智能搬运小车

长春理工大学光电信息学院毕业设计

测路面黑线轨迹模块的大致原理是：光线照射到路面并反射，由于黑线和白线的反射系数不同，可根据接收到的反射光的强弱判断是否小车沿黑线行驶。

方案一：

采用可见光发光二级管与光敏二极管 组成的发射-接收电路。这种方案的缺点在于其它环境光源会对光敏二极管的工作产生很大干扰，一旦外界条件改变，很可能造成误判和漏判；虽然采用超高亮发光管可以降低一定的干扰，但这又将增加额外的功率损耗。

方案二：

采用反射式红外发射-接收器。采用红外管代替普通可见光管，可以明显降低环境光源干扰，提高了控制精度。

基于此，拟选用方案二。 2.1.3 探测路面障碍模块

方案一：

采用红外线光电开关。由于红外线指向性强，在介质中传播远，因而红外线经常应用于距离的测量、障碍物的探测等。红外线探测障碍物并绕过障碍物模块是利用红外线发射器向某一方向红外线，红外线在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，红外线接收器收到反射光经相应的电路进行处理，以测定障碍物的方位及距离，并向小车发送控制信号以使小车绕过障碍物。

方案二：

采用超声波穿感器，超声波传感器探测障碍是利用超声波发送模块向某一方向发射超声波，超声波在空气中传播，在一定距离内遇到测定的障碍物就会立即返回超声波接受模块接受，再由相关电路处理，以测定障碍物的相关方位、距离。超声波传感器成本相对较高，

以上两种方案都是比较可行的。尤其是红外线光电开关，应用相当广泛、但是为了本题目更加的实用和有效，超声波传感器成本相对

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较高，电路较为复杂，采用红外线光电开关，更加合适与有效，更加有利于发现前方障碍物。所以本设计选择方案一。 2.1.4 电机模块

方案一：

采用步进电机，步进电机的一个显著特点就是具有快速启停能力，如果负荷不超过步进电机所能提供的动态转矩值，就能够立即使步进电机启动或反转。另一个显著特点是转换精度高，正转反转控制灵活。

方案二：

采用普通直流电机。直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调整范围广；过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速启动、制动和反转；能满足各种不同的特殊运行要求。

由于普通直流电机更易于购买，并且电路相对简单，因此采用直流电机作为动力源。 2.1.5 电机驱动模块

方案一：

使用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。线性型驱动的电路结构和原理简单，成本低，加速能力强，但功率损耗大，特别是低速大转距运行时，通过电阻R的电流大，发热厉害，损耗大，对于小车的长时间运行不利。

方案二：

采用继电器对电动机的开或关进行控制,通过开关的切换对小车的速度进行调整.此方案的优点是电路较为简单,缺点是继电器的响应时间慢,易损坏,寿命较短,可靠性不高。

方案三：

采用由集成了双极性管组成的H桥电路芯片L298N。用单片机控制晶体管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H桥电路保

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证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也很高，是一种广泛采用的调速技术。

综合三种方案的优缺点，决定选择方案三。 2.1.6 车架选择

方案一：

使用四轮驱动的电动小车，这样速度方面非常流畅，但灵活性不足，特别是遇到障碍物时，转弯非常不流畅，程序方面还要相对复杂，对于小车的躲避障碍物非常不利。

方案二：

使用两轮驱动的电动小车，虽然速度上无法与四轮的小车相提并论，不过灵活性上却是大大的提升，对于躲避障碍物方面有重要的改变，非常适合题目要求。

综合两种方案的优缺点，决定选择方案二。 2.1.7搬运模块 方案一：

适用舵机控制的机械臂，虽然比较容易抓取，但很难定位物体的

位置。可上述选择的单片机在功能上显然不太够用，而且价格比较昂贵 方案二：

选择自制一个叉形结构，用带齿轮的电机拨动带有齿条的叉形结

构来实现上下运动，从而实现简单的棒状结构的搬运。 2.1.8仓库识别模块

这模块经过反复思考，只想出了一种方案，在仓库出放置涂有红

和绿的金属片，在行进的过程中先经过金属探测器探测确定位置立即停下来，然后通过颜色识别传感器TCS230来识别金属片颜色，取定货物需由红色金属片出转移至绿色金属片处。从而有单片机操纵搬运模块实现运货与卸货。

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2.1.9 最终方案选择

经过反复论证，最终确定了如下方案：

采用STC12C5A60S2单片机作为控制器；用反射式红外发射-接收器进行黑线检测；采用红外线光电开关来探测路面障碍物；L298N作为直流电机的驱动芯片；电机模块使用普通直流电机；使用两轮的车架增加灵活性；仓库识别模块采用金属探测器和颜色传感器；搬运模块采用由直流电机带动的叉形结构。

2.2 方案可行性分析

红外寻线模块，是通过红外二极管发出红外线，根据红外线在白色和黑色物质上反射回来的强弱，来判断黑线的位置。本项目采用的是一体红外接收装置，当遇到黑色物时送给单片机一个高电平触发，进而通过事先编辑好的程序控制电机的运转。通过分析，此模块可以准确的进行循线功能。

光电开关避障模块，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。

本次设计采用红外线漫反射型光电开关，它是通过发光器发出一个光信号，当障碍物挡住光时，把部分光线反射回来，收光器就接受到光信号，输出一个开关信号。输出的开关信号由控制器处理，判断前方是否由障碍，从而确定是否要转向。通过分析，此模块可以用来探测障碍。

动力方面，此次设计使用了L298N电机驱动模块，L298N是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含两个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电

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