《基于單片機(jī)的智能搬運(yùn)小車設(shè)計(jì)》8900字（論文）

基于單片機(jī)的智能搬運(yùn)小車設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-2"\h\u5777摘要 1294441緒論 2290831.1課題研究的目的和意義 2259071.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3314291.3設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 4280811.4本文內(nèi)容安排 4112512方案論證 4220942.1系統(tǒng)工作 5269532.2方案設(shè)計(jì) 5195373硬件設(shè)計(jì) 6116383.1元器件選擇 7293393.2各單元電路設(shè)計(jì) 12384軟件設(shè)計(jì) 16315864.1循跡子程序 17136984.2小車位置確定及物體搬運(yùn) 18320904.3顯示子程序 185657總結(jié) 1916949參考文獻(xiàn) 20摘要在二十一世紀(jì)，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電動(dòng)控制已經(jīng)成為不可忽視的動(dòng)態(tài)量，并在機(jī)械領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。該電動(dòng)貨物搬運(yùn)小車系統(tǒng)由ATMEL公司的AT89C51單片機(jī)作為控制核心進(jìn)行控制，并且與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出引腳兼容。該系統(tǒng)基于智能小車的檢測(cè)和控制，以小車智能搬運(yùn)為目的進(jìn)行研究。該系統(tǒng)使用鐵片來(lái)模擬貨物，自動(dòng)小車主要實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)循跡，定點(diǎn)取卸貨物功能和計(jì)時(shí)功能。執(zhí)行選擇正確的行駛路線，運(yùn)輸貨物和記錄所用時(shí)間的功能。該系統(tǒng)使用AT89C51單片機(jī)作為控制基礎(chǔ)，使用紅外傳感器查找路徑，并將檢測(cè)到的信號(hào)發(fā)送到單片機(jī)，以便小車自動(dòng)在固定路徑上行駛，并使用紅外傳感器來(lái)檢測(cè)鐵片。到達(dá)要求的位置后，使用電磁鐵實(shí)現(xiàn)自動(dòng)取物。在小車運(yùn)行的過(guò)程中，可以自動(dòng)記錄運(yùn)行時(shí)間及搬運(yùn)數(shù)量。本文主要針對(duì)小車的各項(xiàng)功能展開介紹。關(guān)鍵詞:AT89C51單片機(jī)；小車；智能；搬運(yùn)緒論1.1課題研究的目的和意義隨著國(guó)內(nèi)物流技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)貨物搬運(yùn)車，這種機(jī)械和電子技術(shù)相結(jié)合的工業(yè)產(chǎn)品得到了廣泛的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)外許多知名制造商均研發(fā)出全系列產(chǎn)品。為了在操縱車輛的過(guò)程中保證車輛行駛的安全性、穩(wěn)定性以及駕駛的舒適性，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)性能必須把握好。高品質(zhì)，操縱簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，電控系統(tǒng)反應(yīng)靈敏，適用于比較狹小的空間等都是電動(dòng)貨物搬運(yùn)車的優(yōu)點(diǎn)。目前市場(chǎng)上的同類產(chǎn)品銷售狀況良好，價(jià)格合理，激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)下，客戶需求量還在逐年不斷增加，因此，對(duì)電動(dòng)貨物搬運(yùn)車的技術(shù)研究與應(yīng)用是一件很有意義的事情，并且體現(xiàn)了極高的市場(chǎng)價(jià)值。同類電動(dòng)系列產(chǎn)品動(dòng)力方面采用雙電源供電，驅(qū)動(dòng)采用直流電機(jī)，不僅提高了效率，還節(jié)省了很大的一部分資源，市場(chǎng)認(rèn)可度較高。近幾年在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，大部分還在采用人工的操作方式，在極其惡劣的環(huán)境中顯然是比較危險(xiǎn)以及不方便的，所以我們對(duì)智能搬運(yùn)車的研究更要加快速度。