基于单片机的海上垃圾清理船的控制系统设计.pdf

题目：基于单片机的海上垃圾清理船的控制系统设计 目 录 1. 设计背景 1 1.1 产品设计的必要性与可行性分析 1 1.2 设计要求 1 1.3 设计条件 1 1.4 设计环境 1 2. 系统总体设计 1 3. 系统硬件设计 3 3.1 单片机元器件选型 3 3.2 系统主电路图 7 4. 系统软件设计 7 4.1 编程软件介绍 8 4.2 硬件模块流程图 8 5. 系统仿真与调试 9 5.1 机器人组装 9 5.2 烧录程序 9 5.3 画面传输 10 5.4 海上运行状态 10 5.5 遥控操纵运行和抓取 11 5.6 机器人自主运行 11 6. 单片机源代码 11 7. 总结 13 参考文献 13 基于单片机的海上垃圾清理船的控制系统设计 1. 设计背景 1.1 产品设计的必要性与可行性分析 海洋垃圾清理技术存在普适性差、人工成本高、技术不成熟及投资较高等问题。 塑料是海洋垃圾的主要组成部分。海面漂浮垃圾中塑料类垃圾数量最多，占 [1] 84.1%，其次为木制品类，占11.4% 。 针对现役海上垃圾无人清理缺陷，本毕设制作的海上垃圾清理船，以“机器人” [1] 代 “人”，使得海面垃圾及浮藻的清理效率大大提高 。 1.2 设计要求 设计一款在海面上有良好密封性能正常行驶的小船，小船转向自由，带有四个 机械爪夹，能够抓取海面上的垃圾进行清理，小船装有超声波测距模块，能够进行 避障。 1.3 设计条件 基于单片机的海上垃圾清理船的控制系统设计，要求小船在海面上往返自如， 对海面垃圾进行抓取和运送。 1.4 设计环境 Windows Arduino、Arduino UNO开发板。 2. 系统总体设计 通过摄像头和超声波测距模块进行识别定位，设计了完整防水系统，采用半潜 式结构，同时满足稳定、可急停或急转、防水、承载力高、防海水风浪等要求，结 合单片机以及其摄像头的实时传输功能，实时远程画面传输，可实现海上垃圾清理 船周围环境的实时显示。 1 总体结构采用两个无刷推进器，装在海上垃圾清理船下方，依靠无刷推进器在 [2] 海面上前进和后退 。无刷推进器的本质就是电机，可以依靠电机的差速进行左右转 向。同时装备了四个机械爪夹，提高了垃圾清理效率，使海上垃圾清理船往返一次 可以携带更多垃圾，极大提高了效率并且减少了能源消耗。 [3] 确定方案之后通过3D建模软件进行结构设计 ，结构设计后渲染的立体图如下 图2-1所示。 图2-1 主视图如下图2-2所示。 图2-2 经过一些列调研和对比，决定选择Arduino单片机进行控制，因为Arduino单 片机经过二次开发，大部分程序进行了开源，对编程能力要求不高，可以通过简单 的拼接与组装完成我们所需要的功能。 2 如图2-3为Arduino单片机的引脚图。 图2-3 3. 系统硬件设计 3.1 单片机元器件选型 （1）单片机选型为ArduinoUNO单片机，它有14个数字输入/输出引脚(其中6 个可用作脉宽调制PWM输出)，6个模拟输入，16MHz晶振时钟，USB连接，电源插孔， ICSP接头和复位按钮。只需要通