物資配送機(jī)器人設(shè)計(jì)

第1章緒論1.1設(shè)計(jì)目的及意義新型冠狀病毒疫情的爆發(fā)給全世界人民的生命和健康帶來(lái)了巨大的風(fēng)險(xiǎn)。為了降低傳染風(fēng)險(xiǎn)并及時(shí)排查疑似感染人員，公共場(chǎng)合的疫情防控至關(guān)重要。在隔離期間，為了減少人員流動(dòng)性和直接接觸，可選擇采用物資配送機(jī)器人，在物資配送中實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸操作，從而減少人員接觸，防止疫情擴(kuò)散。物資配送機(jī)器人的研究不僅可防控疫情擴(kuò)散，還可解決工作人員不足的問(wèn)題。通過(guò)在機(jī)器人中預(yù)制程序，它能根據(jù)預(yù)定的路線完成配送。在當(dāng)前疫情情況下，采用該技術(shù)可提高工作效率。該設(shè)計(jì)具有重要的防疫意義，可降低傳染概率，優(yōu)化當(dāng)前工作，保障醫(yī)護(hù)人員安全，減輕其工作負(fù)擔(dān)。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，各種智能機(jī)器人逐漸發(fā)展起來(lái)，借助機(jī)器人的技術(shù)，可以使得工作簡(jiǎn)單化，提高整個(gè)工作的效率，并且不需要人親自接觸某些危險(xiǎn)場(chǎng)所，同時(shí)具有龐大的市場(chǎng)需求。國(guó)內(nèi)相關(guān)研究一直在改進(jìn)。2021年，郭棟、佀秀杰、吳俊吉在《無(wú)接觸配送機(jī)器人設(shè)計(jì)與仿真》文中提到北京達(dá)闥科技有限公司開(kāi)發(fā)了一種防疫物資配送機(jī)器人，該機(jī)器人可以自主地進(jìn)行室內(nèi)環(huán)境建圖并避免障礙物?！?】然而，文中未詳細(xì)說(shuō)明該機(jī)器人如何實(shí)現(xiàn)有效的速度控制。2021年，楊海軍、侯永琪、王利祥在《一種基于ROS的藍(lán)牙定位快遞配送機(jī)器人設(shè)計(jì)》文中彌補(bǔ)了這一功能，在該研究中，我們使用了直流減速電機(jī)作為防疫物資配送機(jī)器人的動(dòng)力裝置，并且采用了H橋大功率驅(qū)動(dòng)模塊BTS796模塊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。在機(jī)器人行駛過(guò)程中，我們通過(guò)改變PWM脈沖的輸出高低電平的頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而減少車(chē)輪與地面的摩擦。【2】這種方法能夠有效地調(diào)節(jié)機(jī)器人的速度，從而使其行駛更加平穩(wěn)和穩(wěn)定。同年，2022年，張學(xué)峰、王仕儀、劉傲等人在《基于ROS的室內(nèi)導(dǎo)航配送機(jī)器人設(shè)計(jì)》文中提到了的物資配送機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括三個(gè)部分，分別為載重部分、驅(qū)動(dòng)部分和機(jī)械臂?！?】在底盤(pán)承載設(shè)計(jì)方面，我們采用了四根工字形鋁型材進(jìn)行組裝，通過(guò)打孔和穿釘?shù)姆绞絹?lái)加強(qiáng)其承載能力，從而提高機(jī)器人的運(yùn)輸效率和安全性。這種設(shè)計(jì)方案可以有效地增加機(jī)器人的承重能力，同時(shí)也保證了其整體穩(wěn)定性和耐用性。國(guó)外針對(duì)此方面也有相關(guān)研究。2019年，Young-MinKim、Yong-TaeKim在《DesignofLogisticsTransportationRobotBasedonModularConveyorRackandPathPlanninginLogisticsCenter》文中談?wù)撚《葘W(xué)者設(shè)計(jì)出自動(dòng)切換防疫物資配送機(jī)器人，用于檢測(cè)人體與物體，在檢測(cè)到人體時(shí)就自動(dòng)停止，檢測(cè)到有障礙物，物資配送機(jī)器人能夠自動(dòng)躲避。【21】但效果有限容易出現(xiàn)偏差，之后，2022年，SiamiMohammad、BarszczTomasz、WodeckiJacek在《DesignofanInfraredImageProcessingPipelineforRoboticInspectionofConveyorSystemsinOpencastMiningSites》文中提到一種新型算法控制，將該算法用到了在機(jī)器人的位置定位移動(dòng)中，以最佳輸出為導(dǎo)向。相較于傳統(tǒng)增量式PID控制，該算法不僅可以有效解決PID調(diào)試參數(shù)困難、出現(xiàn)超調(diào)和偏差過(guò)大的問(wèn)題，而且在實(shí)際應(yīng)用中可以更加穩(wěn)定和精準(zhǔn)地控制機(jī)器人的位置定位移動(dòng)?！?2】同年，2022年，JiangKai、GuoWenzhong在《DesignandExperimentofAutomaticClip-FeedingMechanismforVegetable-GraftingRobot》一文中，提到了一款由馬來(lái)西亞學(xué)者設(shè)計(jì)的噴霧消毒機(jī)器人。這款機(jī)器人采用Arduino作為其控制核心，同時(shí)搭載相機(jī)、超聲波傳感器、電機(jī)和藍(lán)牙等設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)防疫消殺的功能?！?3】綜上所述，可以發(fā)現(xiàn)世界各國(guó)雖然對(duì)防疫機(jī)器人有著多樣化的設(shè)計(jì)，但無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外的研究，由于防疫環(huán)境的復(fù)雜性，導(dǎo)致物資配送機(jī)器人都存在著一定的功能缺陷，很難滿(mǎn)足物資配送機(jī)器人的需求。