1、 （二 一 七 年 五 月学校代码： 10128学 号： 010202064题 目 ： 分拣机器人单片机控制系统设计学 生 姓 名 ： 学 院 ： 系 别 ： 专 业 ： 班 级 ：指 导 教 师 ：本科毕业设计说明书内蒙古工业大学本科毕业论文摘 要一般的分拣机器人由于其操作方式较复杂，分拣的效率较差，人机交互系统的不太完善，机械性能欠佳等已经很难满足当今社会的生产实践需要。伴随着社会的飞速发展，人们对性能优良智能分拣人的需求也与日俱增。设计一款基于单片机的分拣机器人有很大的实践需要和社会功能。根据控制系统的要求，决定采用美国 INTEL 公司 MCS-51 系列单片机基本产品 89C52，作
2、为分拣机器人的主控制芯片。它具有运行速度快，功耗低，抗干扰能力强等优点，能够完全我的设计要求。本系统包括硬件和软件两个部分。硬件系统主要包括电压转换电路的设计、单片机连接 PC 机串口电路的设计，单片机系统的设计，驱动电路的设计，显示电路的设计等。在电路图板上完成各模块的设计与连接。分析易得，此系统可以完全满足设计需要。通过光耦等器件克服电机驱动部分与单片机部分的相互干扰。关键词：单片机；硬件设计；软件编程；89C52内蒙古工业大学本科毕业论文AbstractThe general sorting robot is more complicated due to its operation，s
3、orting is less efficient，human-computer interaction system is not perfect，poor mechanical performance has been difficult to meet the needs of todays social production practice. Accompanied by the rapid development of society，the demand for smart sorters is also growing。The design of a sorting robot
4、based on a single chip has a great practical need and social function.According to the requirements of the control system，Decided to adopt the United States INTEL MCS-51 series of basic products 89C52，as the main control chip for the sorting robot。It has the advantages of fast running speed, low pow
5、er consumption and strong anti-interference ability，can be completely my design requirements。The system includes both hardware and software。The hardware system mainly includes the design of voltage conversion circuit，design of serial circuit of PC computer connected by single chip microcomputer，desi
6、gn of Single Chip Microcomputer System，design of the drive circuit，display circuit design, etc。In the circuit board to complete the design and connection of the module。Analysis easy to get，This system can fully meet the design needs。Through the optocoupler and other devices to overcome the motor dri
7、ve part and the microcontroller part of the mutual interference。Keywords: Single chip，hardware design，software programming，89C52内蒙古工业大学本科毕业论文I目 录第一章 前言 .11.1 本论文的背景和意义 .11.2 研究现状 .11.3 本论文的主要方法与研究进展 .21.4 本论文的工作原理框图 .21.5 本论文的主要内容 .3第二章 系统方案设计 .42.1 单片机型号的论证与选择 .42.2 数据显示模块的论证与选择 .52.3 驱动器模块的论证与选择 .
8、62.4 电磁阀的论证与选择 .72.5 总体的方案比较与选择 .7第三章 系统硬件电路设计 .83.1 STC89C52RC 单片机模块 .83.1.1 中央处理单元 CPU 的介绍 .83.1.2 STC89C52RC 单片机的特点 .93.2 复位电路模块 .103.3 振荡电路模块 .103.4 LCD12864 液晶显示器模块 .113.5 继电器驱动电路 .113.6 8255 电机驱动 .123.7 外部定时器 .123.8 下载电路 .14第四章 软件系统设计 .154.1 程序流程图 .154.2 块初始化函数 .154.2.1 定时器初始化和 pwm 的模拟 .154.1.
