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1、本科生毕业设计（论文）智能搬运小车The Subject of Graduation Project学 生 姓 名专 业光信息科学与技术学 号指 导 教 师分 院光电科学2014年 6月 摘 要 本设计采用 STC12C5A60S2 单片机为简易智能小车的核心器件。循迹模块由4对红外收发管组成， 通过反射红外线的变化判断黑线的有无以达到循迹的功能，电机驱动模块选用 H 桥驱动芯片L298N结合单片机来控制电机工作。避障模块由两对红外发光管组成。搬运模块通过TCS230识别不同颜色来分辨抓取和释放，从而达到搬运的目的。整个系统的电路结构简单，可靠性能高，能满足设计的要求。与传统搬运车相比，该车不
2、耗费人力，不会造成人员的浪费且工作效率较高。智能机器准确性较高，可以减少失误的发生，在未来工厂车间中，可以用智能搬运车来代替传统搬运车。本文详细的阐述了整个智能搬运小车设计和制作以及最后测试的过程。以最简洁最最有效的方法制作出了一个具有简单功能的小车。关键词： 智能循迹小车 STC12C5A60S2 红外收发管 电机驱动 TCS230ABSTRACT The design adopts STC12C5A60S2 microcontroller as the core device of simple smart car. The tracking module is composed of a
3、 plurality of Photo electric tube, by reflecting infrared changes in judgments of black have to achieve the tracking function, motor drive module selection of commonly used H bridge driver L298N with single- chip microcomputer to control the motor working. Obstacle avoidance module consists of two p
4、airs of infrared light emitting tube. Handling module TCS230 identify the different colors to distinguish grab and release, so as to achieve the purpose of handling. The electric circuit construction of whole system is simple, reliable performance. It can meet a variety of design requirements. Compa
5、red with conventional truck, the car is not labor intensive, no waste and higher staff efficiency. Intelligent machine high accuracy, can reduce the incidence of errors in the future on the factory floor, you can use smart truck to replace the traditional truck. This paper describes in detail the de
6、sign and production of intelligent handling car and the final test of the entire process. In the most simple and effective way to make the most out of the car with a simple function.Keywords: Intelligent Tracking Car STC12C5A60S2 Infrared Receiving Tube Motor Drive TCS230目 录摘要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1
7、研究目的及意义11.2 国内外发展情况2第2章 整体设计框架52.1 方案选择及论证52.1.1 控制模块选择52.1.2 路面探测黑线轨迹模块62.1.3 探测路面障碍模块72.1.4 电机模块72.1.5 电机驱动模块82.1.6 车架选择92.1.7搬运模块92.1.8仓库识别模块92.1.9 最终方案选择102.2 方案可行性分析10第3章 硬件设计113.1 系统总体设计框图113.2 红外线光电开关模块123.2.1 光电开关的工作原理133.2.2 光电开关的类型133.2.3 壁障光电管电路的设计163.3 电机驱动模块163.4 红外循线模块183.4.1 红外放射式光电传感
8、器特性与工作原理183.5 红外循线具体设计与实现193.6金属探测模块193.7颜色识别模块201 .TCS230芯片的结构框图与特点212 .TCS230识别颜色的原理223.8 最小系统模块253.8.1 晶振电路的设计253.8.2 复位电路的设计263.9 电源模块27第4章 软件设计284.1 主程序流程图294.2 避障子程序流程图294.3 循线子程序流程图304.4搬运子程序流程图32第5章 系统调试和测试335.1 安装步骤335.2 电路调试335.2.1 光电开关模块调试过程335.2.2 电机模块调试过程345.2.3 红外循线模块调试过程345.2.4 测试结果与分