1.3主要研究?jī)?nèi)容該研究的主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)一種物資配送機(jī)器人，該機(jī)器人在普通智能小車(chē)的基礎(chǔ)上，增加了貨倉(cāng)和跡線移動(dòng)功能。系統(tǒng)核心采用單片機(jī)，通過(guò)控制模塊實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的基本功能，包括按收指令即行進(jìn)或停止等。同時(shí)，該機(jī)器人還配備了紅外避障模塊，能夠檢測(cè)路線上的障礙物并改變行進(jìn)方向；紅外遙控模塊可以接收開(kāi)啟倉(cāng)門(mén)指令并執(zhí)行；標(biāo)識(shí)線識(shí)別功能實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)行走。該機(jī)器人在防疫中的應(yīng)用可以有效地降低工作人員的病毒感染風(fēng)險(xiǎn)，提高防疫作業(yè)的工作效率。

第2章疫情防控下物資配送機(jī)器人總體方案設(shè)計(jì)2.1總體設(shè)計(jì)方案本研究的主題是物資配送機(jī)器人。該機(jī)器人在普通智能小車(chē)的基礎(chǔ)上加裝了貨倉(cāng)，并在倉(cāng)內(nèi)增加了跡線移動(dòng)功能。該系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，完成了配送機(jī)器人的基本功能，例如按照指令行進(jìn)或停止等。此外，該機(jī)器人還配備了紅外避障模塊，可以檢測(cè)路線上的障礙物，并及時(shí)改變行進(jìn)方向。通過(guò)紅外遙控模塊，機(jī)器人可以接收并執(zhí)行開(kāi)啟倉(cāng)門(mén)的指令。在識(shí)別標(biāo)識(shí)線的幫助下，該機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)行走。物資配送機(jī)器人的廣泛應(yīng)用可以有效降低工作人員感染病毒的風(fēng)險(xiǎn)，并大幅提高防疫作業(yè)的工作效率。首先確定了設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的功能，并畫(huà)出總體框架?？蚣苋鐖D2-1所示：圖2-1總體框圖2.2元器件選型2.2.1單片機(jī)目前應(yīng)用最多的是STM32和51單片機(jī)。STM32和51是兩種不同的微控制器芯片系列，其中STM32是由ST公司推出的基于ARMCortex-M處理器核心的32位微控制器芯片系列，而51是由Intel公司推出的基于8051處理器核心的8位微控制器芯片系列。相較于51，STM32具有許多優(yōu)點(diǎn)。首先，STM32具有更強(qiáng)大的處理能力，因?yàn)樗?2位處理器，擁有更高的計(jì)算能力和更大的尋址范圍，能夠處理更復(fù)雜的任務(wù)和算法。其次，STM32芯片擁有更多的外設(shè)接口，包括模擬輸入輸出、數(shù)字輸入輸出、通用串行總線、通用定時(shí)器計(jì)數(shù)器、以太網(wǎng)接口、USB接口等，更適合應(yīng)用場(chǎng)景需求。此外，由于采用了ARMCortex-M處理器核心，STM32具有更好的功耗管理機(jī)制，可以在處理器不工作時(shí)進(jìn)入低功耗模式，從而節(jié)省能源。STM32還擁有豐富的開(kāi)發(fā)工具和資源，包括開(kāi)發(fā)板、開(kāi)發(fā)工具、軟件庫(kù)、文檔資料等，使得開(kāi)發(fā)者可以更輕松地進(jìn)行開(kāi)發(fā)和調(diào)試。最后，由于采用了先進(jìn)的制造工藝和設(shè)計(jì)技術(shù)，STM32具有更高的可靠性和穩(wěn)定性，可以應(yīng)對(duì)更復(fù)雜和苛刻的應(yīng)用環(huán)境。綜合來(lái)看，STM32更適合需要高性能、高可靠性和復(fù)雜外設(shè)接口的應(yīng)用場(chǎng)景。因此，本設(shè)計(jì)選擇STM32單片機(jī)作為主控單元。圖2-2STM32單片機(jī)2.2.2紅外避障傳感器紅外避障傳感器是一種常用的電子元器件，利用紅外線探測(cè)物體，測(cè)量物體與傳感器之間的距離，從而實(shí)現(xiàn)避障等功能。目前市面上有許多種不同的紅外避障傳感器，其中E18-D80NK-N紅外避障傳感器是一款優(yōu)秀的產(chǎn)品。該傳感器采用紅外光線探測(cè)原理，具有高靈敏度和高反應(yīng)速度，能夠快速準(zhǔn)確地探測(cè)目標(biāo)物體的位置和距離，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)避障。此外，E18-D80NK-N傳感器體積小巧，僅有12mm×20mm，重量?jī)H為2.2g，非常便于集成到各種小型設(shè)備中。傳感器采用了高品質(zhì)的元器件和制造工藝，具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，適用于各種環(huán)境下的使用。此外，E18-D80NK-N傳感器還擁有多個(gè)優(yōu)秀的特性，比如高可靠性、快速反應(yīng)、低功耗等，是避障應(yīng)用領(lǐng)域中的不可或缺的一員。圖2-3紅外避障傳感器2.2.3循跡傳感器循跡傳感器是一種用于車(chē)輛行駛方向控制的電子元器件，可以通過(guò)對(duì)車(chē)輛行駛路徑上的標(biāo)志物進(jìn)行識(shí)別和測(cè)量，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的自動(dòng)行駛和控制。目前市面上有許多種不同類(lèi)型的循跡傳感器，其中TCRT5000是一款非常出色的產(chǎn)品。TCRT5000循跡傳感器采用紅外線反射原理，可以快速準(zhǔn)確地檢測(cè)車(chē)輛行駛路徑上的黑白線或其他標(biāo)志物，輸出高低電平信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的自動(dòng)導(dǎo)航和控制。該傳感器具有高靈敏度、高精度和高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，能夠適應(yīng)各種不同的環(huán)境和工作條件。