破和進(jìn)展。 1.2課題研究目的及意義 自第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人誕生⑶以來(lái)，機(jī)器人的發(fā)展已經(jīng)遍及機(jī)械、電子、冶金、 交通、宇航、國(guó)防等領(lǐng)域。近年來(lái)機(jī)器人的智能水平不斷提高，并且迅速地改變 著人們的生活方式。人們?cè)诓粩嗵接憽⒏脑?、認(rèn)識(shí)自然的過(guò)程中，制造能替代人 工作的機(jī)器一直是人類(lèi)的夢(mèng)想，其中智能小車(chē)可以作為機(jī)器人的典型代表。其需 要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障功能就必須要感知障礙物，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別路線，選擇正確

11、的行進(jìn) 路線，使用傳感器感知路線并做出判斷和相應(yīng)的執(zhí)行動(dòng)作。智能小車(chē)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 涉及控制、模式識(shí)別、傳感技術(shù)、汽車(chē)電子、電氣、計(jì)算機(jī)、機(jī)械等多個(gè)學(xué)科。 它可以分為三大部分：傳感器檢測(cè)部分，執(zhí)行部分，CPUo現(xiàn)代智能小車(chē)發(fā)展很 快，從智能玩具到各行業(yè)都有實(shí)質(zhì)成果，其基本可實(shí)現(xiàn)循跡、避障功能等基本功 能。 日本目前投入市場(chǎng)的不再是高性能的工業(yè)機(jī)器人，微型機(jī)器人汽車(chē)也正在逐 步的進(jìn)入市場(chǎng)。日前由日本科研人員研發(fā)的兩款微型機(jī)器人汽車(chē)與大眾見(jiàn)面，汽 車(chē)內(nèi)安裝有最尖端的視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)，通過(guò)內(nèi)部的攝像頭與傳感器能夠使小車(chē)自動(dòng) 識(shí)別障礙物，從而避免碰撞，并判斷小車(chē)與障礙物之間的距離。目前研究人員已 經(jīng)將小車(chē)的

12、這種自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用到汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域去，這將為陷入低靡的汽車(chē)行 業(yè)注入新的活力'， 隨著計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、微電子技術(shù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、微納米技術(shù)、 仿生學(xué)、材料等相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展，避障循跡小車(chē)可以通過(guò)自動(dòng)感知引導(dǎo)線以 及躲避障礙物在工作中取代人力運(yùn)輸，節(jié)省人力以及成本。智能車(chē)輛是一個(gè)運(yùn)用 計(jì)算機(jī)、傳感、信息、通信、導(dǎo)航、人工智能及自動(dòng)控制等技術(shù)實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知、 規(guī)劃決策和自動(dòng)行駛為一體的高新技術(shù)綜合體。此類(lèi)機(jī)器人以后對(duì)我們的研究和 生活定會(huì)發(fā)揮至關(guān)重要的作用，在以后對(duì)車(chē)輛的自動(dòng)駕駛，飛船的自動(dòng)航行模式 及深海自動(dòng)探測(cè)有很大的研究?jī)r(jià)值。 1. 3課題研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 智能小車(chē)，也就是輪

13、式機(jī)器人，主要有口令識(shí)別與語(yǔ)音合成、機(jī)器人自定位、 動(dòng)態(tài)隨機(jī)避障、多傳感器信息融合、實(shí)時(shí)自適應(yīng)導(dǎo)航控制等功能也氣現(xiàn)在智能 小車(chē)發(fā)展很快，從智能玩具到其它各行業(yè)都有實(shí)質(zhì)成果。其基本可實(shí)現(xiàn)循跡、避 障、檢測(cè)貼片、尋光入庫(kù)、避崖等基本功能，這幾年的電子設(shè)計(jì)大賽智能小車(chē)又 在向聲控系統(tǒng)發(fā)展，比較出名的飛思卡爾智能小車(chē)更是走在前列。隨著人工智能 的不斷發(fā)展，尤其是那場(chǎng)AlphaGo與李世石的世紀(jì)之戰(zhàn)給人們留下了深刻的印 象，智能機(jī)器人的研究取得了新進(jìn)展。美國(guó)的Alphabet公司研制出的機(jī)器馬可 用于救災(zāi)物資上的運(yùn)輸，英國(guó)設(shè)計(jì)出吃蒼蠅老鼠的機(jī)器人家具，法國(guó)研發(fā)出“兒 童機(jī)器人”，歐洲研發(fā)出超級(jí)機(jī)器人，能

