电子设计大赛报告.doc

PAGE PAGE 5 自动搬运机器人 王泽栋1 曹嘉隆1 高召晗1 杨超2 （1．电子信息工程系学生，2.电子信息工程系教师） 【摘要】 本设计与实作是利用反射式红外线传感器所检测到我们所要跑的路线，我们以前后车头共4颗红外感应传感器TCRT5000来检测黑色路线，并利用Atmel公司生产的8位单片机AT89S52单片机做决策分析。，将控制结果输出至直流电机让车体自行按预先设计好的路线行走。以AT89S52晶片控制自动搬运机器人的行径，藉由自动搬运的制作过程学习如何透过程式化控制流程、方法与策略、利用汇编语言控制电机停止及正反转，使自动搬运机器人能够沿轨道自行前进、后退以及转弯。目的是在于让车子达到最佳效能之后，参加比赛为最终目的。自动搬运机器人运行过程中会遇到直线、弯道、停止。该设计集检测，微控等技术为一体，运用了数电、模电和小系统设计技术。该设计具有一定的可移植性，能应用于一些高难度作业环境中。 【关键词】自动搬运；黑线检测；时间显示。 1.系统方案选择和论证 1．1 系统基本方案 根据要求，此设计主要分为控制部分和检测部分，还添加了一些电路作为系统的扩展功能，有电动车每一次往返的时间（记录显示装置需安装在机器人上）和总的行驶时间的显示。系统中控制部分包括控制器模块、显示模块及电动机驱动模块。信号检测部分包括黑线检测模块。系统方框图如图1.1.1 黑线检测模块控制器模块小车驱动模块 黑线检测模块 控制器模块 小车驱动模块 显示模块 显示模块 图1.1 系统方框图 1．2各模块方案的比较与论证 控制器模块 根据设计要求，控制器主要用于信号的接收和辨认控制电机的正反转、小车的到达直角转弯处的转向、时间显示。 方案一：采用MCS-51系列单片机价格低、体积小、控制能力强。 方案二：采用与51系列单片机兼容的Atmel公司的AT89S52作为控制器件的核心。AT89S52单片机作为系统控制器。它的功耗低，技术成熟，成本低，引脚较少，硬件布线简单，并且与51系列单片机兼容，AT89S52作为处理传感器传来的信号和控制转电动机的正反转以及数码管显示的核心部件，这样的设计不仅可以降低成本，还可以使系统更加稳定。同时由于安装和调试工作可以并行进行，极大地缩短了总体设计和制造的时间。 基于以上分析，拟定方案二。 电机驱动模块 方案一：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速目的。但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵，且可能存在干扰。更主要的问题在于一般电动机的电阻比较小，但电流很大，分压不仅会降低效率，而且实现很困难。 方案二：采用继电器对电动机的开与关进行控制，通过控制开关的切换速度实现对小车的速度进行调整。这个电路的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间长，易损坏，寿命较短，可靠性不高。 方案三：采用四个大功率晶体管组成H桥电路，四个大功率晶体管分为两组，交替导通和截止，用单片机控制使之工作在开关状态，进而控制电动机的运行。该控制电路由于四个大功率晶体管只工作在饱和与截止状态下，效率非常高，并且大功率晶体管开关的速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的电路。 由于方案三效率高，稳定性强，速度快，所以电动机驱动电路选择方案三 （3）显示模块的选择 方案一:使用液晶屏显示。液晶屏（LCD）具有超薄轻巧、低耗电量、无辐射，平面直角显示以及影响稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高等特点。但是由于液晶显示屏是以点阵的模式显示各种符号，需要在使用液晶显示屏时不能有静电干扰，否则易烧坏显示芯片，维护不方便。同时由于本系统只需要显示时间和距离参数这样的数字，信息量较少，使用液晶显示屏就显得大材小用，不合适。 方案二：使用数码显示管。数码管具有耗能低、电压低、寿命长、对外界环境要求低，易于维护等优点，同时它是采用二进制编码显示数字，程序编译容易，资源占用少，操作简单、经济。 根据以上论述，采用方案二。 （4）黑线检测模块 方案一：采用普通发光二极管和光敏电阻组成的发射接收方案，该方案在实际的应用中，容易受外界光源的干扰，有时甚至检测不到，主要是因为可见光的反射效果跟地面的平坦程度，地表材料的反射情况均对检测效果产生直接影响虽然可以采取超高亮度发光二极管降低一定的干扰，但是在一定程度上增加了额外的功率消耗。 方案二：采用红外发射——接收器。采用红外线管代替普通可见光管，可以降低环境光源对接收管的干扰，直接用直流电源给管子供电，从而测定小车的前进方向，该方案中小车的前进与后退是在同一路线上进行的，光线照射道路面上，根据在路上的线路的路面颜色的不同，反光系数的不同，影响的反射光的强弱从而检测到所要走的线路，利用发光二极管