分拣机器人单片机控制系统设计本科毕业设计说明书Word格式.docx
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分拣机器人单片机控制系统设计本科毕业设计说明书Word格式.docx
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摘要
一般的分拣机器人由于其操作方式较复杂,分拣的效率较差,人机交互系统的不太完善,机械性能欠佳等已经很难满足当今社会的生产实践需要。
伴随着社会的飞速发展,人们对性能优良智能分拣人的需求也与日俱增。
设计一款基于单片机的分拣机器人有很大的实践需要和社会功能。
根据控制系统的要求,决定采用美国INTEL公司MCS-51系列单片机基本产品89C52,作为分拣机器人的主控制芯片。
它具有运行速度快,功耗低,抗干扰能力强等优点,能够完全我的设计要求。
本系统包括硬件和软件两个部分。
硬件系统主要包括电压转换电路的设计、单片机连接PC机串口电路的设计,单片机系统的设计,驱动电路的设计,显示电路的设计等。
在电路图板上完成各模块的设计与连接。
分析易得,此系统可以完全满足设计需要。
通过光耦等器件克服电机驱动部分与单片机部分的相互干扰。
关键词:
单片机;
硬件设计;
软件编程;
89C52
Abstract
Thegeneralsortingrobotismorecomplicatedduetoitsoperation,sortingislessefficient,human-computerinteractionsystemisnotperfect,poormechanicalperformancehasbeendifficulttomeettheneedsoftoday'
ssocialproductionpractice.Accompaniedbytherapiddevelopmentofsociety,thedemandforsmartsortersisalsogrowing。
Thedesignofasortingrobotbasedonasinglechiphasagreatpracticalneedandsocialfunction.Accordingtotherequirementsofthecontrolsystem,DecidedtoadopttheUnitedStatesINTELMCS-51seriesofbasicproducts89C52,asthemaincontrolchipforthesortingrobot。
Ithastheadvantagesoffastrunningspeed,lowpowerconsumptionandstronganti-interferenceability,canbecompletelymydesignrequirements。
Thesystemincludesbothhardwareandsoftware。
Thehardwaresystemmainlyincludesthedesignofvoltageconversioncircuit,designofserialcircuitofPCcomputerconnectedbysinglechipmicrocomputer,designofSingleChipMicrocomputerSystem,designofthedrivecircuit,displaycircuitdesign,etc。
Inthecircuitboardtocompletethedesignandconnectionofthemodule。
Analysiseasytoget,Thissystemcanfullymeetthedesignneeds。
Throughtheoptocouplerandotherdevicestoovercomethemotordrivepartandthemicrocontrollerpartofthemutualinterference。
Keywords:
Singlechip,hardwaredesign,softwareprogramming,89C52
第1章前言
1.1本论文的背景和意义
随着人类社会的进步,人类的聪明才智使得工具越来越先进。
工具一直是为人类服务而被生产和改进。
工具的进步使人类劳动更加方便,能够在更困难的环境中工作。
机器人的诞生是通过解放人类的双手和大脑,从社会生产力的枯竭和生产更方便的工具。
自恩格尔伯格先生的发明[1],机器人已经在过去的100年里发生了很大的变化。
目前,机器人已广泛应用于人类生产活动的各个领域。
在现代工厂中,白天不懂夜的黑,输送搬运物品,危险完成排爆排爆机器人代替人类工作,甚至坐在宇宙飞船探索宇宙去探索人类未知的世界。
与人类相比,机器人有许多优点。
机器人不怕累,怕脏,不怕苦。
在危险的情况下,机器人的功能突出。
而且,机器人工作的准确性比较高,人们不会受到同样情绪波动的影响。
机器人的运动方式主要是机械运动,电机驱动[2]是其主要控制方式。
单片机控制电机驱动[3]在当今社会很普遍。
随着单片机理论和硬件系统的更替,单片机控制技术在国民经济发展中起着重要的作用。
自20世纪70年代单片机诞生以来,先后经历了单片机、单片机和SOC三个发展阶段。
目前,供应链管理正朝着高性能、多品种方向发展。
未来的趋势将是CMOS,低功耗,小体积,高性能,低价格,外围电路。
目前,如功率表、示波器等智能仪表,在工业控制、家用电器、各种大型电器等的模块化应用中,都有单片机的使用。
单片机渗透到我们工作的各个领域。
1.2研究现状
国外分拣系统起步较早,目前普遍采用自动化的分拣系统,在我国分拣系统起步较晚,目前主要采用人工分拣方式。
