自动分拣小车总体方案

分拣小车的任务是：小车来到上货点并放上货物后，经过扫码识别和服务器判断，给小车发送指令信息，接收到指令后小车将货物分拣到指定位置。

小车总体功能结构

本设计需要的模块有：循迹避障小车模块、定位卸货模块、无线交互模块。

主控单片机：采用STC的STC89C52RC，为8051内核，内含Flash E2PROM存储器，为CMOS产品，芯片内部存续存储空间的大型为8KB。单片机内部RAM随机读写存储器大小为512B。选用的工业级双列直插式封装型号的单片机。

除此之外，STC89C52单片机具有以下标准功能：4个外部中断，看门狗定时器，MAX810复位电路，16 位定时器3个，全双工串行口，7向量4级中断结构一个。可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲时CPU 停止工作，可允许串口、RAM、中断、定时器/计数器继续工作。掉电保护模式下，冻结振荡器，RAM里的内容被保存，一切工作停止，直到下一个硬件复位或中断。

51系列单片机在市面上综合的成本较低，相比于STM32，其开发的简单应用更为低价。对比其他八位单片机，51系列有乘法和除法指令，RAM区间有一个双重功能的地址区间，从硬件到软件有一套完整的位处理器。因此在市场中还是占有很大份额。

寻迹避障硬件设计

实现小车基础的循迹避障功能，需要用到驱动系统提供小车行驶的动力，和循迹避障系统判断小车执行的行驶指令。

驱动系统硬件设计：根据本设计的思路，由单片机根据所检测的数据进行判断，然后执行对应的功能，实现对自动分拣小车的智能控制。在此过程中，动力系统为小车提供动力，以实现在各功能中的小车的移动。

动力系统的选用:

方案一：V-M直流调速系统。V-M双闭环直流调速系统是工业生产中使用最多的传动装置之一，常用于机床、冶金等许多机械领域。具有调速范围广、稳定性好、响应快、抗干扰能力强等优点，在直流调速系统中最为成熟。其缺点是只能单向导通，运行要求条件严格，且对其他电子设备可能会造成干扰。

方案二：PWM直流调速系统。PWM直流电机普遍用于单片机或其他微处理器当中，是利用数字输出对模拟电路进行控制的技术，节省能源，成本较低。实现了用数字方式控制模拟信号，降低了成本和功耗。

分析V-M系统和PWM系统，对比两者，PWM具有以下优点：

（1） PWM系统功耗较低，在同样的电流下，发热损耗比V-M系统低。

（2） PWM系统开关频率高，快速响应性能好，调速范围高[12]。

（3） PWM系统控制较为方便，设计简单，适用于单片机小板的搭配使用。

（4） 可设计成可逆型PWM系统，实现电机反转，小车倒退。

综上所述，采用可逆PWM直流调速系统。安装简单，控制方便。并使用市面上常见的L298N驱动芯片驱动电机工作。

直流电机没有正负极，但为了方便设计，我们模拟电机某同一端为正，另一端为负极。该设计将芯片的5、6、7、10、11、12接脚接到51单片机的P1.1、P1.0、P1.2、P1.4、P1.3、P1.5接口。芯片的2和3输出口接到左电机正负极，13、14接到右电机正负极。电机需要4节1.5V5号电池带动，外接一个电池盒用来放置电池。

当单片机P1.0信号为“1”，左电机输出电路开关打开，P1.1输出信号“1”，P1.2信号“0”，OUT1口输出一个VCC高电平，OUT2输出低电平0V，左电机正转。同样，P1.3信号“1”，P1.4信号“0”，P1.5信号“1”，则右电机反转。这样便实现了小车前进。在程序中，可以这样定义：

1）执行左电机正转：{ P1_0 = 1 ; P1_1 = 1 ; P1_2 = 0 }

2）执行左电机停转：{ P1_0 = 0 ; P1_1 = 0 ; P1_2 = 0 }

3）执行左电机反转：{ P1_0 = 1 ; P1_1 = 0 ; P1_2 = 1 }

4）执行右电机正转：{ P1_3 = 1 ; P1_4 = 1 ; P1_5 = 0 }

5）执行右电机停转：{ P1_3 = 0 ; P1_4 = 0 ; P1_5 = 0 }

6）执行右电机反转：{ P1_3 = 1 ; P1_4 = 0 ; P1_5 = 1 }

循迹系统的硬件设计：本设计中采用的红外循迹模块为TCRT5000红外反射传感器。该传感器的工作原理是依靠红外发射二极管不断发射红外线，经物体反射回接收管。接收到的信号经过比较器电路处理，输出数字信号。使用者可通过旋钮调节检测的灵敏程度，在该设计中，用于检测是否行驶在浅色地面布置好的黑线上，进而通过程序判断调整电子旋转来保持循迹行驶。

