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文檔簡介
湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計
目錄
1產(chǎn)品功能分析...........................................................................................................1
2設(shè)計方案遴選.........................................................................................................1
2.1開發(fā)板、芯片模塊的選擇...........................................................................1
2.2紅外傳感器的選擇.......................................................................................2
2.3系統(tǒng)框圖設(shè)計...............................................................................................2
3產(chǎn)品硬件設(shè)計...........................................................................................................3
3.1Arduinouno開發(fā)板介紹..........................................................................3
3.2按鍵模塊設(shè)計...............................................................................................4
3.3紅外傳感器設(shè)計...........................................................................................5
4產(chǎn)品軟件設(shè)計...........................................................................................................7
4.1主程序流程圖...............................................................................................7
4.2產(chǎn)品程序清單...............................................................................................9
5產(chǎn)品調(diào)試及使用說明...............................................................................................9
5.1產(chǎn)品調(diào)試.......................................................................................................9
5.2產(chǎn)品使用說明.............................................................................................11
6產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)標準.................................................................................................12
參考資料.....................................................................................................................13
附錄1元器件清單............................................................................................14
附錄2電路原理圖............................................................................................15
附錄3PCB設(shè)計圖.............................................................................................16
附錄4產(chǎn)品實物圖............................................................................................17
附錄5產(chǎn)品裝配圖............................................................................................17
附錄6程序代碼................................................................................................18
湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計
基于Arduino的智能黑白棋子分揀機器人
的設(shè)計與制作
1產(chǎn)品功能分析
因為現(xiàn)在越來越多的人開始玩黑白五子棋但有些人就比較懶,不想自己分
揀棋子,就用智能機器人來分揀棋子。黑白棋子智能機器人的設(shè)計分為棋子筒、
