物品分拣搬送装置 附有程序.docx

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物品分拣搬送装置附有程序

TI杯大学生电子设计竞赛

物品分拣搬送装置

物品分拣搬送装置

摘要：

本作品选用MC9S12XS128单片机作为系统控制核心，TT电机作为动力部件支撑运行机构。

利用多个红外测距传感器（利用红外线的接收时间与传播速度进行距离测算）确定场地中道具的位置，依靠舵机构成的夹子来夹取木块，再通过颜色传感器来判断道具的颜色，从而确定道具放置的区域。

经过单片机对I/O的循环扫描测得相应的传感器返回值，利用单片机内置的模数转换模块对返回值进行数据处理继而反馈给控制单元，经过基于微积分微调预测算法程序调节电机的转速及转动方向，使之快速到达道具的位置，进而采用smith预测算法调控舵机，使得夹子精确的夹取道具，使得小车达到能够快速将比赛道具移至指定区域的任务要求。

该程序采用双算法修正，使整个装置更精确，稳定。

关键词：

MC9S12XS128单片机TT电机编码器颜色传感器红外测距

Abstract:

thisworkchoosesMC9S12XS128microcontrollerasthecontrolcoresystem,TTmotoraspowercomponentssupportoperation.Usingmultipleinfrareddistancesensor（usingtheinfraredreceivingtimecalculatesdistanceandvelocity）determinethelocationofthepropsinthefield,torelyonsteeringgearofcliptoclipblock,andthenthroughthecolorsensortodeterminethecoloroftheprops,propstodetermineplacementarea.ThroughsinglechipmicrocomputerofI/Ocyclescanreturnvaluesmeasuredcorrespondingsensor,microcontrollerbuilt-inadcmoduleforthereturnvaluefordataprocessingandthenfeedbacktothecontrolunit,aprogrambasedoncalculusfine-tuningpredictionalgorithmtoadjustmotorrotationspeedanddirection,makeitfasttothepositionoftheprops,tocontrolsteeringgearwithSmithpredictionalgorithms,makesthecliptopreciseclipprop,makethecarreachedthegamepropscanquicklybemovedtothemissionrequirementsofthedesignatedarea.TheprogramUSESthedualalgorithmcorrection,makethewholedevicemorepreciseandstable.

Keywords:

MC9S12XS128microcontrollerTTmotorencodercolorinfrareddistancesensor

1系统方案1

2.3.3传感器............................................................................................................2

2.3.4稳压模块........................................................................................................2

2.3.5控制核心的选择............................................................................................2

3.1.2控制核心模块................................................................................................33.1.3颜色传感器模块.........................................................................................................4

4.2测试结果及分析...............................................................................................5

4.3测试结果完整性说明.......................................................................................6

5设计创新点.................................................................................................................6

5.1仿生设计...........................................................................................................6

5.2制作与总结.......................................................................................................6