9、2 12864 液晶的初始化 .204.2 按键检测程序 .254.3 电机运行状态控制程序 .274.3.1 电机控制方法简介 .274.3.2 电机速度控制策略 .274.4 机械爪控制程序 .314.5 锁存器 74LS573 控制程序 .32第五章 设计总结及技术展望 .33致 谢 .34参 考 文 献 .35附录 1 系统设计电路总图 .36内蒙古工业大学本科毕业论文1第 1 章 前言1.1 本论文的背景和意义随着人类社会的进步，人类的聪明才智使得工具越来越先进。工具一直是为人类服务而被生产和改进。工具的进步使人类劳动更加方便，能够在更困难的环境中工作。机器人的诞生是通过解放人类的双
10、手和大脑，从社会生产力的枯竭和生产更方便的工具。自恩格尔伯格先生的发明1，机器人已经在过去的 100 年里发生了很大的变化。目前，机器人已广泛应用于人类生产活动的各个领域。在现代工厂中，白天不懂夜的黑，输送搬运物品，危险完成排爆排爆机器人代替人类工作，甚至坐在宇宙飞船探索宇宙去探索人类未知的世界。与人类相比，机器人有许多优点。机器人不怕累，怕脏，不怕苦。在危险的情况下，机器人的功能突出。而且，机器人工作的准确性比较高，人们不会受到同样情绪波动的影响。机器人的运动方式主要是机械运动，电机驱动2是其主要控制方式。单片机控制电机驱动3在当今社会很普遍。随着单片机理论和硬件系统的更替，单片机控制技术在
11、国民经济发展中起着重要的作用。自 20 世纪 70 年代单片机诞生以来，先后经历了单片机、单片机和 SOC 三个发展阶段。目前，供应链管理正朝着高性能、多品种方向发展。未来的趋势将是 CMOS，低功耗，小体积，高性能，低价格，外围电路。目前，如功率表、示波器等智能仪表，在工业控制、家用电器、各种大型电器等的模块化应用中，都有单片机的使用。单片机渗透到我们工作的各个领域。1.2 研究现状国外分拣系统起步较早，目前普遍采用自动化的分拣系统，在我国分拣系统起步较晚，目前主要采用人工分拣方式。智能分拣系统发展依赖于机械设计内蒙古工业大学本科毕业论文2水平的不断提高，在自动分拣系统中4，机械手爪设计科学
12、性影响系统的正常工作。自动分拣系统是二战后，发达国家为了提升运送物品效率提出的一种作业方式，广泛应用于大型商场、快递行业。分拣系统适用于大批量的分拣货物，降低了出错概率。此系统的出现极大的减少了人员使用。随着技术的发展，国外的分拣系统呈现出自动化程度越来越高5，精确度越来越高。但是系统一次性投入较大，资本回收较慢，系统结构复杂，同时对商品外观要求较高，因此国内发展较慢。而机械机械手在国外发展也较快，由于国外起步较早，其机床加工水平相对较高，机械手爪的生产主要使用自动化机械生产，产品工艺水平高，同时机械手臂自由度公式的出现，加快了工业水平的提升，通过理论计算可以得到机械手臂的尺寸以及需要多少相关
13、的模块678。在进行设计之前可以进行仿真分析每个部件受到的力度，优化各部分尺寸的设计。在国内分拣系统起步较晚，目前还是主要采用人工分拣方式。我国的分拣系统集约化程度低。企业投资一般集中在货架以及传送带等设备上面。物流体系整体运转较低，技术设备相对落后。随着技术的发展，我国自动分拣系统也在不断发展，我国可以自主生产多种自动分拣机，如托盘式翻板式与交叉带式分拣机等，主要应用于配送中心、邮政、机场等部门。但精度还需要提高。同时我国的机械加工水平不断提升，我国机械加工起步较晚，但随着车床等技术的引进，发展较快。1.3 本论文的主要方法与研究进展本 毕 业 设 计 论 文 以 生 产 实 践 中 所 出
14、 现 的 问 题 为 出 发 点 ， 为了 满 足 市 场化 需 要 ， 提 升 我 国 的 自 动 化 水 平 ， 本 文 拟 研 究 一 款 基 于 单 片 机 的 分 拣 机 器 人 。该 系 统 采 用 传 送 结 构 实 现 ， 传 送 带 负 责 将 物 件 传 送 等 待 分 拣 ， 红 外 检 测 到 物品 到 达 时 ， 单 片 机 控 制 伺 服 电 机 抓 取 物 品 ， 放 置 在 对 应 的 物 品 箱 。内蒙古工业大学本科毕业论文31.4 本论文的工作原理框图本 设 计 采 用 以 单 片 机 为 控 制 核 心 ， 实 现 抓 物 的 基 本 动 作 功 能 ，
15、基 于 红外 技 术 的 收 发 系 统 实 时 检 测 机 器 抓 物 的 设 计 与 实 现 的 工 作 原 理 框 图 如 图1.4 所 示 。图 1.4 工作原理框图1.5 本论文的主要内容研究伺服电机与步进电机区别，伺服电机的工作原理，单片机控制器使用驱动器高精度控制伺服电机的运动9，可以实现水平、垂直两个轴的定位控制和机械手爪的开合控制；（1）手爪运行速度可达 3m/s，定位精度不小于 0.5mm；（2）要具有较好的人机接口和安全性措施；（3）控制系统具有与其它计算机通讯功能。内蒙古工业大学本科毕业论文4第二章 系统方案设计2.1 单片机型号的论证与选择方 案 一 ： 51 单 片
