运料小车自动控制系统的设计

毕业论文题目：运料小车自动控制系统的设计学生姓名：李风宁学生学号：069060218系别：计算机与信息工程系专业：自动化届别：2010指导教师：朱玉琴淮南师范学院教务处制目录摘要.................................................................（1）绪论..................................................................（2）1运料小车控制系统的方案论证..........................................（2）1.1各模块方案选择与论证............................................（2）1.2系统各模块的最终方案............................................（9）2单片机的发展与控制原理..............................................（9）2.1单片机的定义与发展趋势..........................................（9）2.2国内主流单片机的应用比较......................................（11）2.3单片机的硬件结构及工作原理.....................................（11）3单片机控制系统的设计...............................................（14）3.1系统硬件的基本组成部分.........................................（14）3.2主要单元电路的设计.............................................（14）3.2.1检测部分的单元电路设计.....................................（14）3.2.2智能控制部分的单元电路设计..................................（15）4运料小车控制系统程序设计...........................................（17）4.1系统软件的结构.................................................（17）4.2系统子程序.....................................................（17）5系统测试及结果.....................................................（19）5.1测试仪器.......................................................（19）5.2测试结果.......................................................（20）6结论...............................................................（20）致谢.................................................................（20）参考文献.............................................................（21）附录.................................................................（22）淮南师范学院2010届本科毕业论文1运料小车自动控制系统的设计学生：李风宁指导教师：朱玉琴系别：计算机与信息工程系摘要：本设计采用STC89C52RC单片机作为智能小车的控制中心，主要包括以下模块：寻迹模块，避障模块，语音模块，电机驱动模块，时间距离显示模块，测距模块，电机驱动模块等。小车可实现寻迹、检测障碍物、显示小车的行驶路程和行驶时间及语音报警等。路线识别装置采用自制式反射红外传感器，显示装置采用LCD1602，语音模块采用APR9600语音录放芯片。驱动电机采用直流电机,电源装置采用单片机与电机单独供电的方式。关键词：单片机；智能运料小车；PWM脉宽调制TheautomaticcontrolsystemforthedesignStudent:LiFengningInstructor:ZhuYuqinDepartment:DepartmentofComputerandInformationEngineeringAbstract：ThisdesignrealizeswithSTC89C52RCMCUasintelligentdolly’scontrolcenter,Mostlyconsistofthefollowingseveralmodules：Thetracingmodule，theavoidthicketmodule，thesoundmodule，themotordrivenmodule，thehourandspacedisplayingmodule,thedistancemeasuringmoduleandmore.Boththatofbogiecouldrealizetracing,judgeimpediment,soughtlit,displaybogieranjourneyandrunningtime,aswellassoundalarmandmorefunction.impedimentestimationadoptinfraredavoidthicketsensor，displayunitadoptlcd1602，soundmoduleadoptAPR9600soundrecording.Actuatingmotoradoptdirectcurrentdynamo.Supplyunitadoptmonolithiccomputerandelectricmachinesolitudepoweredmode.Keywords：monolithiccomputer；Smartcartransporter；PWM运料小车自动控制系统的设计2绪论早期运料小车电气控制系统多为“继电器—接触器”组成的复杂系统，这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷，几乎无数据处理和通信功能，必须有专人负责操作。