6参考文献6

物品分拣搬送装置

1系统方案

1.1方案

【方案】：

TT电机为装置的移动提供动力。

采用舵机作为夹子控制部件，舵机的力矩比较大，转动角度精确，控制简单，方便直接对夹子的力度进行有效控制。

颜色传感器、红外测距作为小物块的检测装置，保证指令有序的进行，有利于任务的完成。

1.2方案描述

图1系统总体框图

按照功能划分，系统主要包括电源、控制核心、传感器检测、驱动部件、舵机等模块。

简易物品分拣装置总体框图如图1所示。

本设计中，单片机作为控制核心，接收各传感器采集的信号并处理，同时根据设计要求通过编程对驱动电机等部件进行控制。

在信息采集模块中，编码器采集红外的数据，当红外检测到的距离不同时根据要实现的功能通过单片机控制电机速度做出相应改变。

舵机是控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。

它内部有一个基准电路，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。

最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。

当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动，夹子也就夹住小木块了。

最后通过颜色传感器检测小物块颜色，把木块运送到相应区域。

2物体距离检测及颜色区分与器件

2.1测量区分原理

2.1.1物体检测原理

红外测距传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，利用的红外测距传感

1

器LDM301发射出一束红外光，在照射到物体后形成一个反射的过程，反射到传感器后接收信号，然后利用CCD图像处理接收发射与接收的时间差的数据。

经信号处理器处理后计算出物体的距离。

2.1.2颜色区分原理

物体的颜色区分需要用到颜色传感器，当小车靠近物体时，单片机会控制颜色传感器通过颜色传感器的基本工作原理，控制单片机来向传感器发送指令。

物体表面颜色反射的光会被颜色传感器接受，颜色传感器在接受反射光传感过程中会对物体表面反射的光线进行颜色分析，颜色传感器接受不同的光线会产生不同的信号传给单片机，因此系统能够准确区分物体的颜色并实行相应的抓取。

2.2控制原理

2.2.1电机的控制原理

电机是该系统唯一的动力部件，对其准确的控制非常重要。

电机速度通过编码器确定其具体值。

工作时，单片机输出10KHZPWM波通过驱动电路对电机进行准确控制。

2.2.2舵机的控制原理

舵机是该系统其中之二的动力部件，负责物体的抓取以及放置，对其需要精

准的控制。

本系统对舵机的控制是当小车到达物体时，单片机会控制舵机对物体实施抓取，当小车到达放置区时，舵机对物体实施放置。

工作时，单片机输出PWM波通过驱动电路对舵机进行准确控制，实行相应的抓取。

2.3器件

2.3.1驱动电机

【方案】：

采用直流电机。

直流电机运转平稳、转速高、精度较低，调速精度比较高，调速性能优良，调速方便、调速方式多，力矩大，工作效率高、应用范围广、体积比较小且关停时耗能也小。

2.3.2驱动舵机

采用MG995舵机。

该种舵机有两大优点：

防抖和响应速度快。

2.3.3传感器

1.颜色传感器；

2红外测距传感器。

2.3.4稳压模块

该系统使用DC稳压，该稳压模块具有稳压稳定，持续输出平稳电流的优点。

2.3.5控制核心的选择

控制核心根据输入的控制信号和采集的数据，协调系统各模块有序工作。

【方案一】：

采用AT89S52作为主控制芯片。

AT89S52是一种低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，具有4K在系统可编程FLASH存储器128RAM，32个外部双向I/O口线，但系统可编程内存较低，性价比不高。

【方案二】：

STM32单片机基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3内核,内置32K到128K的闪存，I/O口资源比较丰富，并且其复用功能比较多，大大增加了配置的灵活性，而且它具有很大的集成度。

2

【方案三】：

采用MC9S12XS128是16位单片机，由16位中央处理单元（CPU12X）、128KB程序Flash（P-lash）、8KBRAM、8KB数据Flash（D-lash）组成片内存器。

主要功能模块包括：

内部存储器、内部PLL锁相环模块、2个异步串口通讯SCI、1个串行外设接口SPI、MSCAN模块、1个8通道输入/输出比较定时器模块TIM、周期中断定时器模块PIT、16通道A/D转换块ADC、1个8通道脉冲宽度调制模块PWM、输入/输出数字I/O口。

此单片机共有112个端口引脚。

端口引脚大多为复用口，往往具有多重功能，所有端口都具有通用I/O口功能。

考虑到功能要求，传感器需要连接高速的I/O口，快速进行高精度的数据采集，STM32单片机处理数据的主频72MHZ，运行速度快，但是端口模块数量较少，不足以控制较多传感器，而且电压为3.3v，控制时需进行电平转换。

AT89S52处理数据的主频只有1MHZ，不能满足该要求。

MC9S12XS128单片机速度处理比较快，资源丰富，稳定性高，所以选取MC9S12XS128单片机作为控制器。

3电路与程序设计

3.1电路设计

3.1.1电源模块

本系统用到12V和5V两种电压。

所以系统采用12V锂电池直接对减速电机供电，