目前市面上的智能搬運(yùn)車已經(jīng)在很多行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，例如：醫(yī)療、救援、焊接、檢測(cè)等。此外，對(duì)智能搬運(yùn)車的自動(dòng)駕駛功能的研究將有助于智能車輛的研究。智能車輛駕駛?cè)蝿?wù)的自動(dòng)完成將對(duì)人類社會(huì)的進(jìn)步產(chǎn)生巨大的影響，例如，它可以有效地提高道路網(wǎng)絡(luò)的利用率，減少車輛的油耗，并提供改善道路交通的新的解決方案。智能作為現(xiàn)代社會(huì)的新發(fā)明，也是以后的發(fā)展方向。而本文著重介紹的是智能機(jī)器人范疇內(nèi)的一部分，即智能搬運(yùn)小車。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前，國(guó)內(nèi)的電動(dòng)汽車主要用于居家旅游以及貨物的運(yùn)輸。電動(dòng)旅游車的主要應(yīng)用在公園，景點(diǎn)，娛樂(lè)中心，大學(xué)，醫(yī)院，高爾夫球場(chǎng)和其他地方來(lái)進(jìn)行載客。電動(dòng)貨物搬運(yùn)車目前運(yùn)用在物流倉(cāng)庫(kù)、碼頭、工廠等。一般情況下，電動(dòng)車的使用壽命大概為八年到十年左右，電動(dòng)車所搭載的蓄電池大概可以使用一年到四年之久，這個(gè)結(jié)果取決于電池的維護(hù)與保養(yǎng)。電動(dòng)汽車的發(fā)展歷史：起源于1880年，用作私家車，卡車和城市公共交通工具。電池車的低速和有限的充電范圍并不是缺點(diǎn)，但是它的靜音性和較低維護(hù)成本使它很受歡迎。在二十世紀(jì)二十年代之前，裝載有電池的汽車與傳統(tǒng)的使用汽油的汽車開始競(jìng)爭(zhēng)。后來(lái)，隨著電動(dòng)啟動(dòng)器使汽油動(dòng)力汽車更具吸引力，并且批量生產(chǎn)降低了汽油動(dòng)力汽車的成本，電池動(dòng)力汽車的數(shù)量開始減少。在歐洲，電動(dòng)汽車已被用作短途貨運(yùn)車輛。從1970年開始，各國(guó)對(duì)電動(dòng)汽車重新產(chǎn)生了興趣，尤其受到不應(yīng)該依賴外國(guó)的石油和環(huán)境問(wèn)題的影響，這些問(wèn)題導(dǎo)致電池驅(qū)動(dòng)的汽車行駛的速度和距離不斷提高。盡管我國(guó)的電動(dòng)工業(yè)車輛始于1952年，但其發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其他發(fā)達(dá)國(guó)家。當(dāng)時(shí)，三電（電池，電機(jī)和電子控制）和歸口管理的落后限制了電動(dòng)工業(yè)車輛的發(fā)展。改革開放期間，工業(yè)生產(chǎn)開始追求自動(dòng)化，所以在對(duì)于貨物搬運(yùn)方面提出了更高的要求，室外搬運(yùn)作業(yè)限制少，而對(duì)于處在室內(nèi)和半室內(nèi)的操作，情況更為復(fù)雜，操作起來(lái)更具有難度性?，F(xiàn)代社會(huì)中，對(duì)污染和噪音的要求越來(lái)越高，還需要考慮所經(jīng)過(guò)的通道寬度、門限以及承重。普通卡車難以解決諸如防爆和人員在個(gè)別情況下難以接近之類的問(wèn)題。然而，僅具有電池電動(dòng)機(jī)的工業(yè)車輛相對(duì)容易滿足這些復(fù)雜條件。充電設(shè)備質(zhì)量的提高，電子控制技術(shù)的飛速發(fā)展以及工業(yè)車輛行業(yè)整體技術(shù)水平的提高，大大提高了電動(dòng)工業(yè)車輛的舒適性和可靠性，極大地提高了運(yùn)行效率并大大減少了維護(hù)費(fèi)用。新世紀(jì)的發(fā)展追求零污染，少污染的目標(biāo)，因此，電動(dòng)汽車的出現(xiàn)無(wú)疑是解決了這個(gè)難題，在環(huán)保的要求下，電動(dòng)汽車是唯一可以實(shí)現(xiàn)零排放的機(jī)動(dòng)車，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展以及新型材料的研發(fā)，使得電動(dòng)汽車進(jìn)入了快速發(fā)展的階段。自動(dòng)搬運(yùn)車，顯而易見(jiàn)是為了實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛所設(shè)計(jì)的新型汽車產(chǎn)品，屬于現(xiàn)代物流處理自動(dòng)化的有效手段，因此，自動(dòng)搬運(yùn)車在現(xiàn)實(shí)社會(huì)中得到的廣泛的應(yīng)用，人們對(duì)它的需求也越來(lái)越大，致使我們對(duì)自動(dòng)搬運(yùn)車的研究具有理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。