此外，TCRT5000循跡傳感器體積小巧，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，不需要外部電源供電，節(jié)省了系統(tǒng)成本和維護(hù)難度。傳感器還具有快速響應(yīng)、低功耗、長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)，適用于各種自動(dòng)導(dǎo)航和機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域。因此，TCRT5000循跡傳感器是循跡應(yīng)用領(lǐng)域中不可或缺的一員。圖2-4循跡模塊2.2.4測(cè)速傳感器測(cè)速傳感器是一種用于測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)速度的電子元器件。在工業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸、醫(yī)療儀器、家用電器等領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用。目前市場(chǎng)上有多種不同類(lèi)型的測(cè)速傳感器，其中光電式測(cè)速傳感器是一種非常優(yōu)秀的產(chǎn)品。光電式測(cè)速傳感器采用光電效應(yīng)原理，通過(guò)發(fā)射光線并檢測(cè)被測(cè)物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中光線的變化，計(jì)算出物體的速度。該傳感器具有高靈敏度、高精度和高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，能夠適應(yīng)各種不同的測(cè)速需求和工作條件。此外，光電式測(cè)速傳感器響應(yīng)速度快，具有測(cè)速范圍廣、輸出信號(hào)穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。傳感器還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，適用于各種自動(dòng)控制和測(cè)量應(yīng)用領(lǐng)域。因此，光電式測(cè)速傳感器是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化和交通運(yùn)輸領(lǐng)域中不可或缺的一員。圖2-5測(cè)速傳感器2.2.5電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊是一種常見(jiàn)的電子元器件，用于控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊通常由電路板、電源、電機(jī)連接端口和控制芯片等組成。其中，控制芯片是電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的核心部分，能夠接收來(lái)自控制信號(hào)源的指令，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向。L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊是一款優(yōu)秀的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，采用高效率的雙H橋驅(qū)動(dòng)，支持高達(dá)46V電壓和2A電流輸出。此外，L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊還有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，它的價(jià)格相對(duì)較低，性?xún)r(jià)比高，非常適合DIY愛(ài)好者和初學(xué)者使用。其次，L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)部采用了過(guò)流保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)電路，保證電機(jī)運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性和安全性。第三，它支持多種控制方式，包括PWM控制、電平控制和串口控制等。第四，L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的控制芯片采用優(yōu)質(zhì)材料制造，結(jié)構(gòu)緊湊，使用壽命長(zhǎng)，具有較高的可靠性。最后，它采用標(biāo)準(zhǔn)的針腳接口，接線方便，同時(shí)也有詳細(xì)的使用說(shuō)明書(shū)和示例程序，易于初學(xué)者使用。總的來(lái)說(shuō)，L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊易于安裝和使用，同時(shí)穩(wěn)定性強(qiáng)，可靠性高，是一款性?xún)r(jià)比很高的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。圖2-6L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