9、析351.测试方法352.测试结果36第六章 结 论37致 谢38参考文献39附录 设计系统部分源代码40绪 论随着生产自动化的发展，机器人已经越来越广泛地应用到生产自动化上，随着科学技术的发展，机器人的感觉传感器种类越来越多，其中视觉传感器成为自动行走和驾驶的重要部件。智能小车的研究、开发和应用涉及传感技术、电气控制工程、智能控制等学科，智能控制技术是一门跨学科的综合性技术，当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。本课题所设计的智能小车，既具有操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成灵活运动的自动化生产设备。随着工业自动化的
10、不断发展,工业机器人被广泛应用于工业生产的各个部门,如采掘、喷涂、焊接、医疗等各大领域。由于工业机器人的出现,它不断替代了人们的繁重劳动,大大提高了劳动生产率,减轻了人们的劳动强度,此外,它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作,日益体现出它的优越性。智能控制小车模拟机器人的运作，可以通过自己的动手排除故障，更加可以给学生一个实践操作的空间，加强学生的动手能力和思维能力。在制作的产品中，发现一些比较符合实际应用的玩具，而且成本低廉，能够运用实际生产并且有一定的新颖度，有一定的社会需求。在制作中提高自身对社会需求方向的灵敏度，发现商机，为自己在以后实现创业这个宏伟的
11、目标中打下一个坚实的基础。第一章 1.1 研究目的及意义 通过构建智能小车系统，培养设计并实现自动控制系统的能力。在实践过程中，熟悉以单片机为核心控制芯片，设计小车的检测障碍、寻线和电机驱动等外围电路，采用智能控制算法实现小车的智能循迹以及避障。在此过程中，加深对控制理论的理解和认识。从对红外线、电机驱动和光电开关在智能小车上的应用，可以进一步研发，将红外线技术应用到现实中的车辆上，比如红外线倒车警报系统、红外车辆防盗系统等等很多方面都可以利用。 1.2 国内外发展情况十九世纪末，随着内燃机的诞生，人们发明了最现代化的交通工具汽车。经过一个多世纪的发展，汽车技术、性能有了很大的提高，人们充分享
12、受到了汽车带来的巨大便利。在享受汽车交通上带来便利的同时，人们也发现运货是各个行业不可或缺的过程，人工运货随着经济的快速发展，不能完全满足市场的需求。世界上许多国家都在积极进行智能车辆的研究和开发设计。移动机器人是机器人学中的一个重要分支，出现于20世纪60年代。当时斯坦福研究院的Nils Nilssen和charles Rosen等人，在1966年至1972年中研制出了取名shakey的自主式移动机器人，目的是将人工智能技术应用在复杂环境下，完成机器人系统的自主推理、规划和控制。从此，移动机器人从无到有，数量不断增多，智能车辆作为移动机器人的一个重要分支也得到越来越多的关注。 智能搬运小车可
13、以安装不同的末端以完成各种不同形状和状态的工件搬运工作，可以广泛应用于机床上下料，冲压机自动化生产线，自动装配流水线，码垛搬运，集装箱等的自动搬运，大大减轻了人类繁重的体力劳动，具有广阔的市场前景。 最早的成型的搬运车始于1917年，即第一次世界大战快要结束的时候。世界大战结束后，世界经济迎来一阵复苏和发展的阶段，同时，手动液压搬运车的技术得到快速的发展。当时的物流主要是用于军事行动，提供供给之类，他的作用可见一斑。在第二次世界大战中，搬运车以比较成熟的形象亮相，得到了快速的发展和普遍的应用。我国搬运车发展历史较晚。在上世纪50年代，那是的企业搬运活动还是主要使用落后的人工搬运，费时费力，效率
14、低下。随着战后经济的复苏，科技文化的发展，企业逐渐将高效率作为生产的主题之一。于是乎，政府和企业都认识到了物流对发展的重要性，高效搬运被单独提了出来，搬运物流业从人工搬运转向了机械化搬运。近30年来我国经济发展较快，对搬运车提出了更高的要求，特别是自从电子商务物流的快速发展，让第三方物流行业已经第四方物流行业得到了快速的发展，对搬运车设备提出了更高的要求，在过去的几年中，我国搬运车需求均呈现两位数增长，发展势头良好。国家已经将物流产业加入十大振兴产业规划当中，足见物流在提高社会效益方面的巨大作用。 搬运车作用作为物流搬运中的主力军，其作业不容忽视。物流，实物空间的移动活动，垂直移动称为堆高（堆
15、垛）物流，平行移动称为搬运物流，这两个物流活动是物流活动中最常见的物流，还有装卸物流，这些物流过程均离不开搬运车的参与。搬运车的价值正日益凸显，搬运车主要功能是完成搬运物流活动。 搬运车发展历史，经历3代发展，搬运车发展正在向第四代发展。第一代搬运车为手动搬运车，简称CBY,其特点是自动化、智能化程度不高，但它为人工搬运向机械化搬运转化做出了巨大的贡献，时至今日，它在搬运车市场仍然具备一定的市场份额；第二代搬运车是以内燃叉车为代表的内燃搬运车，简称FT，具备较高的自动化，内燃叉车以发动机为动力，动力强劲，缺点是有废气排放污染环境，效能较低，有害人类健康，不适合食品行业使用；第三代搬运车是以电动叉车为代表的全电动搬运车，简称CBD,其自动化程度和内燃叉车相当，但它是节能环保理念推动的动力技术更新，使用的是电池动力，电动搬运车具备节能、无废气排放、噪音小等优点，是食品行业的最佳选择，由于其节能的突出优点，被搬运车行业认为是未来最有潜力的叉车之一，但目前遇到了发展瓶颈，由于其受电瓶容量的限制，功率小，作业时间短