車輛在行駛過(guò)程中，肯定少不了對(duì)道路的檢測(cè)，因此，我們必須要用到各式各樣的傳感器，市面上出現(xiàn)的傳感器種類豐富，功能各不相同，其中視覺(jué)傳感器成為了車輛自動(dòng)行駛的重要組成部分。視覺(jué)傳感器的主要設(shè)備是攝像管或CCD，但其尺寸，價(jià)格和用途并沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。因此，在不需要清晰圖像的系統(tǒng)中使用紅外接近傳感器是一種切實(shí)有效的選擇。1.3設(shè)計(jì)任務(wù)與要求本課題是結(jié)合科研項(xiàng)目而確定的設(shè)計(jì)類課題。主要設(shè)計(jì)任務(wù)是：1.完成小車的自動(dòng)循跡功能。2.小車到達(dá)指定地點(diǎn)之后自動(dòng)完成取物卸物功能。3.在小車運(yùn)行的期間記錄小車搬運(yùn)所需的時(shí)間及貨物數(shù)量。1.4本文內(nèi)容安排根據(jù)題目的要求，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要由硬件部分和軟件部分組成。硬件部分是圍繞主控芯片AT89C51展開的硬件電路板，主要由小車各個(gè)功能模塊的硬件電路組成。軟件部分通過(guò)對(duì)搬運(yùn)小車要實(shí)現(xiàn)的各個(gè)功能模塊的編譯，將編譯程序?qū)懭氲綄懭肫髦?，之后通過(guò)寫入器下載到硬件部分的芯片中執(zhí)行從而實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)小車要實(shí)現(xiàn)的各個(gè)功能。文章首先介紹了無(wú)人操縱搬運(yùn)車的研究背景和現(xiàn)狀，其次通過(guò)對(duì)課題的分析，擬定設(shè)計(jì)思路，然后寫出了整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行所需要的硬件和軟件的設(shè)計(jì)思路以及該如何實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能，并對(duì)各個(gè)功能中的涉及到的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行展開分析，最后通過(guò)對(duì)各個(gè)功能模塊的整合從而實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)循跡取物功能。2方案論證在了解了課題之后，可以初步編寫設(shè)計(jì)方案，并可以對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行演示和分析。以下是具體方案的論證。2.1系統(tǒng)工作該課題的主要研究?jī)?nèi)容是小車的自動(dòng)搬運(yùn)功能。在實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)功能的時(shí)候，小車首先要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循跡的功能，小車要按照既定的路線行駛，所以，小車首先要實(shí)現(xiàn)從任意一點(diǎn)出發(fā)到達(dá)我們所設(shè)置A點(diǎn)，（A點(diǎn)即為起點(diǎn)），也是小車檢測(cè)貨物的點(diǎn)，當(dāng)小車可以檢測(cè)到貨物后，小車執(zhí)行自動(dòng)拾起功能并按規(guī)定的路線行駛到B點(diǎn)（放物點(diǎn)）放下貨物，最后循環(huán)以上操作。小車在實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)的過(guò)程中還要自動(dòng)記錄搬運(yùn)所用時(shí)間及所搬運(yùn)鐵片的數(shù)量。如果小車行駛到起點(diǎn)沒(méi)有檢測(cè)到貨物，則自動(dòng)行駛到C點(diǎn)（停車點(diǎn)）停車。在小車行駛及搬運(yùn)的整個(gè)過(guò)程中，使用鐵片來(lái)模擬貨物。小車在行駛以及搬運(yùn)的過(guò)程中，不需要人為操作。如果小車出現(xiàn)故障無(wú)法行駛或者無(wú)法識(shí)別，操作者可以手動(dòng)將系統(tǒng)復(fù)位。2.2方案設(shè)計(jì)此次設(shè)計(jì)分為軟件設(shè)計(jì)與硬件設(shè)計(jì)兩部分。本次設(shè)計(jì)所采用的的主控芯片是AT89C51，它的功能是負(fù)責(zé)控制電機(jī)檢測(cè)各個(gè)傳感器的狀態(tài)。