后期系统通常把PLC控制技术与变频器调速相结合，利用PLC控制变频器，再通过变频器优良的调速性能，可实现运料小车的自动化控制。在工业快速发展，科技日新月异的今天，运料小车应该逐渐向智能化发展。所以本文将为你介绍关于智能化的运料小车控制系统。在一切电器产品和工业控制都朝着智能化发展的今天，如：全自动洗衣机，智能化热水器等。本文将通过单片机为运料小车的核心，设计一个智能的运料小车。它具有如下功能：寻迹功能，如果你想小车的运行路线是S形，只要你在道路上涂上或贴上S形的黑线，小车就能沿线运行；避障功能，当在运行轨道上遇到障碍物就会停止，没有障碍物就会重新启动继续行驶（这是为了避免撞上障碍物并且让小车不脱离轨道而这样设计的）；语音功能，小车会报警，并给出语音提示；测距功能，小车能算出运行距离并显示在LCD显示器上。以下设计为运料小车模型。1运料小车控制系统的方案论证1.1各模块方案选择与论证本系统可分为控制部分和信号检测部分。其中控制部分包括：电机驱动模块，显示模块，声光报警模块。信号检测模块包括：避障模块，寻迹模块，路程测量模块。系统模块框图如下图所示。淮南师范学院2010届本科毕业论文3图1系统基本模块方框图⑴控制器模块控制器使小车的大脑，主要用于接受各传感器发送过来的信号，根据传感器发送的信号，控制器会对小车做出相应的动作。控制器的选择有两种方案。方案一：选用STC生产的STC89C52RC单片机，STC89C52RC单片机是一款性价比非常高的单片机，它完全兼容ATMEL公司的51单片机，除此之外它自身还有很多特点，如：无法解密、低功耗、高速、高可靠、强抗静电、强抗干扰等。其次STC公司的单片机内部有1280字节的SRAM、8-64K字节的内部程序存储器、2-8K字节的ISP引导码、除P0-P3口外还多P4口(PLCC封装)、片内自带8路8位AD(AD系列)，片内自带EEPROM、片机自带看门狗、双数据指针等。方案二：采用各类数字电路来组成小车的控制系统，对外围避障信号，黑带检测信号，各路趋光信号进行处理。本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于小车智能化的扩展，对各路信号处理比较困难。在此选择方案一。⑵循迹模块单片机STC89C52RCLCD1602显示模块循迹模块路程计量模块避障模块电机驱动模块语音模块运料小车自动控制系统的设计4图2光电对管检测电路这里的循迹是指小车在白色纸板板上循黑线行走，通常采取的方法是红外探测法。红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。单片机就是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线。红外探测器探测距离有限，一般最大不应超过15cm。对于发射和接收红外线的红外探头，可以自己制作或直接采用集成式红外探头。方案一：自制红外探头红外光的发送接收选用型号为RPR220的对管。当小车在白色地面行驶时，装在车下的红外发射管发射红外线信号，经白色反射后，被接收管接收，一旦接收管接收到信号，那么图中光敏三极管将导通，比较器输出为低电平；当小车行驶到黑色引导线时，红外线信号被黑色吸收后，光敏三极管截止，比较器输出高电平，从而实现了通过红外线检测信号的功能。将检测到的信号送到单片机I/O口，当I/O口检测到的信号为高电平时，表明红外光被地上的黑色引导线吸收了，表明小车处在黑色的引导线上；同理，当I/O口检测到的信号为低电平时，表明小车行驶在白色地面上。此种方法简单，价格便宜，灵敏度可调，而且此电路电池供电的压降较小。方案二：集成式红外探头可以采用型号为E3F－DS10C4集成断续式光电开关探测器，它具有简单、可靠的工作性能，只要调节探头上的一个旋钮就可以控制探头的灵敏度。该探头输出端只有三根线（电源线、地线、信号线），只要将信号线接在单片机的I/O口，然后不停地对该I/O口进行扫描检测，当其为高电平时则检测到白纸，当为低电平时则检测到黑线。此种探头还能有效地防止普通光源（如日光灯等）的干扰。其缺点是淮南师范学院2010届本科毕业论文5它对路径的检测是离散值不能连续检测到黑线的位置，而且集成式红外探头体积比较大，占用了小车有限的空间。因考虑到检测路线的及时性及小车的体积，所以在选择探头时选择了方案一。红外探头的安装：在小车具体的循迹行走过程中，为了能精确测定黑线位置并确定小车行走的方向，需要同时在底盘装设3个红外探测头，提高其循迹的可靠性。小车行走时，始终保持黑线在1传感器之下，当小车偏离黑线时，单片机就会按照预先编定的程序发送指令给小车的控制系统，控制系统再对小车路径予以纠正。若小车回到了轨道上，即中间的探测器都只检测到黑线，则小车会继续行走；若小车由于惯性过大依旧偏离轨道，即三个探头都检测到白线，使小车保持原来的运动轨迹，使之回到正确轨道上去。表1光敏传感器状态真值表传感器编号小车状态CBA正常行驶010轻微右偏011严重右偏001轻微左偏110严重左偏100脱离引导线000图3循迹传感器安装示意图ABC主动轮主动轮万向轮运料小车自动控制系统的设计6光电传感器使用过程中要注意几个问题。首先，要提高器件的一致性：一是发射／接收器件两者的波长特