智能分拣系统发展依赖于机械设计水平的不断提高,在自动分拣系统中[4],机械手爪设计科学性影响系统的正常工作。
自动分拣系统是二战后,发达国家为了提升运送物品效率提出的一种作业方式,广泛应用于大型商场、快递行业。
分拣系统适用于大批量的分拣货物,降低了出错概率。
此系统的出现极大的减少了人员使用。
随着技术的发展,国外的分拣系统呈现出自动化程度越来越高[5],精确度越来越高。
但是系统一次性投入较大,资本回收较慢,系统结构复杂,同时对商品外观要求较高,因此国内发展较慢。
而机械机械手在国外发展也较快,由于国外起步较早,其机床加工水平相对较高,机械手爪的生产主要使用自动化机械生产,产品工艺水平高,同时机械手臂自由度公式的出现,加快了工业水平的提升,通过理论计算可以得到机械手臂的尺寸以及需要多少相关的模块[6][7][8]。
在进行设计之前可以进行仿真分析每个部件受到的力度,优化各部分尺寸的设计。
在国内分拣系统起步较晚,目前还是主要采用人工分拣方式。
我国的分拣系统集约化程度低。
企业投资一般集中在货架以及传送带等设备上面。
物流体系整体运转较低,技术设备相对落后。
随着技术的发展,我国自动分拣系统也在不断发展,我国可以自主生产多种自动分拣机,如托盘式翻板式与交叉带式分拣机等,主要应用于配送中心、邮政、机场等部门。
但精度还需要提高。
同时我国的机械加工水平不断提升,我国机械加工起步较晚,但随着车床等技术的引进,发展较快。
1.3本论文的主要方法与研究进展
本毕业设计论文以生产实践中所出现的问题为出发点,为了满足市场化需要,提升我国的自动化水平,本文拟研究一款基于单片机的分拣机器人。
该系统采用传送结构实现,传送带负责将物件传送等待分拣,红外检测到物品到达时,单片机控制伺服电机抓取物品,放置在对应的物品箱。
1.4本论文的工作原理框图
本设计采用以单片机为控制核心,实现抓物的基本动作功能,基于红外技术的收发系统实时检测机器抓物的设计与实现的工作原理框图如图1.4所示。
图1.4工作原理框图
1.5本论文的主要内容
研究伺服电机与步进电机区别,伺服电机的工作原理,单片机控制器使用驱动器高精度控制伺服电机的运动[9],可以实现水平、垂直两个轴的定位控制和机械手爪的开合控制;
(1)手爪运行速度可达3m/s,定位精度不小于0.5mm;
(2)要具有较好的人机接口和安全性措施;
(3)控制系统具有与其它计算机通讯功能。
第二章系统方案设计
2.1单片机型号的论证与选择
方案一:
51单片机
优点:
STC89C52RC是51单片机,它的成本低性能高而且支持ISP和IAP技术。
用户可以在系统板上烧录自己的程序,修改调试非常简单方便。
IAP技术能将内部部分EEPROM可以用专用Flash代替使用,保证停电后能保证数据不丢失,擦写次数可以达到100000多次,不用外接EEPROM。
而且与传统8051单片机程序兼容,硬件无需改动。
缺点:
作为8位的单片机,运行速度相对来说比较慢。
而且普通的非加强版51单片机并不带内部时钟电路,如果不外接振荡电路就无法工作,5v的工作环境相对来说比较耗电。
方案二:
MSP430单片机
使用MSP430系列单片机。
MSP430系列单片机是美国德州仪器公司生产的一种16位微处理器,使用的是精简指令集。
MSP430单片机最显著特点就是超低功耗。
微小的电量就能使单片机正常工作,中央处理器可的工作电压在1.8V~3.3V之间[10]。
超低功耗使得单片机只需要3.3v就能工作,但是这也使得很多需要5v才能工作的硬件电路需要外加驱动才能工作,使得硬件设计复杂化。
而且430单片机不带片内EEPROM,这就使得430单片机不能执行一些特殊指令。
430单片机作为16位单片机虽然运行速度快了一些但是价格却高了很多,在产品设计中无疑会增加产品的成本。
方案三:
STM32单片机
STM32F1系列属于32位ARM微控制器中的中低端产品,由意法半导体公司生产,Cortex-M3内核。
可由Flash的大小可分为小容量、中容量、大容量。
芯片集成定时器,CAN,ADC,SPI,I2C,USB,UART,等多种功能[11]。
所以STM32单片机基本具备51和430单片机的所有优点,而且随着STM32的普及,部分STM32的低端产品甚至比430还要便宜。
基于ARM内核的STM32单片机的价格也是单片机中价格最高的,而且程序编写复杂,初学者不容易看懂。
综上所述,STM32单片机虽然最强,但是由于其出色的性能与高昂的价格,使得它并不适用于小型的电子产品的应用,430单片机可以说除了低功耗基本没有任何优点。
至于51单片机,作为年代最早的单片机,它使用的方式简单,基本能满足多种小型电子产品设计的需求,而且它使用和学习都十分简单,比较能被更多人接收。
通过对比使用STC89C52RC单片机。
2.2数据显示模块的论证与选择
数码管
数码管是由半导体发光器件组成,主要是由八个发光二极管工作。
而且数码管拥有两种驱动方式,静态显示驱动和动态驱动,但是无论是动态驱动还是静态驱动,数码管都有高亮度和低功耗的优点。
而且数码管的使用相当的简单且价格低廉。
不同位数的数码管的管脚数不同,位数越多管脚越多。
所有的数码管都需要外接驱动电路,焊接比较复杂而且能显示的内容相当有限。
LCD1602
LCD1602为平面薄型显示设备,LCD1602能够显示字母、符号和数字,能够显示16*2个字符,能够显示较多信息。
而且LCD1602价格低,体积小,功耗低等优点,被广泛的用作各种仪器的显示器。
1602除了程序上要求复杂一点基本没有缺点。
LCD12864
优
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