基于AT89S52單片機的智能搬運小車設計

彭川桃+杜忠杰

摘要：在工業(yè)生產(chǎn)中，物料搬運費用常常占總生產(chǎn)成本的30%?95%，而智能搬運小車是一種模擬人的搬運動作，按照預定程序，實現(xiàn)物料搬運的機電一體化裝置，代替了人的勞作，大大節(jié)省了生產(chǎn)成本。文章基于AT89S52單片機對智能搬運小車設計做簡要分析，對控制器、電機、傳感器等模塊進行選擇和優(yōu)化。最后通過多次測試得出，這款智能搬運小車能高效地完成搬運任務，可以在工業(yè)自動化中發(fā)揮出重要作用。

關鍵詞：單片機；智能搬運；工業(yè)自動化

各行各業(yè)都有搬運過程，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，人工搬運不能完全滿足市場的需求。而智能搬運小車可安裝在不同的場所以完成不同的任務，因此被廣泛應用于機床上下料、沖壓機自動化生產(chǎn)線、自動裝配流水線、碼垛搬運、集裝箱等的自動搬運。使用智能搬運小車會使得過程質量控制更有效，同時減少了檢測環(huán)節(jié)，在很大程度上控制了企業(yè)的人工成本和質量成本。

1 硬件搭配優(yōu)化設計

本智能搬運小車是一個基于單片機的輪式移動小車，利用各種傳感器在規(guī)定時間內完成智能掃描5個目標物料并準確地將其搬運至指定位置的任務，具體如圖1所示，智能小車要能從綠色①出發(fā)區(qū)出發(fā)，到達場地中心后，自動掃描物料的方向并確定物料的距離，到達可夾取的范圍后，識別區(qū)域并將其快速準確地搬運至指定區(qū)域，共需搬運5塊區(qū)域分別為黃②、白③、紅④、黑⑤、藍⑥的不同的物料，最后回到出發(fā)區(qū)并停止動作。故本小車系統(tǒng)主要由控制器、直流電機、傳感器等模塊構成。為更好地實現(xiàn)各模塊的交互，經(jīng)反復論證，最后確定方案如下：控制模塊、電機驅動、線巡跡、物距檢測、顏色識別分別采用AT89S52單片機、L298N集成芯片、DM-S53401灰度傳感器（QTI），HC-HR04超聲波模塊、DM-S28302B顏色傳感器。

2 系統(tǒng)理論分析

2.1 控制模塊

控制模塊采用AT89S52單片機，其性能如表1所示。

AT89S52單片機屬于Atmd公司推出的AT89系列芯片，有以下特點：可重復擦寫1000次以上、低功耗、8位Flash，在系統(tǒng)開發(fā)過程中可以十分容易地進行程序的修改，大大縮短了系統(tǒng)開發(fā)周期。

2.2 電機驅動模塊

直流電機非常容易實現(xiàn)調速，此次采用集成芯片L298N構成驅動電路。L298N是一款輸入電壓可達50V，輸出電流可達3A，使用PWM控制技術的大電流電機驅動芯片，是雙H橋高電壓大功率集成電路，可用來驅動直流電動機和步進電動機等電感性負載。小車的電機驅動電流一般都在1?2A之間，輸入電壓在9?15V之間，使用單片機控制L298N芯片使之工作在占空比可調的開關狀態(tài)，可以精確地調節(jié)電機轉速。系統(tǒng)采用脈寬調速技術，通過改變脈沖寬度t來改變電樞回路的平均電壓，從而得到不同大小的電壓值，實現(xiàn)直流電機的平滑調速。