第3章系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)STM32是由ST公司推出的基于ARMCortex-M處理器核心的32位微控制器芯片系列，它的主要特點(diǎn)是集成了大量的外設(shè)和接口，包括模擬輸入輸出、數(shù)字輸入輸出、通用串行總線、通用定時(shí)器計(jì)數(shù)器、以太網(wǎng)接口、USB接口等。STM32系列芯片具有更強(qiáng)大的處理能力和更大的尋址范圍，可以處理更復(fù)雜的任務(wù)和算法。同時(shí)，由于采用了ARMCortex-M處理器核心，STM32具有更好的功耗管理機(jī)制，可以在處理器不工作時(shí)進(jìn)入低功耗模式，從而節(jié)省能源。此外，STM32擁有豐富的開(kāi)發(fā)工具和資源，包括開(kāi)發(fā)板、開(kāi)發(fā)工具、軟件庫(kù)、文檔資料等，使得開(kāi)發(fā)者可以更輕松地進(jìn)行開(kāi)發(fā)和調(diào)試。由于采用了先進(jìn)的制造工藝和設(shè)計(jì)技術(shù)，STM32具有更高的可靠性和穩(wěn)定性，可以應(yīng)對(duì)更復(fù)雜和苛刻的應(yīng)用環(huán)境。在工控、智能家居、機(jī)器人等領(lǐng)域，STM32芯片已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。STM32最小系統(tǒng)電路是指基于STM32微控制器的最小電路系統(tǒng)，主要包括微控制器、晶體振蕩器、復(fù)位電路、穩(wěn)壓電路和引腳擴(kuò)展接口等組成部分。該電路系統(tǒng)通常用于初學(xué)者學(xué)習(xí)STM32開(kāi)發(fā)，以及在一些簡(jiǎn)單的應(yīng)用中使用。最小系統(tǒng)電路中最重要的部分是微控制器和晶體振蕩器。STM32微控制器采用ARMCortex-M處理器核心，具有32位計(jì)算能力和豐富的外設(shè)資源，能夠滿(mǎn)足各種不同的應(yīng)用需求。晶體振蕩器是為了提供STM32微控制器的時(shí)鐘信號(hào)，是微控制器正常運(yùn)行的必要條件。此外，復(fù)位電路用于保證系統(tǒng)在上電時(shí)能夠正確啟動(dòng)和復(fù)位，穩(wěn)壓電路用于提供穩(wěn)定的電壓，以保證系統(tǒng)各個(gè)部分的正常工作。引腳擴(kuò)展接口通常包括LED指示燈、按鍵開(kāi)關(guān)、通訊接口等，方便用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和擴(kuò)展?？傊?，STM32最小系統(tǒng)電路是一個(gè)簡(jiǎn)單而實(shí)用的電路系統(tǒng)，能夠滿(mǎn)足初學(xué)者學(xué)習(xí)和一些簡(jiǎn)單應(yīng)用的需求，同時(shí)也為后續(xù)的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)提供了很好的基礎(chǔ)。圖3-1STM32單片機(jī)原理圖3.2紅外避障傳感器模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用E18-D80NKNPN三線常開(kāi)的紅外光電傳感器。（如圖3-2）圖3-2紅外避障傳感器模塊電路圖E18-D80NK是一種紅外光電傳感器，采用NPN三線常開(kāi)的輸出方式。其工作原理如下：在傳感器的發(fā)射管內(nèi)，通過(guò)控制器發(fā)出一定頻率的紅外光信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)傳感器前端的透鏡透射出去，直線穿過(guò)前方一定范圍內(nèi)的物體后，反射回傳感器前端的接收管內(nèi)。接收管內(nèi)的光敏二極管將反射回來(lái)的光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大和處理后，控制器會(huì)對(duì)該信號(hào)進(jìn)行判斷和處理，輸出對(duì)應(yīng)的電平信號(hào)。當(dāng)物體距離傳感器越近，反射回來(lái)的紅外光強(qiáng)度越大，接收管內(nèi)的光敏二極管接收到的光信號(hào)強(qiáng)度也就越大，轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)就越強(qiáng)，輸出的電平信號(hào)也就越高。反之，當(dāng)物體距離傳感器越遠(yuǎn)，反射回來(lái)的紅外光強(qiáng)度越弱，接收管內(nèi)的光敏二極管接收到的光信號(hào)強(qiáng)度也就越小，轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)就越弱，輸出的電平信號(hào)也就越低。由于E18-D80NK采用NPN三線常開(kāi)的輸出方式，因此當(dāng)物體靠近傳感器時(shí)，輸出為低電平；當(dāng)物體離開(kāi)傳感器時(shí)，輸出為高電平。該傳感器可以廣泛應(yīng)用于機(jī)器人避障、物體檢測(cè)、測(cè)距等方面。E18-D80NK的三線常開(kāi)類(lèi)型，指的是在不受到外界干擾時(shí)，輸出信號(hào)的狀態(tài)是常開(kāi)的狀態(tài)，需要物體靠近時(shí)才能輸出低電平信號(hào)。此外，E18-D80NK傳感器還具有體積小、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性高、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、智能家居、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。值得注意的是，由于E18-D80NK采用NPN三線常開(kāi)類(lèi)型，需要使用外部上拉電阻或其他方式使輸出信號(hào)變?yōu)楦唠娖?，以便于與其他設(shè)備的連接和使用。3.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊是一種常用的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，可用于控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向。該模塊采用了雙路H橋驅(qū)動(dòng)芯片L298N，可以實(shí)現(xiàn)雙向直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，并且能夠提供高達(dá)2A的電流輸出，可適用于多種直流電機(jī)的控制。L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的工作原理是通過(guò)控制H橋芯片的使能引腳和方向控制引腳，來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向。