16、 机优点：STC89C52RC 是 51 单片机，它的成本低性能高而且支持 ISP 和 IAP技术。用户可以在系统板上烧录自己的程序，修改调试非常简单方便。IAP 技术能将内部部分 EEPROM 可以用专用 Flash 代替使用，保证停电后能保证数据不丢失，擦写次数可以达到 100000 多次，不用外接 EEPROM。而且与传统 8051 单片机程序兼容，硬件无需改动。缺点：作为 8 位的单片机，运行速度相对来说比较慢。而且普通的非加强版 51 单片机并不带内部时钟电路，如果不外接振荡电路就无法工作，5v 的工作环境相对来说比较耗电。方 案 二 ： MSP430 单 片 机优 点 ： 使 用
17、MSP430 系 列 单 片 机 。 MSP430 系 列 单 片 机 是 美 国 德 州 仪 器公 司 生 产 的 一 种 16 位 微 处 理 器 ， 使 用 的 是 精 简 指 令 集 。 MSP430 单 片 机 最显 著 特 点 就 是 超 低 功 耗 。 微 小 的 电 量 就 能 使 单 片 机 正 常 工 作 ， 中 央 处 理 器可 的 工 作 电 压 在 1.8V3.3V 之 间 10。缺点：超低功耗使得单片机只需要 3.3v 就能工作，但是这也使得很多需要5v 才能工作的硬件电路需要外加驱动才能工作，使得硬件设计复杂化。而且430 单片机不带片内 EEPROM，这就使得
18、430 单片机不能执行一些特殊指令。430单片机作为 16 位单片机虽然运行速度快了一些但是价格却高了很多，在产品设计中无疑会增加产品的成本。内蒙古工业大学本科毕业论文5方 案 三 ： STM32 单 片 机优点：STM32F1 系列属于 32 位 ARM 微控制器中的中低端产品，由意法半导体公司生产， Cortex-M3 内核。可由 Flash 的大小可分为小容量、中容量、大容量。芯片集成定时器，CAN，ADC，SPI，I2C，USB，UART，等多种功能11。所以 STM32 单片机基本具备 51 和 430 单片机的所有优点，而且随着 STM32 的普及，部分 STM32 的低端产品甚至
19、比 430 还要便宜。缺点：基于 ARM 内核的 STM32 单片机的价格也是单片机中价格最高的，而且程序编写复杂，初学者不容易看懂。综上所述，STM32 单片机虽然最强，但是由于其出色的性能与高昂的价格，使得它并不适用于小型的电子产品的应用，430 单片机可以说除了低功耗基本没有任何优点。至于 51 单片机，作为年代最早的单片机，它使用的方式简单，基本能满足多种小型电子产品设计的需求，而且它使用和学习都十分简单，比较能被更多人接收。通 过 对 比 使 用 STC89C52RC 单 片 机 。2.2 数据显示模块的论证与选择方 案 一 ： 数 码 管优点：数码管是由半导体发光器件组成，主要是由
20、八个发光二极管工作。而且数码管拥有两种驱动方式，静态显示驱动和动态驱动，但是无论是动态驱动还是静态驱动，数码管都有高亮度和低功耗的优点。而且数码管的使用相当的简单且价格低廉。缺点：不同位数的数码管的管脚数不同，位数越多管脚越多。所有的数码管都需要外接驱动电路，焊接比较复杂而且能显示的内容相当有限。方 案 二 ： LCD1602内蒙古工业大学本科毕业论文6优点： LCD1602 为 平 面 薄 型 显 示 设 备 ,LCD1602 能 够 显 示 字 母 、 符 号 和数 字 ， 能 够 显 示 16*2 个 字 符 ， 能 够 显 示 较 多 信 息 。 而 且 LCD1602 价 格 低 ，
21、体 积 小 ， 功 耗 低 等 优 点 ， 被 广 泛 的 用 作 各 种 仪 器 的 显 示 器 。缺 点 ： 1602 除 了 程 序 上 要 求 复 杂 一 点 基 本 没 有 缺 点 。方 案 三 ： LCD12864优 点 ： 12864 液 晶 显 示 模 块 分 为 有 字 库 和 无 字 库 两 种 ， 都 是 由 128*64个 点 阵 构 成 ， 该 模 块 可 以 较 多 的 各 种 文 字 数 字 字 符 图 案 等 信 息 。 而 且 使 用 较为 方 便 。缺 点 ： 该 模 块 的 价 格 较 高 ， 有 字 库 的 12864 在 编 程 是 容 易 出 现 字
22、 符 乱码 的 现 象 ， 处 理 起 来 较 为 麻 烦 。综 上 所 述 ， LCD1602 具 有 很 大 的 优 势 ， 但 是 考 虑 到 实 际 的 需 求 ， 虽 然 数码 管 的 使 用 硬 件 设 计 比 较 复 杂 ， 但 是 很 多 情 况 下 可 以 直 接 使 用 驱 动 芯 片 来 代替 驱 动 电 路 ， 而 且 在 大 部 分 电 子 产 品 中 液 晶 LCD1602 的 使 用 并 不 是 很 普 及 ，比 如 它 显 示 的 字 符 特 别 小 ， 且 不 可 改 变 ， 大 部 分 电 子 产 品 中 使 用 的 都 是 笔段 式 液 晶 ， 其 原 理
23、 和 用 法 和 数 码 管 一 样 ， 但 是 成 本 却 比 数 码 管 要 高 得 多 ， 但是 这 两 种 模 块 都 只 能 十 分 局 限 的 显 示 数 字 字 母 等 信 息 ， 无 法 符 合 本 次 设 计 的要 求 ， 以 本 次 设 计 选 择 了 无 字 库 的 LCD12864。2.3 驱动器模块的论证与选择方案一：继电器优点：继电器是在电气输出电路中使用的电气控制装置，使用较为广泛，用法简单。而且根据不同的要求还分为不同的继电器，普通的继电器价格也十分的低。缺点：继电器的使用需要外接驱动电路，而且不同的功率的继电器所需要的驱动的电压也不同，所以使用继电器时要考虑到电源的要求。方案二：可控硅优点：使用简单，无论多大功率的可控硅都只需要高低电平就能驱动，不需要考虑控制端电源的要求。