14、預(yù)知人類(lèi)意圖等。這些都與我們的生活 息息相關(guān)，給我們的生活帶來(lái)了極大地方便。我國(guó)一直比較重視智能機(jī)器人的研 究，國(guó)家“863”智能機(jī)器人專(zhuān)家組將智能機(jī)器人的研究作為今后發(fā)展的重點(diǎn)。 許多大專(zhuān)院校和科研機(jī)構(gòu)都在著手智能機(jī)器人的研究和開(kāi)發(fā)工作，相繼幾所高校 進(jìn)行了這方面的研究并取得了一定的成果，如沈陽(yáng)自動(dòng)化所的AGV小車(chē)，上海大 學(xué)的導(dǎo)購(gòu)機(jī)器人和哈工大研究所的導(dǎo)游機(jī)器人，清華大學(xué)智能技術(shù)與系統(tǒng)國(guó)家重 點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研制的THMR系列微型移動(dòng)車(chē)，整個(gè)系統(tǒng)包括攝像機(jī)，磁羅盤(pán)，差分GPS, 電子地圖等車(chē)載設(shè)備，保證了移動(dòng)車(chē)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自主駕駛與輔助駕駛。除 此之外，以哈爾濱工業(yè)大學(xué)為首的眾多高校也先后在“

15、機(jī)器人足球賽”“機(jī)器人 起重大賽”這些具有國(guó)際水平的人工智能競(jìng)賽中取得優(yōu)異的成績(jī)⑻。 此次設(shè)計(jì)的智能車(chē)可以作為機(jī)器人的典型代表，主要實(shí)現(xiàn)以攝像頭實(shí)現(xiàn)無(wú)線 數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)溫度濕度傳感器感應(yīng)外界環(huán)境選擇最佳路線和避障等多個(gè)功能。 智能車(chē)可以分為四大組成部分：傳感器檢測(cè)部分、小車(chē)執(zhí)行部分、抓取部分、CPU。 機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)選擇最佳路線和避障功能，感知外界路面的路面情況和障礙物，可 以實(shí)現(xiàn)小車(chē)自動(dòng)識(shí)別路線，選擇正確的行進(jìn)路線并平穩(wěn)的行駛?；谏鲜鲆?， 傳感檢測(cè)部分考慮到小車(chē)一般需要要準(zhǔn)確到到指定地點(diǎn)，要求精密感知與直流電 機(jī)相互配合完成，主要控制小車(chē)的行進(jìn)方向和速度。單片機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)一般有 兩種方

16、案：第一，勿需占用單片機(jī)資源，直接選擇有PWM功能的單片機(jī)，這樣可 以實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速；第二，可以由軟件模擬PWM輸出調(diào)制，需要占用單片機(jī)資源， 難以精確調(diào)速，但單片機(jī)型號(hào)的選擇余地較大?？紤]到實(shí)際情況，本文選擇第一 種方案。CPU使用Arduino單片機(jī)，配合軟件編程實(shí)現(xiàn)。抓取部分功能的實(shí)現(xiàn)需 要更多的傳感器與51duino控制器的配合，如壓力傳感器對(duì)貨物的壓力的檢測(cè)將 數(shù)據(jù)傳到移動(dòng)終端，通過(guò)移動(dòng)終端來(lái)控制抓取裝置舵機(jī)的移動(dòng)角度來(lái)改變抓取貨 物時(shí)所受的力。 1.4人機(jī)交互結(jié)合運(yùn)用 人機(jī)交互是一種人與計(jì)算機(jī)之間使用某種對(duì)話語(yǔ)言，以一定的交互方式，為 完成確定的任務(wù)的人與計(jì)算機(jī)之間信息交換過(guò)程。

