基于AT89S52单片机控制的运料机器人设计

2018-02-22张阳利

现代食品 2018年23期

◎ 张阳利

（郑州铁路技师学院，河南郑州 450041）

随着电子科技的发展，新的自动机器人产品不断生产，极大地提高了劳动生产效率，减轻了工人的劳动。在食品的工业化规模化生产中，会涉及大量的原材料，如果能实现原材料的自动运料，将大大缩短生产周期，解放更多的劳动力，降低生产成本。基于此目的，设计了一种智能式运料机器人，此机器人运用AT89S52单片机控制。本文将对运料机器人的任务设计、方案设计、模块设计、系统硬件设计以及软件设计5个阶段进行简要的分析介绍[1-2]。

1 设计任务

智能运料机器人是根据光电传感器检测周围环境，通过驱动、传动和导向执行元件配合，从而实现从启动小车→黑白寻迹→进入迷宫和避障→按规定路线行驶→运料→运动翻转作业→卸料的自动化。

2 总体方案设计

图1 总体设计方案功能图

采用AT89S52单片机作为控制单元，AT89S52是一种低功耗、高性能的微控制器，在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，可为众多嵌入式控制应用系统提供灵活、有效的解决方案。可对以下几个系统进行控制：寻迹避障系统、电机驱动、仪表显示、电源控制、速度控制和信号的转换等[3]。总体方案功能如图1所示。总体方案设计如图2所示。

图2 总体方案设计图

3 模块设计

3.1 行走方案确定

小车的行走可以采用履带式小车、轮子式小车或支腿式小车。考虑设计原则和功能，采用轮子式小车为行走方案比较合理。既可以有很好的转向，其结构也相对简单。根据环境特点，需要采用3轮结构，一个万向轮做从动轮，其余两个并排的轮做驱动轮，以实现灵活转向。

3.2 电机的设计

电机可以采用直流电机，也可以采用同步交流电机。根据电源配置，选用普通直流电机较为合适，直流电机能实现直流电能和机械能互相转换，具备良好的调速性能，利于运料机器人的启动和制动[4]。

3.3 电机驱动方案的选择

电机驱动采用桥式电路。单片机很好控制晶体管的截止和导通，以选择接通电机电路，实现电机运转和停止。步进电机控制电路如图3所示。

3.4 供电电源方案的确定

供电电源可以采用两个电源，一路是给电机直接供电，另一路是给控制电路供电。也可以用一个电源，分为两路分别给电机和控制电路供电。为了减轻智能机器人的质量，本设计采用一个电源。

3.5 路面情况检测方案的确定

图3 L298电机控制电路图

路面的检测可以采用两种传感器。一种是声波传感器，采用雷达系统，实现声波信息的形成、传输、接收、变换、处理和应用。另一种是光电传感器，采用发光二极管做光源，光敏二极管接受信号。前一种会影响接受速度，也有自然光的干扰。因此本设计采用光电式传感器，发射和接收红外射线，这种传感器的优势在于反应灵敏且干扰小，电路简单[5]。

3.6 障碍物探测方案的设计

采用红外线发射接收装置。红外线发射装置是一种遥控设备，具有遥控功能，它通过红外线发射管在一定范围内向外发射光线，从而达到控制信号的作用。

3.7 运料作业机构方案的设计

采用偏心轮四杆机构。电机力矩较大，具有低转速、大扭矩、过载能力强、响应快、特性线性度好以及力矩波动小等特点，且易于控制。运料机构如图4和图5所示。

图4 四连杆翻斗机构图

图5 运斗机构在小车上的布置图

4 系统硬件设计

4.1 路面黑线检测的设计与实现

4.1.1 黑白线探测

路面的检测通过光电传感器实现。黑白线传感器的有效检测距离为5～10 cm。具有自然光干扰小，信号处理简单的优点。另外可以增加调节距离的装置，提高测量精度。

4.1.2 黑白线循迹方案

在AT89S52单片机上连接P3.5和P2.0两个端口，并分别连接一个发光二极管。两个发光二极管布置在运料小车的底盘下端，左右各一个，呈一定角度分开。当发光二极管发出红外线后，照射到白线后会被反射回来，被光敏二极管接收到，输出一个低电平信号。同样当红外线照射到黑线后，由于光线被黑线吸收不能返回，接收管不能收到信号，于是输入一个高电平。经过AT89S52单片机的信息处理，使运料小车沿规定路线行驶。