其系統(tǒng)的原理框圖，如圖2.1所示。圖2.1原理框圖通過(guò)以上框圖可以知道，首先，小車是在全自動(dòng)條件下運(yùn)行，因此AT89C51微控制器被用作整機(jī)的控制單元。在單片機(jī)的控制下，小車可以自動(dòng)執(zhí)行并完成各項(xiàng)功能。小車在行駛過(guò)程中如果要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循跡和鐵片的檢測(cè)功能，必須要完成檢測(cè)黑帶的步驟并能夠識(shí)別鐵片，因此選擇適合實(shí)現(xiàn)此功能的傳感器顯得格外的重要。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循跡是基于光電傳感器從而實(shí)現(xiàn)小車按照黑線行走，并通過(guò)電感式接近開關(guān)來(lái)檢測(cè)鐵片的存在，檢測(cè)到鐵片后，信號(hào)傳輸?shù)诫姶盆F，使得電磁鐵通電從而完成對(duì)鐵片的拾取。當(dāng)檢測(cè)不到鐵片時(shí)，小車將通過(guò)軟件控制自動(dòng)行駛到規(guī)定的位置。在整個(gè)行駛及拾取的過(guò)程中，使用LED數(shù)碼管的顯示功能，將小車拾取鐵片的數(shù)量和時(shí)間表達(dá)出來(lái)。圖2.2程序總流程圖同時(shí)，為了能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)行駛及取物功能，所以可以采用圖2.2所示程序流程圖進(jìn)行設(shè)計(jì)。3硬件設(shè)計(jì)為了能夠?qū)崿F(xiàn)小車的自動(dòng)尋跡取物功能，則需要細(xì)致的考慮硬件選擇問(wèn)題?？梢哉f(shuō)，在這個(gè)課題中每個(gè)設(shè)計(jì)部分都是可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)的，所以在設(shè)計(jì)中，每一個(gè)小部分上要充分實(shí)現(xiàn)題目要求。只有這樣才能夠使整個(gè)課題所要求的效果得到充分展示。3.1元器件選擇根據(jù)題目要求，小車主要實(shí)現(xiàn)的功能有自動(dòng)循跡，檢測(cè)物體并拾取，放下物體并行駛到固定地點(diǎn)，并且實(shí)現(xiàn)記錄數(shù)量，時(shí)間。為完成以上功能，下面逐一介紹元器件的選擇。3.1.1核心控制單元電路的選擇方案一：采用數(shù)字邏輯電路制作，用IC拼湊焊接實(shí)現(xiàn)。方案二：采用STM32控制器方案三：采用單片機(jī)AT89C51來(lái)作為整機(jī)的控制單元。方案一使用簡(jiǎn)單方便但使用器件較多且連線復(fù)雜，體積大，效率低，不利于小車智能化的擴(kuò)展，信號(hào)處理方面比較困難。方案二雖然性能高，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，但操作起來(lái)較復(fù)雜，且本設(shè)計(jì)用不到32位處理系統(tǒng)，方案三硬件簡(jiǎn)潔，且各個(gè)功能易于實(shí)現(xiàn)?；谝陨戏治鰯M定方案三。單片機(jī)相當(dāng)于小車的大腦，在小車的整體運(yùn)行過(guò)程中，起著控制小車的重要作用。正確選用單片機(jī)作為小車的核心控制單元，本設(shè)計(jì)的主控芯片選擇AT89C51，負(fù)責(zé)檢測(cè)傳感器的狀態(tài)并控制電機(jī)。在這里也可以選用AT89C52，但AT89C52的E2prom是8K而此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)只需要4K就能夠完成設(shè)計(jì)需要所以選擇AT89C51。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍功能，并且只讀存儲(chǔ)器，可以擦除、編程。他的特點(diǎn)就是低電壓，高性能，我們俗一般稱它為單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，并且與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出引腳兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。如圖3.1所示。圖3.1AT89C51如圖3.2為AT89C51的引腳圖。圖3.2AT89C51引腳圖下面簡(jiǎn)單介紹下AT89C51的各引腳的功能。3.1.2傳感器的選擇根據(jù)要求，小車要能夠自動(dòng)沿軌跡行駛，在循跡時(shí)需要使用的傳感器。所以要了解傳感器的種類，并選擇出適合該課題的傳感器。在黑帶檢測(cè)方面可以有以下三種方案。方案一：采用熱探測(cè)器。