上图为TCRT5000红外反射传感器原理图，图中红外对接管用于发射和接收红外信号。平时电源接通时，电源指示灯有电流通过，指示灯亮。图中10K的可调电阻就是芯片上的可调旋钮，用于改变阻值而调整感应的灵敏度。LM3939是一个比较器，当正端电压大于负端，输出高电平，开关指示灯不亮。当正端电压小于负端电压，输出低电平0，开关指示灯形电流流通，灯亮。在实际中，当红外线被黑线吸收，接口管未接收到足够红外线，接收管未接通，则比较器正端电压一定大于负端电压，输出高电平。当传感器在白色地面上，红外接收管接收到红外线，接收器形成通路，比较器正端电压为0。而负端连接滑动变阻器，其电压一定大于0，所以比较器输出0，开关指示灯亮。根据其检测到黑线输出1，未检测到黑线输出0的特点，左循迹传感器输出连接单片机P3.6接口，右循迹传感器输出连接P3.7接口，在代码中可这样设计：

1）判断两边未检测到黑线：{P3_6 == 0 ; P3_7 == 0 } 执行 前行

2）判断左边检测到黑线：{P3_6 == 1 ; P3_7 == 0 } 执行 左转

3）判断右边检测到黑线：{P3_6 == 0 ; P3_7 == 1 } 执行 右转

4）判断两边都检测到黑线：{P3_6 == 1 ; P3_7 == 1 } 执行 停车

避障系统和循迹系统所采用的模块原理一样，也是采用同样的红外发射和红外接收的方法工作。当发射管发射出的红外线遇到障碍物，反射回来的红外线被接收管接通。比较器输出低电平0；当未遇到障碍物，接收管未接通，比较器输出高电平1。该模块检测距离约2~30cm，检测角度35度，可通过调节旋钮滑动变阻器来调整检测的距离。

本设计采用红外发射式传感器仅用于检测障碍物，市面上虽有更好的超声波传感器等模块，但由于小车模拟环境是在仓库等工作环境，甚至在无人的仓库中工作，所以用红外检测障碍物就已经足够了。另外，使用自动避障行驶容易造成仓库工作中小车群组的意外失误，可能一个小车避障成功，其他的就得重新规划路线，增大了管理系统的负担。所以为了方便方便总控系统的线路计算，本设计检测到障碍物后只执行停车指令，用红外检测模块就已足够。

本设计中左避障传感器输出接P3.4，右避障输出端接P3.5，在程序中可以这样设置：

（1）判断左方遇到障碍：{ P3_4 == 0 ; P3_5 == 1 } 执行 停车

（2）判断右方遇到障碍：{ P3_4 == 1 ; P3_5 == 0 } 执行 停车

（3）判断两方都遇到障碍：{ P3_4 == 0 ; P3_5 == 0 } 执行 停车

定位卸货硬件设计

定位卸货系统由定位系统和舵机卸货系统构成，定位系统用来判断小车是否行驶到指定的卸货点，舵机卸货系统则是用于操作货物卸下。

定位系统的硬件设计：定位系统采用光敏电阻传感器和LED发光二极管搭配使用组成定位点的识别系统，设计中使用4个LED发光二极管和一个光敏电阻传感器，实际使用方法如图4-1所示，在路线中设置四个点，各点适当位置放置一个LED发光二极管，小车侧边安装一个光敏电阻传感器。四个定位点位置模拟仓库中的上货点、A区、B区、C区。当小车到达第一个点，光敏电阻传感器感应到光线达到标准，输出低电平。然后判断wifi信号是否存入变量中，如果wifi变量为0，则小车停车。等上货后，wifi变量不等于0，光敏信号为0，则小车循迹前进。当光敏电阻传感器感应不到标准强度光线后，输出信号“1”，此时对比变量，给另一个变量值加一。如此循环，直到小车到达wifi信息所对应的定位点后，停车卸货。

