1.结合课题任务情况,查阅文献资料,撰写1500~2000字左右的文献综述。
进入二十一世纪,随着计算机技术和科学技术的不断进步,机器人技术较以往已经有了突飞猛进的提高,智能循迹小车即带有视觉和触觉的小车就是其中的典型代表。智能循迹小车又被称为Automated Guided Vehicle,简称AGV,是二十世纪五十年代研发出来的新型智能搬运机器人。智能循迹小车是指装备如电磁,光学或其他自动导引装置,可以沿设定的引导路径行驶,安全的运输车。工业应用中采用充电蓄电池为主要的动力来源,可通过电脑程序来控制其选择运动轨迹以及其它动作,也可把电磁轨道黏贴在地板上来确定其行进路线,无人搬运车通过电磁轨道所带来的讯息进行移动与动作,无需驾驶员操作,将货物或物料自动从起始点运送到目的地。
AGV的另一个特点是高度自动化和高智能化,可以根据仓储货位要求、生产工艺流程等改变而灵活改变行驶路径,而且改变运行路径的费用与传统的输送带和传送线相比非常低廉。AGV小车一般配有装卸机构,可与其它物流设备自动接口,实现货物装卸与搬运的全自动化过程。此外,AGV小车依靠蓄电池提供动力,还有清洁生产、运行过程中无噪音、无污染的特点,可用在工作环境清洁的地方。
随着社会的不断发展,科学技术水平的不断提高,人们希望创造出一种来代替人来做一些非常危险,或者要求精度很高等其他事情的工具,于是就诞生了机器人这门学科。世界上诞生第一台机器人诞生于1959年,至今已有50多年的历史,机器人技术也取得了飞速的发展和进步,现已发展成一门包含:机械、电子、计算机、自动控制、信号处理,传感器等多学科为一体的性尖端技术。循迹小车共历了三代技术创新变革:
第一代循迹小车是可编程的示教再现型,不装载任何传感器,只是采用简单的开关控制,通过编程来设置循迹小车的路径与运动参数,在工作过程中,不能根据环境的变化而改变自身的运动轨迹。
支持离线编程的第二代循迹小车具有一定感知和适应环境的能力,这类循迹小车装有简单的传感器,可以感觉到自身的的运动位置,速度等其他物理量,电路是一个闭环反馈的控制系统,能适应一定的外部环境变化。
第三代循迹小车是智能的,目前在研究和发展阶段,以多种外部传感器构成感官系统,通过采集外部的环境信息,精确地描述外部环境的变化。智能循迹小车,能独立完成任务,有其自身的知识基础,多信息处理系统,在结构化或半结构化的工作环境中,根据环境变化作出决策,有一定的适应能力,自我学习能力和自我组织的能力。为了让循迹小车能独立工作,一方面应具有较高的智慧和更广泛的应用,研究各种新机传感器,另一方面,也掌握多个多类传感器信息融合的技术,这样循迹小车可以更准确,更全面的获得所处环境的信息。
2. 选题依据、主要研究内容、研究思路及方案。
⑴选题依据
智能循迹小车在仓储业、制造业、邮局、图书馆、港口码头和机场、烟草、医药、化工、食品、危险场所和特种行业等多个行业都有应用。因为第一代AGV基本上被淘汰了,第三代AGV还在研发完善中,所以本次设计使用的是适用范围最广的第二代AGV,设计第二代AGV有多种方法,可采用EDA技术中的硬件描述语言(VHDL)、可编程逻辑器件CPLD/FPGA来完成设计,也可采用DSP技术、单片机技术或者嵌入式的ARM指令系统来进行设计。然而,目前大多数第二代AGV系统都是采用单片机技术实现,这是由于单片机设计具有灵活性,且功能丰富,单片机开发的系统的主要特点包括体积小、重量轻、功耗低、速度快、成本低、保密性好等等。因此综合分析,本次设计将为基于单片机智能家用清扫车的设计。
⑵主要研究内容
本次设计的智能家用清扫车主要由AT89S52单片机电路、TCRT5000垃圾、墙壁的识别感应模块、L9110驱动模块、红外遥控器解码模块、夜间照明和声控模块、直流电机、小车底板清扫模块、电源模块等组成。
(1)单片机电路:采用AT89S52芯片作为控制单元。AT89S52单片机具有低成本、高性能、抗干扰能力强、超低功耗、低电磁干扰,并且与传统的8051单片机程序兼容,无需改变硬件,支持在系统编程技术。使用ISP可不用编程器直接在PCB板上烧录程序,修改、调速都很方便。
(2)TCRT5000垃圾、墙壁的识别感应模块:小车的前方和底板下都采用脉冲调制反射式红外发射接收器作为避障和循迹传感器,调制信号带有交流分量,可减少外界的大量干扰。信号采集部分就相当于智能小车的眼睛,由它完成垃圾的识别并生产高、低平信号传送到控制单元,然后单片机生成指令来控制小车底板的清扫模块和控制驱动模块来控制两个直流电机的工作状态,来完成垃圾的清理工作或避开墙壁。JY043W型光电管和电压比较器LM393为核心部分,再加上必要的外围电路。