方案二：采用發(fā)光二極管發(fā)光，用光敏二極管接收。方案三：利用紅外線發(fā)射管發(fā)射紅外線，紅外線二極管進(jìn)行接收。方案一利用接收到的紅外輻射，從而引起溫度變化，繼而引起電信號(hào)的輸出，且輸出的電信號(hào)與溫度的變化成比例，熱輻射散發(fā)能量導(dǎo)致溫度產(chǎn)生變化，與波長(zhǎng)沒(méi)有關(guān)系，因此其對(duì)吸收的紅外輻射的波長(zhǎng)沒(méi)有選擇性，外界對(duì)它的影響較大。方案二受可見(jiàn)光影響較大，穩(wěn)定性差。方案三利用不同顏色的物理表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn)，小車在行駛過(guò)程中向地面發(fā)射紅外光線，紅外光線在照射到地面上時(shí)發(fā)生漫反射，小車上的接收管接收反射光，如果遇到黑線，紅外光將會(huì)被吸收，小車就不會(huì)接收到信號(hào)，此方案操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。故選擇方案三。這里選用的是市面上常見(jiàn)的TCRT5000，如圖3.3所示。圖3.3TRCT5000TCRT5000是一種一體化反射型光電探測(cè)器，其發(fā)射器是一個(gè)砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個(gè)高靈敏度，硅平面光電三極管。采用TCRT5000完全可以有效的降低干擾，而且方便可行，能夠準(zhǔn)確的實(shí)施檢測(cè)。TCRT5000采用DIP4封裝，其具有如下特點(diǎn)：塑料透鏡可以提高靈敏度。內(nèi)置可見(jiàn)光過(guò)濾器能減小離散光的影響。體積小，結(jié)構(gòu)緊湊。且當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的光反射回來(lái)時(shí)，三極管導(dǎo)通輸出低電平。此光電對(duì)管調(diào)理電路簡(jiǎn)單，工作性能穩(wěn)定。3.1.3鐵片檢測(cè)及拾取的器件選擇物體檢測(cè)方面，可以首先采用市面易購(gòu)的電感式接近開關(guān)，本系統(tǒng)采用市面比較通用LJ12A3-4-Z/BX來(lái)完成鐵片檢測(cè)的任務(wù)。雖然電感式接近開關(guān)占的體積大，對(duì)本系統(tǒng)是可以接受，且輸出信號(hào)較可靠，受外界的干擾??；但其輸出高電平只有0.7V，所以應(yīng)使用電壓比較器與一個(gè)0.3V的電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)TTL電平信號(hào)，0.3V小電壓可以使用普通電阻串聯(lián)分壓獲得，穩(wěn)定性較好。電感式接近開關(guān)由振蕩器、開關(guān)電路和放大輸出電路組成。振蕩器會(huì)自發(fā)產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)。如果有金屬物體靠近振蕩器所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，并可以達(dá)到感應(yīng)距離時(shí)，所檢測(cè)的金屬物體周圍就會(huì)產(chǎn)生渦流，導(dǎo)致振蕩衰減甚至停振。后級(jí)放大電路將振蕩器自發(fā)產(chǎn)生的振蕩和停振的變化進(jìn)行處理，然后將它轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號(hào)的形式，只有這樣才能使控制器件啟動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸就能檢測(cè)到被測(cè)物體的目的。在鐵片拾取方面，選擇控制簡(jiǎn)單，使用靈活的電磁鐵。3.1.4車體及驅(qū)動(dòng)電路選擇對(duì)于小車車體的要求有以下兩種選擇。方案一：履帶式小車方案二：選用小車車體為三輪小車方案一是由兩條履帶構(gòu)成，兩個(gè)電機(jī)控制它的行駛，小車想要實(shí)現(xiàn)直行和后退，兩條履帶的速度就得達(dá)到一致，如果兩條履帶速度不同時(shí)，小車則可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的功能。該方案雖然穩(wěn)定性較高，但此類小車花費(fèi)成本較高，不適用于我們本次較為簡(jiǎn)單的課題。方案二采用兩個(gè)前輪驅(qū)動(dòng)，各由兩個(gè)直流電機(jī)控制，后輪只有一個(gè)輪胎，容易實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向等功能。這種小車成本低，且易于實(shí)現(xiàn)本課題的要求。所以我們選擇方案二。所選出的三輪小車如圖3.4所示。