在使能引腳輸入高電平時(shí)，模塊會(huì)將相應(yīng)的輸出口與電源相連接，從而給電機(jī)供電；而在輸入低電平時(shí)，則會(huì)將輸出口與地相連接，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。方向控制引腳則用于控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，通過(guò)控制引腳的高低電平，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊還具有過(guò)流保護(hù)功能，當(dāng)輸出電流超過(guò)設(shè)定值時(shí)，模塊會(huì)自動(dòng)切斷電源，以保護(hù)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電路的安全。圖3-3電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖采用L298N，通過(guò)單片機(jī)的I/O輸入改變芯片控制端的電平，即可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，停止的操作，輸入引腳與輸出引腳的邏輯關(guān)系圖為圖3-4L298N功能模塊L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用了L298N芯片，是一種雙路H橋驅(qū)動(dòng)芯片，可以用來(lái)控制兩個(gè)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和速度。L298N芯片內(nèi)部有4個(gè)開(kāi)關(guān)管，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)正反轉(zhuǎn)和速度的控制。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)模塊的使能端口（ENA和ENB）輸入高電平時(shí)，開(kāi)關(guān)管會(huì)打開(kāi)，輸出口（OUT1、OUT2、OUT3和OUT4）與電源相連，電機(jī)可以正常工作。當(dāng)使能端口輸入低電平時(shí)，開(kāi)關(guān)管會(huì)關(guān)閉，輸出口與地相連，電機(jī)停止工作。同時(shí)，通過(guò)對(duì)IN1、IN2、IN3和IN4控制端口輸入不同的高低電平，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)正反轉(zhuǎn)和速度的控制。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)IN1和IN2輸入不同的電平時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)；而當(dāng)IN1和IN2輸入相同的電平時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的制動(dòng)。IN3和IN4同理。需要注意的是，L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的IN和OUT端口需要連接到電機(jī)控制器的數(shù)字IO口，同時(shí)還需要連接到電源和地線。3.4循跡傳感器模塊設(shè)計(jì)圖3-5循跡傳感器模塊電路圖主要采用TCRT5000尋跡模塊。TCRT5000循跡傳感器是一種應(yīng)用廣泛的傳感器類(lèi)型，它具有以下特點(diǎn)：首先，TCRT5000循跡傳感器使用紅外發(fā)射二極管和光敏二極管的組合來(lái)檢測(cè)反射光線的強(qiáng)度，從而確定小車(chē)的位置，這就是其采用的紅外反射原理。其次，TCRT5000循跡傳感器具有非?？斓捻憫?yīng)速度，可以在毫秒級(jí)別內(nèi)檢測(cè)到反射光線的變化，這就是其快速響應(yīng)的特點(diǎn)。此外，TCRT5000循跡傳感器可以檢測(cè)到非常小的反射光線變化，從而提供精確的軌跡偏離信息，這就是其精度高的特點(diǎn)。而且，TCRT5000循跡傳感器小巧輕便，容易安裝到循跡小車(chē)上，這使得其安裝方便。此外，TCRT5000循跡傳感器功耗非常低，使用壽命長(zhǎng)，適合應(yīng)用于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的機(jī)器人系統(tǒng)，這就是其低功耗的特點(diǎn)。最后，由于TCRT5000循跡傳感器的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，它被廣泛應(yīng)用于循跡小車(chē)、智能家居等領(lǐng)域。接線方式：1、VCC:接電源正極（5V）2、GND:接電源負(fù)極3、OUT:高/低電平開(kāi)關(guān)信號(hào)（數(shù)字信號(hào)0和1）3.5測(cè)速傳感器模塊設(shè)計(jì)圖3-6測(cè)速傳感器模塊電路圖本模塊采用光電測(cè)速傳感器模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)當(dāng)前移動(dòng)速度。光電測(cè)速傳感器是一種用于測(cè)量物體速度的傳感器，它通過(guò)光學(xué)原理來(lái)檢測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)。光電測(cè)速傳感器通常由一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)光敏電阻組成。當(dāng)物體經(jīng)過(guò)傳感器時(shí)，它會(huì)遮擋光線，從而改變光敏電阻的電阻值。這個(gè)變化被轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后被傳感器輸出。光電測(cè)速傳感器可以用于測(cè)量不同類(lèi)型的物體，如旋轉(zhuǎn)物體、移動(dòng)物體和流體。它們廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，包括工業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸和體育競(jìng)技等。例如，在生產(chǎn)線上，光電測(cè)速傳感器可以用來(lái)監(jiān)測(cè)機(jī)器的運(yùn)行速度，以確保生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定和高效。在運(yùn)動(dòng)比賽中，光電測(cè)速傳感器可以用來(lái)測(cè)量運(yùn)動(dòng)員的速度和時(shí)間，以幫助評(píng)估運(yùn)動(dòng)員的表現(xiàn)。