(3)L9110驱动模块:采用L9110作为电机驱动芯片。L9110是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件,将分立电路集成在单片IC之中,使外围器件成本降低,整机可靠性提高。该芯片有两个TTL/CMOS兼容电平的输入,具有良好的抗干扰性;两个输出端能直接驱动电机的正反向运动,它具有较大的电流驱动能力,每通道能通过750~800mA的持续电流,峰值电流能力可达1.5~2.0A;同时它具有较低的输出饱和压降;内置的钳位二极管能释放感性负载的反向冲击电流,使它在驱动继电器、直流电机、步进电机或开关功率管的使用上安全可靠。
(4)红外遥控器解码模块:采用HS50462作为红外遥控的发射电路,以IRM338H作为红外线接收头,通过它接受红外遥控器的发射信号,并把这个信号传送给主芯片,然后通过芯片内的红外遥控解码模块进行发射信号的解密,来实现红外遥控器对智能小车的各项控制。
(5)夜间照明和声控模块:采用光敏电阻识别光线的强弱,来完成小车的自动照明功能;通过话筒及其周边电路,来识别拍手声,控制小车的运行和停止状态。
(6)直流电机:采用双直流电动机。直流电动机的控制方法比异步电动机简单,只需给电机两条控制线加上适当的电压就能使电机旋转,在正常工作电压范围,电压越高直流电机转速越高。直流电动机调速方法分为两种:一种是直接调整电压,另一种通过PWM调速。PWM调速就是使加在直流电机两端的电压波形为矩形波,改变矩形波的占空比就能实现电压的改变,从而实现电机转速的改变。
(7)电源模块:由四个串联1.5V干电池作为电源。通过7805稳压芯片稳压,通过0.1uF和470μF电容进行滤波。
因此本课题研究的主要内容即设计智能家用清扫小车的硬件电路以及软件的编程部分。来完成红外遥控器对小车的运行状态控制,以及以下所有功能:
(1)能定时启动,在行走的过程中清除模拟房间内用纸屑制作的垃圾,完成后回到原位。
(2)具有自适应能力,能自动避开障碍,自动判断已经过区域,既能有效清除垃圾,又能使清除垃圾工作所用时间最短。
(3)垃圾存储箱的垃圾装满后能自动报警。
(4)具有电源欠压提醒功能。
(5)小车的自动照明功能和小车的声控功能。
使小车能自动判别前方的墙壁和垃圾,后采取不同的处理方式,小车遇到垃圾则开启底板下的清理模块,小车遇到墙壁则转弯行驶,最后是以及下车底板垃圾储备箱满装报警功能。
⑶研究思路及方案
根据设计要求,我使用了AT89S52这款芯片,通过其强大的引脚功能及其端口的信号输入电路,控制电路,执行电路等使小车能够自动判别前方的墙壁和垃圾,而后采取不同的处理方式,小车遇到垃圾则开启底板下的清理模块,小车遇到墙壁则转弯行驶。通过控制两个电机的正反转来完成小车的前进,后退,左转,右转,避障绕行等基本动作。在小车前进时如果前方有垃圾或墙壁,由红外发射管发射的红外信号被反射给红外接收管,红外接收管将此信号经过芯片的引脚端口传入芯片,主芯片通过内部的代码进行小车的垃圾清理或绕障处理,通过控制小车底座的垃圾清理模块以及小车的两电机的左右转完成,并且可以通过指示灯显示小车的运行状态。小车启动前,我们可以通过按键事先设置小车的清扫时间,定时清扫房间的垃圾。还有我们可以通过声敏电阻来识别拍手声,从而控制小车的启动和暂停。当光线变暗时,通过小车的光敏电阻来识别,并实现小车的自动照明功能。以上就是我的研究设计思路,同时也是我结合毕业设计的具体任务,通过查阅并理解相关文献资料后对本次毕业设计做出的一个全面具体的规划,为毕业论文的撰写奠定了基础。
必须巩固与单片机相关的理论知识以及查阅相关的资料与文献,需要学习使用proteus和keil软件,将硬件电路与软件编程部分结合起来以达到仿真的效果,通过仿真验证整个设计的正确性,以达到熟练掌握单片机的程度,逐步从简单到复杂,直至有结论为止。
3.工作进度及具体安排
对本次毕业设计进度安排如下:
(1)3月12日—3月18日,查找有关单片机方面的书籍和资料,了解智能循迹避障小车的具体功能,为毕业设计与毕业论文的撰写奠定基础。
(2)3月19日—3月25日,总结整理收集来的相关资料,以便对整个课题有一个系统的了解,并准备与课题有关的外文资料翻译。
(3)3月26日—4月1日,根据课题要求设计出总体方案。
(4)4月2日—4月8日,根据总体方案设计硬件电路部分。
(5)4月9日—4月22日,根据总体方案设计软件编程部分。
(6)4月23日—5月6日,将硬件电路与软件编程部分结合起来进行整体系统调试。
(7)5月7日—5月13日,根据调试成功的结论及搜集的资料撰写毕业设计说明书。
(8)5月14日—5月20日,进行最后的总结工作,并为毕业答辩做准备。
4.参考文献
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