圖3.4三輪小車如圖3.5所示。3.1.5顯示器件的選擇根據(jù)課題要求，在方案設(shè)計(jì)中需要有顯示部分，該部分的作用是，顯示單次運(yùn)貨所用時(shí)間及所運(yùn)貨物的數(shù)量。所以在選擇顯示部分所用器件時(shí)，有以下兩種方案。方案一：采用LCD顯示。方案二：采用LED七段數(shù)碼管。方案一使用單片機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)顯示的功能，但是在真正演示的時(shí)候，呈現(xiàn)出的亮度和顯示字體的大小都不太令人滿意，而且這種方案性價(jià)比較低。方案二電路結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單易懂，顯示效果也很優(yōu)，調(diào)試起來(lái)也比較簡(jiǎn)單。而且此方案使用最經(jīng)典的電路驅(qū)動(dòng)和電路譯碼，所以我們選用方案二。LED數(shù)碼管有兩種，一種是共陽(yáng)極，另一種是共陰極。它的工作特點(diǎn)是：當(dāng)字段電極接高電平，公共陽(yáng)極接低電平時(shí)，相應(yīng)字段可以發(fā)光。共陽(yáng)極數(shù)碼管則與之相反，它是將發(fā)光二極管的陽(yáng)極(正極)短接后作為公共陽(yáng)極。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高電平、?端接低電平時(shí)，才能發(fā)光。LED的發(fā)光顏色由它的輸出光譜所控制，光輻射純度也與之有關(guān)，這也體現(xiàn)出了半導(dǎo)體材料獨(dú)特的性能。LED數(shù)碼管的產(chǎn)品中，以發(fā)紅光、綠光的居多、這兩種顏色也比較醒目。LED數(shù)碼管相當(dāng)于幾個(gè)有發(fā)光性能的PN結(jié)。PN結(jié)導(dǎo)通時(shí)，通過(guò)注入少數(shù)載流子，并且伴隨著慢慢的復(fù)合而達(dá)到輻射發(fā)光的目的，它的伏安特性和普通二極管極其相似。正向?qū)ㄖ?，PN結(jié)的電流幾乎為零，所以字段不會(huì)發(fā)出光亮。當(dāng)電壓達(dá)到或者超過(guò)開啟電壓時(shí)，電流產(chǎn)生并不斷增強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)字段發(fā)光的功能。因此，LED數(shù)碼管的發(fā)光亮度L(單位是cd／m2)是受正向電流IF的影響的，用公式表示即為：式（3.1）從式中可以看到，正向電流增大，亮度增強(qiáng)。正向電流的大小和管芯材料的不同則會(huì)影響數(shù)碼管正向電壓的大小。我們?cè)谌粘Ｊ褂肔ED數(shù)碼管時(shí)，10mA左右／段的工作電流最為適合，既能保證亮度合適，又不會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生損壞。在此次設(shè)計(jì)中，選用共陰極的四位數(shù)碼管，從而顯示搬運(yùn)時(shí)間及個(gè)數(shù)。如圖3.6所示。圖3.6四位數(shù)碼管3.2各單元電路設(shè)計(jì)通過(guò)以上器件的介紹及選擇可以知道，此次課題所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要需要的器件，并通過(guò)不斷設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)課題要求的功能。下面具體介紹下器件引腳圖或設(shè)計(jì)的電路原理圖。3.2.1傳感器及調(diào)理電路的設(shè)計(jì)在上一部分已經(jīng)介紹了所選用的傳感器為TCRT5000，為了把傳感器連接到實(shí)物中，所以還要了解TCRT5000各個(gè)引腳的作用。如圖3.7所示，藍(lán)色小燈為紅外發(fā)射端，黑色小燈為紅外接收端，而引腳1，2，3，4分別為：Anode，Cathode，Colector，Emitter。圖3.7TCRT5000引腳圖在了解傳感器引腳后，則就可以針對(duì)課題要求設(shè)計(jì)出檢測(cè)黑帶的電路，如圖3.8所示。TCRT5000TCRT5000TCRT5000TCRT5000P3.5P3.6P3.7AT89C51圖3.8循跡電路圖通過(guò)以上的電路圖，可以了解到，由發(fā)射管4發(fā)射的紅外光線照射在地面上后，光線經(jīng)反射后被接受管3接受。傳感器正常工作時(shí)，輸出電平為高電平，當(dāng)傳感器接受不到反射信號(hào)時(shí)，則輸出低電平，此時(shí)低電平信號(hào)會(huì)通過(guò)P3.5或P3.7輸送給單片機(jī)處理，從而判斷預(yù)先編譯的哪一種程序用來(lái)控制小車的行駛。紅外傳感器的安裝位置如圖3.9所示。