2.3 線巡跡模塊

QTI傳感器是一種紅外傳感器，它利用光電接收管探測其所面對的表面反射光強度。當QTI傳感器面對一個暗的表面時，反射光強度低；面對一個亮的表面時，反射光的強度高。反射光強度的不同對應輸出不同的電平信號。在本文中所使用到的DM-S53401探測到黑線時輸出高電平（5V），探測到白線時輸出低電平（0V）。此次使用6個QTI組成巡線組，根據(jù)6個QTI反饋的電平信號換算成一個6位二進制數(shù)，針對每種數(shù)值對電機發(fā)出不同指令，從而實現(xiàn)精準的巡線功能。

2.4 物距檢測模塊

要實現(xiàn)物料的精確擺放，智能小車必須要安裝一個“看得見”的眼睛，使用HC-HR04超聲波模塊，可實現(xiàn)2?400cm的非接觸式距離檢測功能，精度S高達2mm，模塊主要有聲波發(fā)生器和接收器以及控制電路組成，它非常方便與單片機連接，只需要TRIG和ECHO兩個10口即可控，給TRIG輸入至少10|is的高電平，模塊自動發(fā)射8個40kHz的方波，自動檢測是否有回波。回波通過ECHO返回，ECHO輸出高電平，高電平持續(xù)時間就是超聲波從發(fā)射到返回經(jīng)過的時間。

在AT89S52中，回波信號己被其內部程序處理轉變成一個PWM信號從ECHO端輸出，在使用時，只需要讀出PWM信號高電平的時間7，通過發(fā)射信號到收到回波的時間間隔計算等到距離。如果沒有檢測到回波，回響信號腳就會輸出140|is的電平，以防止發(fā)射信號對回響信號的干擾。

2.5 顏色識別模塊

當小車執(zhí)行送物料子任務之前，必須先確認被送物料的屬性（顏色），才能發(fā)出下一步該往哪個方向走的指令。這個模塊選用DM-S28302B顏色傳感器，它由TCS230感應芯片、白光LED、瞄準鏡和連接線等組成，采用RGB三色原理識別顏色。識別顏色之前，需要進行白平衡調整，使得顏色傳感器對白色中RGB三原色輸出相等。識別顏色時，由TCS230感應芯片對所測顏色的R，G和B參數(shù)進行調整。參數(shù)調整方法：依次選通3種顏色的濾波器，然后對TCS230的輸出脈沖依次進行計數(shù)。當計數(shù)到255時停止計數(shù)，分別計算每個通道所用的時間，這些時間對應于實際測試時TCS230每種濾波器所采用的時間基準，在這段時間內所測得的脈沖數(shù)就是所對應的R，G和B的值，根據(jù)R，G和B的值判斷物料顏色。

3 程序設計

程序是智能搬運小車的核心，程序設計分4個子任務：一個是巡線，這個任務貫穿整個搬運過程；第2個任務是測S巨，這關系到取物與送物的精準度；第3個任務是識別顏色，只有獲取了物料的顏色屬性后才能判斷其運送方向；第4個任務，也是最基礎的任務，電機驅動，它控制著小車的前進后退逆轉順轉及其速度。各個子任務相互貫穿相互交互，如圖2所示。為保證小車能夠完成智能搬運，先對每個子任務編寫一個或多個子程序，簡化任務，最后根據(jù)系統(tǒng)整體控制方案開發(fā)完整的主程序。編好主程序之后進行大量的實驗，調試程序并簡化程序，最終增進搬運小車的準確性與穩(wěn)定性，實驗及調試過程在此不再贅述。

4 測試與分析

小車調試完畢后，進行了10次搬運測試，結果如表2所示。

測試結果表明，平均得分率高達99%，平均耗時73.5s，低于規(guī)定時間的1/2，測試結果優(yōu)秀。

5 結語

為節(jié)約在工業(yè)生產(chǎn)中的物料搬運費，減少人工的勞作，本文基于AT89S52單片機設計了智能搬運小車，該搬運小車具有體積小、空間占用少、結構簡單、擴展性好、易于移植等特點。測試表明其能夠應用于工業(yè)自動化中的自動化物流系統(tǒng)。

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