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    基于51單片機的智能分揀搬送系統(tǒng)設(shè)計

    2021-09-09 07:09:12
    江蘇通信 2021年4期
    關(guān)鍵詞:橘黃色正方體黑色

    張 林

    商洛學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院

    0 引言

    人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)正在以“工業(yè)4.0”之名,掀起對傳統(tǒng)工業(yè)的智能革命,隨著“中國制造2025”的到來,智能化電子控制在智能物流生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛,可實現(xiàn)搬運、分揀、裝配等工作流程。以往的搬運分揀系統(tǒng)比較機械化,生產(chǎn)效率較低,而智能分揀搬送系統(tǒng)是建立在電、光、聲等各類傳感器和微處理控制器等先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上的。本系統(tǒng)以51單片機為最小控制器系統(tǒng),實現(xiàn)了智能化搬運系統(tǒng)和智能識別系統(tǒng)的緊密結(jié)合,其高效、易操作、成本低,具有較強的實用性。

    1 系統(tǒng)方案設(shè)計與選擇

    1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

    本系統(tǒng)主要設(shè)計了一個智能物體分揀搬送裝置,包括四大模塊:最小控制系統(tǒng)、智能搬運系統(tǒng)、智能識別系統(tǒng)和供電系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計框架如圖1所示。

    圖1 系統(tǒng)設(shè)計框架

    最小控制系統(tǒng)采用STC51單片機為核心控制器。供電系統(tǒng)采用可調(diào)式的直流穩(wěn)壓電源。智能識別系統(tǒng)包括信息采集模塊和信息顯示模塊,根據(jù)檢測需求選擇TCS320傳感器采集信息。當(dāng)物體趨近目的區(qū)域時,傳感器首先對選定物體顏色進(jìn)行濾波,得到相應(yīng)的光強值,再分析光強值,并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的頻率信號傳送給單片機,單片機通過循環(huán)檢測的方式檢測出RGB飽和度,從而確認(rèn)物塊的顏色,達(dá)到分揀效果。

    智能搬運系統(tǒng)采用4組直流減速電機驅(qū)動推桿擺臂作為智能搬運系統(tǒng),整個系統(tǒng)采用橫/縱向驅(qū)動方式,運用電機驅(qū)動傳送帶的運行,從而帶動推桿擺臂。其中一組電機實現(xiàn)橫向驅(qū)動,將分散的木塊橫向推到一定區(qū)域,實現(xiàn)集中操作;另一組電機實現(xiàn)縱向驅(qū)動,推動規(guī)定物體到達(dá)規(guī)定區(qū)域,完成物品的分揀搬送。

    1.2 方案選擇論證

    (1)最小控制系統(tǒng)方案選擇。采用STC89C51單片機,具有功耗低、指令周期短、運算速度快等優(yōu)勢;具有調(diào)速處理功能,易于編程與調(diào)試;具有較多的I/O口,具有一套完整的按位操作系統(tǒng),被廣泛用于各種控制電路。該單片機運用廣泛,開發(fā)簡單,較為成熟,成本較低。

    (2)分揀搬送方案選擇。采用機械手對物品進(jìn)行逐個分揀后搬送,雖精準(zhǔn)度高,但考慮到所要搬運的物品太過分散,機械手先是分揀后再搬送,浪費時間。采用交叉帶式的小車分揀系統(tǒng),可設(shè)置格口數(shù)多、布局靈活,但對物體體積的局限較大??紤]到時間與效率,最終采用推桿擺臂對物品統(tǒng)一集中操作,再根據(jù)采集信息進(jìn)行分揀操作,最終提高工作效率。