圖3.9傳感器安裝位置根據(jù)安裝圖可知，小車在行駛的過(guò)程中如果沒(méi)有按軌跡行駛，有點(diǎn)偏右，則安裝在小車左邊的傳感器就不會(huì)接收到反射光線，安裝在小車中間的傳感器接收到反射光線，從而使小車重新按照規(guī)定的軌跡行駛。若小車向左偏移，則安裝在小車右側(cè)的傳感器不會(huì)接收到反射光線，同理中間的傳感器接收反射光線，使小車調(diào)整合適的行駛方向。3.2.2小車運(yùn)行位置確定電路的設(shè)計(jì)為完成小車能夠運(yùn)行到固定位置的執(zhí)行任務(wù)的要求，在這里選用光敏電阻來(lái)確定A，B，C三點(diǎn)。本設(shè)計(jì)主要通過(guò)光敏電阻和單片機(jī)內(nèi)部的A/D來(lái)完成。當(dāng)光敏電阻接收帶不同強(qiáng)度的光線時(shí)，其電阻會(huì)發(fā)生變化，當(dāng)接收到的光線強(qiáng)度越強(qiáng)，其電阻越小，當(dāng)接收不到光線時(shí)（沒(méi)有光照），其電阻就會(huì)變得很大，三極管就會(huì)處于截止的狀態(tài)，集電極從而輸出高電平。當(dāng)可以接收到光照時(shí)，其電阻就會(huì)降低，這時(shí)三極管就會(huì)處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)。由于光敏電阻阻值的變化，輸入到單片機(jī)P3.3的電壓也會(huì)隨著變化，通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換成的數(shù)值也會(huì)變化，通過(guò)對(duì)數(shù)值的處理來(lái)確定尋光方向，從而確定運(yùn)行位置。3.2.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)3.2.4鐵片檢測(cè)及取物電路設(shè)計(jì)該檢測(cè)部分采用了電感式接近開關(guān)LJ12A34Z/BX，該電感式接近開關(guān)共三個(gè)接口：接地，接電源，另一個(gè)為輸出，其有效測(cè)距為4mm，可以滿足本設(shè)計(jì)小車的設(shè)計(jì)需求。電感式接近開關(guān)LJ12A34Z/BX與一個(gè)電磁鐵結(jié)合完成鐵片檢測(cè)及搬運(yùn)。電磁鐵由一個(gè)三極管（當(dāng)作控制開關(guān)）與其相接，用AT89C51的一個(gè)I/O口片P3.1輸出信號(hào)來(lái)控制電磁鐵的通、斷。3.2.5顯示電路的設(shè)計(jì)在題目要求中，小車還要在行駛及取物過(guò)程中完成自動(dòng)記錄取物時(shí)間及所取貨物的數(shù)量。所以LED數(shù)碼管就派上了用場(chǎng)，使用數(shù)碼管來(lái)顯示時(shí)間和個(gè)數(shù)。下面介紹一下四位數(shù)碼管的引腳，如圖3.13。圖3.13數(shù)碼管引腳圖3.2.6復(fù)位電路及晶振電路同時(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，因?yàn)槭褂玫氖菃纹瑱C(jī)，所以系統(tǒng)中還有必不可少的一部分需要介紹，那就是單片機(jī)的復(fù)位電路及晶振。根據(jù)要求，如圖3.15所示。4軟件設(shè)計(jì)在完成硬件設(shè)計(jì)的同時(shí)，還要進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。這樣才能夠把軟硬件更好的結(jié)合在一起，從而完成課題。那么在這里就著重介紹下該課題的軟件設(shè)計(jì)。課題設(shè)計(jì)總程序流程圖見(jiàn)圖2.2所示。從流程圖中可以看到，程序從開始執(zhí)行，循跡程序處于循環(huán)往復(fù)的狀態(tài)。通過(guò)紅外傳感器使得小車能夠到達(dá)取物點(diǎn)A，再通過(guò)感應(yīng)式接近開關(guān)檢測(cè)是否有鐵片的存在，如果有鐵片，小車自動(dòng)取物并且按照既定路線行駛到B點(diǎn)放物，若沒(méi)有檢測(cè)到鐵片，則行駛到停車點(diǎn)停車，程序結(jié)束。小車在放下鐵片時(shí)，計(jì)數(shù)器同步加一，并且顯示所用時(shí)間。通過(guò)LED數(shù)碼管顯示。本設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，完成總流程需要用到以下幾個(gè)模塊的子程序。1.循跡子程序2.定點(diǎn)取物子程序3.顯示子程序4.計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)子程序4.1循跡子程序循跡是整個(gè)小車工作過(guò)程中都需要做的一項(xiàng)工作。所以，在設(shè)計(jì)中，小車循跡是整個(gè)程序的主要部分。