17、這次我們所做的小車(chē)就是通過(guò) 移動(dòng)終端設(shè)備對(duì)小車(chē)進(jìn)行監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)一種準(zhǔn)確分揀并運(yùn)輸?shù)墓δ?。監(jiān)控小車(chē) 的實(shí)現(xiàn)以攝像頭對(duì)路面情況的勘測(cè)通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)轿覀兊囊苿?dòng)終端設(shè)備上，再通 過(guò)溫度濕度傳感器感應(yīng)外界環(huán)境或我們自設(shè)定而選擇最佳路線和避障。待小車(chē)到 達(dá)指定的物流分揀區(qū)域時(shí)，利用抓取裝置的攝像頭對(duì)物品進(jìn)行一個(gè)二維碼的掃取 再通過(guò)操作系統(tǒng)對(duì)貨物進(jìn)行一個(gè)分揀，這一系列動(dòng)作人們只需要通過(guò)移動(dòng)設(shè)備進(jìn) 行監(jiān)控或操作即可，使人的勞動(dòng)力得到極大地解放。 隨著計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，人機(jī)交互技術(shù)亦日趨成熟，操作命令也越來(lái)越 多，功能也越來(lái)越強(qiáng)。隨著模式識(shí)別，如語(yǔ)音識(shí)別、漢字識(shí)別等輸入設(shè)備的發(fā)展, 操作員和計(jì)算機(jī)在類(lèi)似

18、自然語(yǔ)言或受限制的自然語(yǔ)言這一級(jí)別進(jìn)行交互成為可 能。此外通過(guò)圖形進(jìn)行人工交互也吸引著人們?nèi)パ芯?。這些人機(jī)交互可稱(chēng)為智能 化人工交互。根據(jù)未來(lái)社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)，我們選擇一種人工交互式的方法結(jié)合分 揀裝置運(yùn)用于日常生活的運(yùn)用。 第2章小車(chē)的總體硬件設(shè)計(jì) 2.1小車(chē)車(chē)體設(shè)計(jì)與移動(dòng)避障的原理 本文所述小車(chē)采用RP5大功率坦克車(chē)體，它采用帶電機(jī)的大扭力280馬達(dá)， 組合斜齒+金屬齒，形成大扭力、低噪音底盤(pán)系統(tǒng)，具有動(dòng)力性能強(qiáng)、底盤(pán)穩(wěn)定 性高、可原地轉(zhuǎn)圈、轉(zhuǎn)彎靈活等特點(diǎn)。負(fù)載能力至少3KG以上?？梢栽秸系K物， 比一般的輪式小車(chē)更具有穩(wěn)定性和靈活性，從而適合比較高要求的場(chǎng)合如模擬物 流分揀。 小車(chē)原

19、理結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示，系統(tǒng)以Arduino單片機(jī)為核心，配合外圍 電路共同完成信號(hào)采集、路線檢測(cè)、障礙檢測(cè)、按鍵輸入、信號(hào)顯示和小車(chē)姿態(tài) 控制等功能。系統(tǒng)采用高性能的單片機(jī)，要求工作穩(wěn)定、處理速度快、通用性強(qiáng), 保證小車(chē)移動(dòng)避障的穩(wěn)定性及可靠性，而且成本低。 小車(chē)移動(dòng)避障部分是能夠采集周?chē)h(huán)境障礙物的信息，并返回至單片機(jī)進(jìn)行 處理，其組成部分包括：環(huán)境信息采集電路、放大電路、單片機(jī)控制電路。 路線采集電路一般有脈沖調(diào)制的反射式紅外發(fā)射接收器和信號(hào)放大器組成， 脈沖調(diào)制的反射式紅外發(fā)射接收器根據(jù)不同顏色對(duì)光的反射程度不同，將路線信 息送至放大器，放大器可作為比較器可作簡(jiǎn)單的濾波