第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1軟件主流程圖配送機(jī)器人的全部系統(tǒng)軟件啟動(dòng)后，以單片機(jī)為中心，通過(guò)系統(tǒng)控制模塊實(shí)現(xiàn)基本功能，例如根據(jù)收到的指令進(jìn)行行進(jìn)或停止。此外，該機(jī)器人還配備了紅外避障模塊，可用于檢測(cè)路線上的障礙物并相應(yīng)地改變行進(jìn)方向。紅外遙控模塊能夠接收開(kāi)啟倉(cāng)門(mén)指令并執(zhí)行。此外，循跡傳感器能夠使機(jī)器人在循跡模式下自動(dòng)行走，通過(guò)標(biāo)識(shí)識(shí)別來(lái)指引行進(jìn)方向。圖4-1軟件主流程圖4.2紅外避障模塊的軟件設(shè)計(jì)當(dāng)電源接入傳感器后，其內(nèi)部的紅外發(fā)射二極管會(huì)開(kāi)始不斷地發(fā)射紅外線。在檢測(cè)范圍內(nèi)，如果沒(méi)有物體出現(xiàn)或者物體反射回來(lái)的紅外線強(qiáng)度不夠大，紅外接收管將一直保持關(guān)閉狀態(tài)。只有當(dāng)被檢測(cè)物體出現(xiàn)在檢測(cè)范圍內(nèi)時(shí)，紅外線會(huì)被反射回來(lái)，并且強(qiáng)度足夠大，此時(shí)紅外接收管才會(huì)被激活并發(fā)出信號(hào)。圖4-2紅外避障模塊設(shè)計(jì)流程圖4.3循跡傳感器模塊的軟件設(shè)計(jì)當(dāng)傳感器上電后，其紅外發(fā)射二極管開(kāi)始不斷發(fā)射紅外線。如果發(fā)射出的紅外線沒(méi)有被反射回來(lái)，或者被反射回來(lái)了，但是強(qiáng)度不夠大，傳感器的紅外接收管會(huì)一直保持關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)模塊的輸出端為低電平，指示二極管未點(diǎn)亮。但如果被檢測(cè)物體出現(xiàn)在檢測(cè)范圍內(nèi)且反射回來(lái)的紅外線強(qiáng)度足夠大，紅外接收管會(huì)飽和，此時(shí)模塊的輸出端會(huì)變成高電平，指示二極管被點(diǎn)亮。該流程的圖示如下。圖4-3循跡傳感器模塊設(shè)計(jì)流程圖4.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的軟件設(shè)計(jì)在疫情防控下的物資配送機(jī)器人中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的軟件設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。下面該模塊的軟件設(shè)計(jì)流程：選擇控制算法：根據(jù)需求，選擇適合的電機(jī)控制算法。最常用的算法包括PID控制、速度閉環(huán)控制和位置閉環(huán)控制等。根據(jù)具體情況，需要組合多個(gè)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)更好的控制性能。編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序：使用選擇的控制算法編寫(xiě)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序。根據(jù)控制算法，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的邏輯和計(jì)算。接口設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊與其他系統(tǒng)的接口。這可能包括接收指令、傳遞傳感器數(shù)據(jù)等。確保接口設(shè)計(jì)符合系統(tǒng)整體架構(gòu)，并能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸和處理。錯(cuò)誤處理和安全措施：考慮到疫情防控下的特殊環(huán)境，需要實(shí)施適當(dāng)?shù)腻e(cuò)誤處理和安全措施。例如，當(dāng)檢測(cè)到異常情況或故障時(shí)，程序應(yīng)能夠及時(shí)停止電機(jī)運(yùn)動(dòng)并采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施。圖4-4電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)流程圖4.5測(cè)速傳感器模塊的軟件設(shè)計(jì)該軟件設(shè)計(jì)按照以下步驟進(jìn)行：接口選擇：根據(jù)傳感器的規(guī)格和系統(tǒng)需求，選擇適合的接口方式。光電測(cè)速傳感器通常提供數(shù)字或模擬接口，確定傳感器的數(shù)據(jù)輸出方式，并選擇相應(yīng)的接口協(xié)議。數(shù)據(jù)采集：使用選定的接口，編寫(xiě)數(shù)據(jù)采集程序。涉及讀取傳感器的輸出信號(hào)，處理傳感器的原始數(shù)據(jù)。算法設(shè)計(jì)：根據(jù)采集到的傳感器數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)算法來(lái)計(jì)算物體的速度。光電測(cè)速傳感器通常會(huì)輸出脈沖信號(hào)，根據(jù)脈沖數(shù)量和時(shí)間間隔來(lái)計(jì)算速度。使用簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)器來(lái)統(tǒng)計(jì)脈沖數(shù)量，并根據(jù)時(shí)間間隔計(jì)算速度。