基于单片机的物料搬运小车系统设计

李永浩 郑丹丹 曹如月 张盈 杨莹莹

摘 要： 按照第五届河北省大学生工程训练综合能力竞赛的要求，设计并制作了一辆基于STM32单片机的物料搬运小车。通过对小车硬件电路、控制模块、循迹算法等方面的设计分析，得出最优的制作方案，完成规定任务，为工业自动化的发展提供了帮助。

关键词： 物料搬运;单片机;循迹

由于自动化生产水平的不断提高，物料搬运设备的需求持续上升。全国大学生工程训练综合能力竞赛中，要求设计的执行物料搬运工作的小车正是出于发展设备制造业的需要所命题的。物料搬运设备的持续发展，将会持续影响到生产效率的提高。

1 设计思路

根据任务对小车进行系统化的设计的原则，确定实现小车各部分功能的具体方案，再对物料搬运小车的控制系统具体算法部分设计分析，制作一辆基于单片机的物料搬运小车。根据要求，物料搬运小车的设计边长为A4的正方体大小;运用单片机进行算法的处理与分析;搬运过程中精度要求较高，若因地图不平整或舵机动作不当容易导致误差，所以底板采用弧形设计，出现偏差可自行调整;采用可进行全方位移动，在不平表面性能更好的麦克纳姆轮;使用激光传感器进行定位;摄像头获取物料信息、六自由度机械臂进行物料抓取。

2 硬件电路设计

（1）主控板。采用STM32F407VET6作为控制芯片，包括FNSC液晶接口电路、电机驱动电路、按键系统电路。（2）传感器。此物料搬运小车使用4个未来机器人漫反射反射激光传感器用来检测路面信息，判断线停。采用GY-31 TCS230 TCS3200 颜色传感器识别物料颜色。（3）机械臂模块。机械臂由9个EMAX ES08A模拟舵机、1个MG99620KG舵机、机械爪、支架组成。

3 算法设计

3.1 循迹部分

循迹模块进行计算时，其返回值极为重要，基于更高的精度要求，循迹模块利用八个灯。循迹传感器是一种模拟量，接在主板上A0-A8模拟量接口中的四个。多次验证发现，处于黑线和白色区域时返回值分别低于1100和大于3000。

3.1.1 读取灰度传感器数值

取val4、val5为前进方向的4、5号信号灯的读数，val6、val7为后退方向4、5信号灯的读数。依据其原理，返回到小车的光线强度决定了光敏探头确定颜色深浅的标准，因此其准确度和检测距离、光线强弱密切相关，物料搬运小车执行任务时的晃动和四周环境可能会影响其测量精度。所以算法中采用读取四次的方式减少偶然误差，对此算法的调用，其误差是小车左右轮速变化的要点所在。

3.1.2 前进后退算法

电机驱动板上控制的每个车轮，分别对应MAp1、MAp2、MApwm。p1和p2代表传输的数字量，低高为后退信号、高低为行进信号，pwm的值控制速度的大小。

3.1.3 循迹算法

void yanxianzou（int a，int b）{

flag = 1;

getABCD（）;

calc_pid（）;

if（val4<1000 && val5<900）//在黑线

goStraight（a，b）;

else if（val4<1000 && val5>900）//偏右

goStraight（a+PID_value，b-PID_value）;

else if（val4 >1000&& val5<900）//偏左

goStraight（a-PID_value，b +PID_value）;

else

goStraight（a，b）;

}

void yanxiantui（int a，int b）{

flag = 0;

getABCD（）;

calc_pid（）;

if（val6<800 && val7<1400）//在黑线

retreat（a，b）;

else if（val6>800 && val7<1400）//偏左

retreat（a-PID_value，b+PID_value）;

else if（val6 <800 && val7>1400）//偏右

retreat（a+PID_value，b-PID_value）;

else

retreat（a，b）;

}

由局部程序代碼可以看出，将PID独立化，简化了算法，完成了用一个函数调用不同的Kl、Km、Kn的命令。走直线时，Km对小车动作幅度影响很小，当走圆弧时，灯在白色区域的停留使Km的作用逐渐体现出来，更加稳定。

3.2 编码器

在物料搬运小车进行转弯时，左右轮轮速的不同会影响转弯半径，利用编码器的转化功能来控制角位移，实现左右轮转速相同。

4 结语

物料搬运小车在完成比赛任务的同时，对于制造业的发展也有着借鉴意义。随着信息化和工业化发展的向前迈进，物料搬运设备未来的发展将会有更多的机遇和空间。

参考文献：

[1]王鑫，赵文鑫，卫国唯，李建航.基于STM32单片机的物料搬运小车[J].科技风，2019（19）：9.

[2]廖杰，谭宁宁，刘成鑫，巫帮锡，彭永康.基于STM32的智能物料搬运小车系统设计[J].科技与创新，2019（08）：146-147.