    (3)信息采集模塊的選擇。根據(jù)檢測需求選取相應(yīng)的傳感器采集信息,本系統(tǒng)檢測的物體可按顏色識別,在選取方案時,采用STM32f407攝像頭進(jìn)行顏色識別,其識別率高,但成本也較高,不便安裝;采用紅外對管實現(xiàn)顏色識別,只能識別深色;利用顏色傳感器TCS320芯片實現(xiàn)顏色識別,具有高分辨率、可編程調(diào)整、溫度系數(shù)穩(wěn)定、可直接與微處理器通信等優(yōu)點。

    2 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

    2.1 硬件電路設(shè)計

    本供電系統(tǒng)需要設(shè)計一個輸出為5~12 V的可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源,作為整個系統(tǒng)的電源供給。原理是將220 V交流電通過變壓器、整流電路、濾波電路轉(zhuǎn)化為波形較為平滑的直流電,再利用7812、7912、7805三端集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓至+5~+12 V。以51最小系統(tǒng)為核心,控制顏色識別、電機驅(qū)動,通過對信號的處理來實現(xiàn)物體的感應(yīng)。顏色識別傳感器通過光源傳出信號,識別到顏色后發(fā)出指令,如圖2所示。

    圖2 傳感器原理

    2.2 軟件程序設(shè)計

    根據(jù)系統(tǒng)需求,需要完成的總體軟件設(shè)計包括6個部分:單片機系統(tǒng)初始化、姿態(tài)信息采集、卡爾曼濾波、速度檢測、直流電機PID控制算法、RGB飽和度檢測。軟件設(shè)計整體流程如圖3所示。

    圖3 軟件設(shè)計流程

    3 測試方案與測試結(jié)果

    3.1 測試條件

    (1)測試場地:一個以木條(截面不大于3 cm×4 cm,木制本色)圍成的100 cm×150 cm的A區(qū)域內(nèi),顏色為白色,B區(qū)域為黑色,C區(qū)域為紅色。(2)測試儀器:水平尺、直尺、秒表。(3)誤差分析:燈光強弱的影響、場地的摩擦力影響。

    3.2 測試方法

    本系統(tǒng)通過按鍵來選擇工作模式,智能識別模塊將物品的顏色信息發(fā)送至主控單片機,經(jīng)過分析運算過后,驅(qū)動電機運動并完成相應(yīng)的搬送任務(wù)。觀察物品搬送的位置與時間,分析實踐結(jié)果。

    3.3 測試數(shù)據(jù)

    (1)從A區(qū)域搬送12只黑色正方體(位置隨機)到B區(qū)域,如圖4所示,搬送情況以及所用時間情況如表1所示。

    表1 搬送黑色正方體所花的時間與搬送情況

    圖4 從A區(qū)域搬送12只黑色正方體

    (2)從A區(qū)域搬送12只黑色正方體(位置隨機)到C區(qū)域的搬送情況以及所用時間情況如表2所示。

    表2 搬送黑色正方體所花的時間與搬送情況

    (3)從A區(qū)域12只橘黃色與黑色正方體(位置隨機)中搬送橘黃色正方體(位置隨機)到達(dá)C區(qū)域所花的時間以及搬送情況如表3所示。

    表3 搬送橘黃色正方體所花的時間及搬送情況

    (4)從A區(qū)域12只橘黃色與黑色乒乓球(位置隨機)中搬送橘黃色乒乓球(位置隨機)到達(dá)C區(qū)域所花的時間以及搬送情況如表4所示。

    表4 搬送橘黃色乒乓球所花的時間及搬送情況

    3.4 測試數(shù)據(jù)結(jié)果

    本系統(tǒng)可以在規(guī)定區(qū)域內(nèi)利用較短時間完成物品的識別、分揀和搬運。實踐驗證了智能分揀搬送系統(tǒng)的效率性、精準(zhǔn)性、實用性等優(yōu)點,應(yīng)用到現(xiàn)代電子物流領(lǐng)域,可大大節(jié)省人力資源,并實時監(jiān)控分揀區(qū)情況,后續(xù)完善現(xiàn)代化信息系統(tǒng),實現(xiàn)大數(shù)據(jù)管理。

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