過(guò)濾和校準(zhǔn)：為了提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，需要對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和校準(zhǔn)。濾波可以消除噪聲和不穩(wěn)定性，校準(zhǔn)可以修正傳感器的誤差。常見(jiàn)的濾波技術(shù)包括移動(dòng)平均、卡爾曼濾波等。圖4-5測(cè)速傳感器模塊設(shè)計(jì)流程圖4.6藍(lán)牙模塊的軟件設(shè)計(jì)藍(lán)牙模塊的軟件設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙模塊與控制器（如單片機(jī)）之間的通信，以便于在無(wú)線環(huán)境下進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。初始化：在程序開(kāi)始時(shí)，需要初始化藍(lán)牙模塊，包括配置串口波特率、通信協(xié)議等。連接設(shè)備：在藍(lán)牙模塊上開(kāi)啟藍(lán)牙連接功能，使其他藍(lán)牙設(shè)備可以搜索到該藍(lán)牙模塊并與之建立連接。數(shù)據(jù)傳輸：當(dāng)藍(lán)牙設(shè)備之間建立連接后，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在程序中，需要編寫(xiě)相關(guān)的指令和協(xié)議，以便于藍(lán)牙模塊與控制器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。例如，可以通過(guò)藍(lán)牙模塊發(fā)送控制指令給控制器，或者將控制器采集的數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙模塊傳輸?shù)狡渌O(shè)備。斷開(kāi)連接：在藍(lán)牙設(shè)備之間傳輸完成后，需要關(guān)閉藍(lán)牙連接，以便其他設(shè)備可以搜索到該藍(lán)牙模塊并與之建立連接。圖4-6藍(lán)牙模塊流程圖

第5章系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)調(diào)試是確保整個(gè)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的關(guān)鍵因素，必須在最后一個(gè)階段對(duì)系統(tǒng)的硬件進(jìn)行調(diào)試。硬件測(cè)試包括電源電路、晶振電路、存儲(chǔ)電路、復(fù)位電路以及外圍電路等電路的測(cè)試。在完成所有元器件的焊接之后，將代碼下載到單片機(jī)內(nèi)，整個(gè)設(shè)計(jì)初步完成，接下來(lái)需要進(jìn)行測(cè)試，以確保系統(tǒng)能夠正常工作。5.1系統(tǒng)實(shí)物圖圖5-1實(shí)物圖5.2測(cè)試原理圖5-2連接藍(lán)牙圖5-3速度測(cè)試如圖5-2，開(kāi)啟藍(lán)牙后，手機(jī)端與配送物資機(jī)器人連接起來(lái)。圖中的按鍵是控制機(jī)器人前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止等操作；點(diǎn)擊開(kāi)啟按鍵，繼電器綠燈亮起模擬貨倉(cāng)打開(kāi)；實(shí)時(shí)顯示小車(chē)速度，當(dāng)通過(guò)按鍵控制小車(chē)移動(dòng)時(shí)，顯示當(dāng)前速度（如圖5-3）。圖5-4循跡模式如圖5-4，點(diǎn)擊循跡模式，物資配送機(jī)器人自動(dòng)依照地面設(shè)計(jì)的標(biāo)示線移動(dòng)配送物資。

結(jié)論隨著新冠疫情的肆虐，為了減少人群聚集，物資配送機(jī)器人成為一種越來(lái)越受歡迎的解決方案。在這篇論文中，我們?cè)O(shè)計(jì)了一款能夠自動(dòng)化配送醫(yī)院用品的機(jī)器人。該機(jī)器人具有自主行走、避障、追蹤標(biāo)記、自動(dòng)開(kāi)門(mén)、自動(dòng)收集數(shù)據(jù)等功能。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們采用了STM32單片機(jī)作為中心控制器，使用紅外傳感器進(jìn)行障礙物檢測(cè)，采用光電式測(cè)速傳感器進(jìn)行速度檢測(cè)。使用循跡傳感器使小車(chē)按標(biāo)記路線行駛。在測(cè)試中，我們成功地實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的各項(xiàng)功能，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試。結(jié)果表明，該機(jī)器人能夠有效地避開(kāi)障礙物、按照指定路線行進(jìn)、自動(dòng)開(kāi)門(mén)、自主收集數(shù)據(jù)等。這款物資配送機(jī)器人的設(shè)計(jì)在新冠疫情防控工作中具有重要意義。它可以減少人與人之間的接觸，提高物資配送效率，節(jié)約人力成本。此外，該機(jī)器人也可以在其他場(chǎng)合得到應(yīng)用，如工廠物資配送等領(lǐng)域。未來(lái)，將繼續(xù)優(yōu)化機(jī)器人的性能和功能，使其更加智能化、高效化，以滿(mǎn)足更多應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