20、，放大器將從脈沖調(diào)制的反 射式紅外發(fā)射接收器返回的信號(hào)轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可識(shí)別的電平信號(hào)后送入單片機(jī)。 Arduino單片機(jī)可根據(jù)接收的信息判斷路線的信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)左右兩側(cè)直流電機(jī)工 作狀態(tài)的控制，以實(shí)現(xiàn)左右轉(zhuǎn)向，最終實(shí)現(xiàn)選擇最佳路線的功能。 避障部分則有超聲波模塊和兩路脈沖調(diào)制的反射式紅外發(fā)射接收器。超聲波 可實(shí)現(xiàn)測(cè)距，利用超聲波返回的信號(hào)變化使單片機(jī)產(chǎn)生中斷，實(shí)現(xiàn)障礙的判斷， 當(dāng)距離大與某個(gè)值時(shí)可繼續(xù)前進(jìn)，當(dāng)距離小于某個(gè)值時(shí)則單片機(jī)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn) 避障。 2. 2小車(chē)微處理器硬件設(shè)計(jì) 微處理器是小車(chē)的核心部分，主要完成對(duì)外圍各個(gè)模塊的管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍 模塊的信號(hào)發(fā)送，以及對(duì)傳感器模塊的信號(hào)采

21、集，并根據(jù)軟件算法對(duì)所采集的信 號(hào)進(jìn)行處理，發(fā)送信號(hào)給執(zhí)行模塊進(jìn)行任務(wù)執(zhí)行，還對(duì)各種突發(fā)事件進(jìn)行監(jiān)控和 處理，保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)作。這里采用Arduino單片機(jī)，其工作條件與端口 的介紹： 1. 微控制器核心：AVRmegal68-20PU/mega328P-PU（處理速度可達(dá) 20MIPS） 2. 工作電壓：+5V 3. 外部輸入電壓：+7V?+ 12V （建議） 4. 外部輸入電壓（極值）：+6VWVinW + 20V 5. 數(shù)字信號(hào)I/O接口 0?13：共14個(gè)，其中6個(gè)PWM輸出接口（Pinll、 PinlO、 Pin9、 Pin6、 Pin5、 Pin3） 6. 模

22、擬信號(hào)輸入接口 0?5：共6個(gè) 7. DC I/O 接口 電流：40 mA 8. Flash 容量：16 KB/32KB （其他 2K 用于 bootloader） 9. SRAM靜態(tài)存儲(chǔ)容量：1KB 10. EEPR0M 存儲(chǔ)容量：512 bytes 11. 時(shí)鐘頻率：16MHz、支持USB接口協(xié)議 12. 支持USB供電與外部供電 13. 支持ISP下載功能 14. 支持插針 2. 3小車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì)思路 小車(chē)車(chē)體為RP5-CH02玩具坦克車(chē)底盤(pán)，為差動(dòng)式履帶車(chē)，由于其為大功率， 采用帶電感的大扭力260型馬達(dá)，形成大扭力、低噪音底盤(pán)系統(tǒng)，具有動(dòng)力性能 強(qiáng)，因此也需

23、要大電流大功率驅(qū)動(dòng)模塊。左右兩側(cè)的電機(jī)分別由電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 L298N來(lái)驅(qū)動(dòng)。L298N是一種內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo) 準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V. 2A以下的電機(jī)，可分別獨(dú)立驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)。 L298N的信號(hào)輸入端和使能端接收到來(lái)自單片機(jī)的信號(hào)，控制電機(jī)的通斷以及正、 反轉(zhuǎn)，還可以通過(guò)向使能端輸入不同占空比的方波信號(hào)來(lái)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速（PWM方 式）。如圖所示，小車(chē)采用直流電機(jī)提供動(dòng)力，LI、L2兩個(gè)大電感對(duì)電機(jī)其保護(hù) 作用。由有L298驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)，L298N是一種內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全 橋式驅(qū)動(dòng)器'⑶，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下