卸货系统的硬件设计：

采用SG90 9g型号的舵机，用于执行卸货动作。当卸货条件达成时，舵机子程序驱动舵机旋转90度，将放置在称重模块上的货物推下。动作完成后，卸货功能完成，舵机复位，并将变量归零，程序又开始循环变量判断，小车继续循迹绕回初始点停车。下图小车第二层的舵机安装平面图，将wifi模块放到第二层避免其他干扰。

驱动舵机转动需要通过信号线给舵机一个周期性的直流偏置电压，舵机会根据输入的电压和基准电压进行比较，得到电压差输出，根据电压差正负确定旋转方向。另外，根据输入方波的周期来判断旋转的角度，该参数t使用定时器0来计数，该单片机晶振计时为每次0.1ms，计数的次数决定参数t的周期。

让设计中舵机旋转90度，需要输入一个周期为1.5ms的方波，待转动完成后，再输入一个为0.5ms的方波，电机开始逆转复位。

无线传输与称重系统硬件设计

无线传输系统意为通过无线连接，客户机与服务机进行信息交换，并对传输的数据进行处理。本系统分为WIFI无线模块、红外遥控模块、称重模块。

WIFI传输功能的设计：采用ESP8266WIFI模块。该设计使用android手机app扫描货物上的条形码或者二维码，识别出数字后，根据选择的区间范围发送给esp8266模块数据，单片机获取传来的wifi数据，并称重上传数据，然后判断在哪个LED定位点停车卸货。此系统需要用到ESP8266模块、手机APP、打印好的条形码/二维码来构成WIFI无线传输系统。

红外遥控功能的设计：意为人工处理临时问题时的手动控制方式，在单片机初始化后，或者中断期间通过按钮切换自动和手动模式，设计采用的是IR1838型号的红外接收管。红外遥控通过遥控器发射的红外信号，让小车实现遥控停车、直行、转弯、倒退四个简单动作，使用通用的21键红外遥控器来进行遥控操作。

称重传感器功能的设计：称重传感器选择的是桥式压力应变传感器和型号为hx711的24位A/D转换器芯片。hx711模块专用于高精度电子秤，其集成了所需的外围电路，抗干扰能力强，能直接连接单片机使用。当单片机判断获得的wifi数据符合后，执行称重功能，获得24位AD信号后，通过公式计算重量。再将条码数据和计算结果发送到手机端，手机程序根据获得的数据在列表框中加入数值显示。随后小车开始行驶，开始下一流程。下图为称重模块的功能结构图：

程序设计与调试

主函数的设计：

void main()   //主程序入口

{

  bit ExeFlag=0;  //定义可执行位变量

  EX0=0;   //同意开启外部中断1

  IT0=1;   //设定外部中断1为低边缘触发类型

EA=1;

 TMOD=0X01;

TH0= 0XFc;//1ms定时

TL0= 0X18;

TR0= 1;

ET0= 1;

Init_Tim1();  //串口初始化子程序

#if(0)  //里面数值填0代表是手机与Wifi模块直连模式，里面数值改为1代表是手机与家庭路由器连接

SendString("AT+CWMODE_DEF=1rn");  //进入模式1 Station

HAL_Delay(100);  //延时100ms

SendString("AT+CWJAP_DEF="SCY","bilibili"rn");  //连接家庭路由器

HAL_Delay(3000);

#else

    SendString("AT+CWMODE_DEF=2rn");//进入模式2 SoftAP

#endif

HAL_Delay(100);//延时100ms

SendString("ATE0rn");//关闭回显

HAL_Delay(100);

SendString("AT+CIPMUX=1rn");//wifi模块多连接模式

HAL_Delay(100);

SendString("AT+CIPSERVER=1,333rn");//建立TCP服务器

while(1)   //程序主循环

{

if(P3_3 == 0)

{

delay_nms(10);

if(P3_3 == 0)

{temp++ ; while(!P3_3); }  //检测到按钮按下

BUZZ=0;   //蜂鸣器发出“滴”声响。

delay(50);

BUZZ=1;  //响50ms后关闭蜂鸣器

}

if(temp > 2)  //如果按下超过2次，即第三次还原成1

{temp = 1; }

switch(temp)

{

case 1:  Car_Avoidance();EX0 = 0;break;  //执行自动模式子程序

case 2: BUZZ = 1; EX0 = 1;break; //打开中断，解码红外遥控指令

}}}