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附錄電路圖源代碼 #include"delay.h"#include"sys.h"#include"timer.h"#include"usart.h"#include"oled.h"#include"bmp.h"#definePB5PBout(5) #definePB6PBout(6)#definePB7PBout(7)#definePB8PBout(8)#defineLEDPCout(13)#definebeepPBout(9)#definePB12GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_12)#definePB13GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_13)#definePB14GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_14)#definePC15GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC,GPIO_Pin_15)#definePA5PAout(5)unsignedcharfs_fg=0;externu8point;unsignedintdis_jl=0;unsignedintjl_r[2]={0,0};unsignedcharlc[]="0000.0CM";unsignedcharsp_d[]="速度:000cm/s";unsignedcharly_da=0;u16msHcCount=0;//unsignedcharfm_flg=0;unsignedintsp_count=0;unsignedintnext_lc=0;unsignedintlc_sp1=0;unsignedintlc_sp2=0;voiddde(u16time){u16i=0; while(time--) {i=12000; while(i--); }}voidGPIO_Config(void){GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_13; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_1;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU; GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure); beep=1;}voidsend(unsignedchardata){USART1->DR=data;while((USART1->SR&0X40)==0);}voidsen3_str(unsignedchar*dat){while(*dat!='\0'){send(*dat); dat++;}}voidqianjin(){PB5=1; PB6=0; PB7=1; PB8=0; TIM_SetCompare3(TIM2,21000); TIM_SetCompare4(TIM2,21000);}voidht()//oóí?×óoˉêy{PB5=0; PB6=1; PB7=0; PB8=1; TIM_SetCompare3(TIM2,21500); TIM_SetCompare4(TIM2,21500);}voidzz(){PB5=1; PB6=0; PB7=1; PB8=0; TIM_SetCompare3(TIM2,15000); TIM_SetCompare4(TIM2,28000); //dde(800); //qianjin();}voidyz(){PB5=1; PB6=0; PB7=1; PB8=0; TIM_SetCompare3(TIM2,28000); TIM_SetCompare4(TIM2,15000);}voidtz()//í￡?1×óoˉêy{PB5=0; PB6=0; PB7=0; PB8=0; TIM_SetCompare3(TIM2,0); TIM_SetCompare4(TIM2,0);}voidzz1(){PB5=0; PB6=1; PB7=1; PB8=0; TIM_SetCompare3(TIM2,20000); TIM_SetCompare4(TIM2,20000);}voidyz1(){PB5=1; PB6=0; PB7=0; PB8=1; TIM_SetCompare3(TIM2,20000); TIM_SetCompare4(TIM2,20000);} voidEXTIX_Init(void){ EXTI_InitTypeDefEXTI_InitStructure; NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE); GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB,GPIO_PinSource1); EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line1; EXTI_InitStructure.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt; EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Rising_Falling;//é?éy??oí???μ??′￥·￠ EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd=ENABLE; EXTI_Init(&EXTI_InitStructure); NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=EXTI1_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0x03; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0x01; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);}voidjs_jl(){if(msHcCount==2) { send(0x55); fs_fg=1; msHcCount=0; //LED=0; } if(point==2) { ///LED=1; point=0; fs_fg=0;dis_jl=jl_r[0]*256+jl_r[1]; }}u8dz_flg=0;floataa=0;unsignedcharbb=0;unsignedintcj_count=0;unsignedintspeed=0;intmain(void){ u8move_sta=0;floatjl=0;unsignedcharxj_flg=0;unsignedcharmov_sta=0; SystemInit(); delay_init(); NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); GP