24、的電機(jī)，可分別 獨(dú)立驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，本設(shè)計(jì)即用了這樣的連接方式驅(qū)動(dòng)左右兩個(gè)電機(jī)，E1、 E2接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)；Inl~In4接單片機(jī)的輸出端，用于控制電動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)向。 2. 4避障模塊電路 圖2. 1.4A左前右前避障模塊 避障模塊有兩部分組成，包括探測(cè)左前右前的紅外攝像頭（如圖2. 4A）和 超聲波（如圖2. 4B）o L_ 一* C_ 圖2. 1.4B超聲波模塊 其中如圖2. 4A示，左前右前避障傳感器為脈沖調(diào)制的反射式紅外發(fā)射接收 器，但其較容易受光線影響，而圖2. 4B示的超聲波模塊測(cè)距對(duì)所探測(cè)物體斜度 有要求，兩者結(jié)合既可不受被測(cè)物體斜度的影響，而

25、且可以對(duì)高度不同的障礙物 進(jìn)行探測(cè)，增加了探測(cè)的準(zhǔn)確性和全面性，增加了避障的準(zhǔn)確度。 2. 5溫度傳感模塊 我們選擇的溫度傳感器2010年最新推出的Analogue Temperature Sensor 采用NS公司（美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司）生產(chǎn)的溫度傳感器LM35,它具有很高的 工作精度和較寬的線性工作范圍，該器件輸出電壓與攝氏溫度線性成比例，每 升高1°C,輸出電壓增加lOmVo從使用角度來(lái)說(shuō)，熱電偶常用于高溫測(cè)量， 伯電阻用于中溫測(cè)量（攝氏800度左右），而熱敏電阻和半導(dǎo)體溫度傳感器適 合于200度以下的溫度測(cè)量。 LM35就是一款半導(dǎo)體溫度傳感器與用開(kāi)爾文標(biāo)準(zhǔn)的線性溫度傳感器相比更

26、有優(yōu)越之處，LM35無(wú)需外部校準(zhǔn)或微調(diào)，可以提供±1/4°C的常用的室溫精度。 LM35輸出數(shù)據(jù)通過(guò)Arduino板傳到我們的移動(dòng)終端，通過(guò)移動(dòng)終端更好調(diào)控小 車(chē)的路線從而避免小車(chē)在極寒或極熱的工作狀態(tài)下工作，從而增強(qiáng)其使用性能與 壽命。 第3章抓取裝置的總體硬件設(shè)計(jì) 3.1抓取裝置設(shè)計(jì)及工作原理 抓取裝置是該分揀結(jié)構(gòu)一重要環(huán)節(jié)，其工作原理就是利用成像攝像頭對(duì)二維 碼的掃取，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?1duino板中，51duino進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后控制電機(jī)的轉(zhuǎn) 角與速度從而達(dá)到對(duì)貨物進(jìn)行分揀的功能。 抓取裝置關(guān)鍵部位為電機(jī)，我們抓取裝置所用的電機(jī)為伺服電機(jī)。其內(nèi)部有 一個(gè)基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms

27、,寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號(hào)，將獲得的直流偏 置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。經(jīng)由電路板上的IC判斷轉(zhuǎn)動(dòng)方 向，再驅(qū)動(dòng)無(wú)核心馬達(dá)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，透過(guò)減速齒輪將動(dòng)力傳至擺臂，同時(shí)由位置檢 測(cè)器送回信號(hào)，判斷是否已經(jīng)到達(dá)定位。適用于那些需要角度不斷變化并可以保 持的控制系統(tǒng)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，通過(guò)級(jí)聯(lián)減速齒輪帶動(dòng)電位器旋轉(zhuǎn)，使得電 壓差為0,電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 3. 2抓取裝置微處理器設(shè)計(jì) 抓取裝置的微處理器采用的是52duino控制器。51duino使用了增強(qiáng)型的 51內(nèi)核單片機(jī)STC11F32XE,驅(qū)動(dòng)板硬件資源特性： 1. MCU 處理器一STC11F32XE, 32K Flash, 1280 字節(jié) SRAM,板載晶振 22. 1184MHz,與傳統(tǒng)51單片機(jī)相比，具有以下特點(diǎn)： 1）低功耗，強(qiáng)抗干擾，超強(qiáng)加密;