而循跡的前提是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使小車行駛，然后再使用光電傳感器進(jìn)行檢測(cè)道路，使其沿固定軌跡行駛。圖4.1循跡流程圖4.2小車位置確定及物體搬運(yùn)小車位置的確定是為了，能夠使小車能夠定點(diǎn)取物，卸物。在這個(gè)設(shè)計(jì)里所謂定點(diǎn)取物，就是要使小車行駛到A點(diǎn)后在A點(diǎn)檢測(cè)到物體，并拾取物體。然后使小車行駛到B點(diǎn)，并把物體放在B點(diǎn)。當(dāng)小車在A點(diǎn)檢測(cè)不到物體時(shí)，小車應(yīng)該自動(dòng)行駛到C點(diǎn)。下面先通過(guò)流程來(lái)簡(jiǎn)單了解程序的設(shè)計(jì)，如圖4.2所示。圖4.2定點(diǎn)取物流程圖4.3顯示子程序下面是關(guān)于顯示部分的程序介紹。通過(guò)對(duì)顯示電路的設(shè)計(jì)，可以得到以下顯示流程圖。如圖4.3所示。圖4.3顯示流程圖總結(jié)當(dāng)今社會(huì)科技發(fā)展迅速，生活中的許多東西逐漸智能化，火車站檢票口采用智能識(shí)別設(shè)備取代了傳統(tǒng)的人工檢票，家里清潔再也不用拿著掃帚去慢慢的掃地了，取而代之的是智能化的掃地機(jī)器人，智能化產(chǎn)品真正的進(jìn)入到了我們的生活，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)針對(duì)于智能小車的自動(dòng)循跡及自動(dòng)取物放物兩個(gè)功能為主要研究方向。同時(shí)也為多種特殊場(chǎng)合的智能小車研究提供了基礎(chǔ)模型。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，讓我體會(huì)到了單片機(jī)的魅力，綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出問(wèn)題，解決問(wèn)題，鍛煉了自己的實(shí)踐動(dòng)手能力。單片機(jī)在我們的生活中無(wú)處不在，電冰箱，洗衣機(jī)以及空調(diào)等等都有單片機(jī)的身影存在?；叵脒@次畢業(yè)設(shè)計(jì)，從選課題，到對(duì)課題的調(diào)整修改，到最后的定稿，從理論到實(shí)踐，過(guò)程雖然充滿艱辛，但使我從中學(xué)到了很多的東西，凡事先苦后甜。在短短幾個(gè)月的時(shí)間里，不僅將過(guò)去所學(xué)的知識(shí)加以鞏固，而且還學(xué)到了很多書本上沒(méi)有的知識(shí)，受益匪淺。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我明白了一個(gè)道理：只有將我們所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，才能真正達(dá)到為社會(huì)服務(wù)的目的。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，可謂困難重重，在設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)了自己對(duì)知識(shí)把握的不足，掌握的不夠牢靠，連最簡(jiǎn)單的二極管的正負(fù)極都不會(huì)區(qū)分，但最終經(jīng)過(guò)自己的努力，完成了這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)[1]姜香菊.傳感器原理及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2015.[2]錢顯易.唐國(guó)興.傳感器原理與檢測(cè)技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011．[3]胡向東.劉京城等.傳感器與檢測(cè)技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.[4]唐文彥.傳感器第5版.[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.[5]張淑清.姜萬(wàn)錄等.單片微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用[M].國(guó)防工業(yè)出版社，2003.[6]張毅剛.MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004.

[7]張毅坤.陳善久,裘雪紅.?單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用[M].?西安電子科技大學(xué)出版社.?2009.?124-162.[8]秦曾煌.?電工學(xué)[M].?高