固定支架和分揀結(jié)構(gòu)幾個基本組成部分。通過利用先進的紅外傳感器,我們可
以準確地識別出棋子的黑白顏色,并利用舵機驅(qū)動推桿將其精確地拋向指定的
位置,而且,考慮到重力的影響以及管道的特殊尺寸,我們成功地解決了這一
技術(shù)挑戰(zhàn),讓棋子一個接一個地掉落。如果發(fā)現(xiàn)沒有任何棋子,只剩下一個黑
色的,那么擋板就會朝著相反的方向移動;反之,如果發(fā)現(xiàn)存在任何白色的棋
子,那么擋板就會朝著相反的方向移動,以此來完成對黑白棋子的識別。
2設(shè)計方案遴選
2.1開發(fā)板、芯片模塊的選擇
方案一:采用Arduinouno技術(shù)的解決方案,它具有多種多樣的傳感器,
可以實時監(jiān)測周圍的環(huán)境,并且還具備調(diào)節(jié)燈光、電機等設(shè)備的功能,從而對
周圍的空氣狀況產(chǎn)生實時的監(jiān)測。此外,該技術(shù)還支持將Arduino的編程代碼
轉(zhuǎn)換為二進制格式,并將其存儲在微控制器中。利用Arduino技術(shù),我們能夠
使用特定的編程語言和相應(yīng)的開發(fā)環(huán)境,創(chuàng)建一個專門針對Arduino的項目。
這個項目不僅僅局限于Arduino,還能夠與一些PC端的應(yīng)用程序相互交互,
從而達到更好的效果。
方案二:STC89C52芯片被認為是一種極其優(yōu)秀的CMOS8位微控制器,
它不僅節(jié)省了大量的電源,而且還配備了8K的可編程flash存儲器,它的結(jié)構(gòu)
簡潔,操作簡便,而且8位CPU的加持,更加強了它的穩(wěn)定性,從而給許多
嵌入式控制應(yīng)用帶來了極大的便利。
結(jié)合實際情況,本方案選擇方案一。
1
湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計
2.2紅外傳感器的選擇
方案一:采用主動式紅外傳感器技術(shù),將兩個相互對稱的傳感器結(jié)合,形
成一個完整的對射系統(tǒng),其中包括四種主要的傳感器:單光束、雙光束、三光
束、四光束。根據(jù)傳感器的布局,這些傳感器的布局形態(tài)有對稱的、有背對的、
有側(cè)面的等。當一個設(shè)備的反射性較強時,它可以通過接收反射鏡或其他物體
所產(chǎn)生的紅外線,并將其轉(zhuǎn)換成可用的電子信息。然而,如果這種設(shè)備的反射
性較弱,可能無法將這種電子信息傳遞給其他設(shè)備,從而影響其正常工作。
方案二:被動紅外傳感器僅檢測紅外輻射,而不會從LED發(fā)出輻射。無源
紅外傳感器由兩條熱釋電材料構(gòu)成,其中一條用于傳輸紅外信號,另一條用于
接收其他波長的光,并通過菲涅耳透鏡將多個角度的光聚集到一個點上,最后,
外殼單元用于保護傳感器免受外界環(huán)境變量(如濕度)的影響。
結(jié)合實際情況,本方案選擇方案一。
2.3系統(tǒng)框圖設(shè)計
產(chǎn)品設(shè)計框圖如下:
電源電路
A/D轉(zhuǎn)換
紅外傳感器
舵機1
Arduino單片
機處理單元
按鍵設(shè)置
舵機2
RGB顏色表示
WS2812模塊
黑白棋子
圖1系統(tǒng)框圖
3產(chǎn)品硬件設(shè)計
3.1Arduinouno開發(fā)板介紹
3.1.1概述
2
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Arduino是一個基于易用硬件和軟件的原型平臺。它由可編程的電路板
(稱為微控制器)和稱為ArduinoIDE(集成開發(fā)環(huán)境)的現(xiàn)成軟件組成,用
于將計算機代碼寫入并上傳到物理板。
3.1.2特點
Arduino板卡具有強大的處理能力,它可以從多種傳感器中獲得模擬和數(shù)
據(jù),然后將這些信息轉(zhuǎn)化成各種形式的輸出,比如喚醒電機、/啟動LED燈、
與云端相聯(lián)系。此外,您還可以使用ArduinoIDE(簡稱上傳軟件),對板塊的
微控制進行調(diào)整,從而實現(xiàn)多種功能。Arduino擁有一系列獨特的優(yōu)勢,它們
無須任何特殊的硬件就能夠輕松地在USB上安裝和運行,而且它們的Arduino
IDE也采用了C++的簡單版,這大大降低了軟件開發(fā)者的復(fù)雜度,也大大提高
了研發(fā)工作效率。Arduino為微控制器帶來一種全新的設(shè)計,它以一種簡單、
高效的方式實現(xiàn),極大改善了其AP的性能。
3.1.3Arduinouno實物照片
圖2Arduinouno實物照片
3.2按鍵模塊設(shè)計
3.2.1按鍵輸入原理
每個鍵盤上的按鍵都有一個開關(guān)電路,它可以控制按鍵的開啟和關(guān)閉,而
這些開關(guān)電路可以通過接口電路與單片機進行連接,從而實現(xiàn)對鍵盤的控制。
3
湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計
單片機可以通過查詢和中斷來ACK是否存在輸入,并確定哪些鍵需要按下,
然后將這些信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的功能程序,最終將程序恢復(fù)到最初的狀態(tài)。
3.2.2按鍵模塊原理圖
圖3按鍵模塊原理圖
3.2.3按鍵實物圖
圖4按鍵實物圖
3.3紅外傳感器設(shè)計
3.3.1概述
通過使用紅外線傳感器,我們能夠?qū)Υ罅康男畔⑦M行快速、準確的分析,
并且這種傳感器具備良好的精確性和操作性,能夠幫助我們調(diào)節(jié)和操縱設(shè)備。
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3.3.2紅外傳感器模塊原理圖
圖5紅外傳感器模塊原理圖
3.3.3紅外傳感器實物圖
圖6紅外傳感器實物圖
3.4舵機設(shè)計
3.4.1闡述及其工作原理
“舵機伺服電機”一般指的是一種具備輸入和輸出功能的微型設(shè)備。在接
收或反饋控制信息后,這些設(shè)備能夠?qū)⑵湔{(diào)節(jié)至所需的位置。如果沒有外部干
擾,這些設(shè)備將能夠維護其原始的姿態(tài)和方向。當外部環(huán)境的改動時,舵機的
輸入和輸出軸的位置都將隨之改動。在航空、交通運輸、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)、軍
隊、教學(xué)、文娛、安全、環(huán)保、安全等多個方面都有廣泛的使用。
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3.4.2舵機原理圖
圖7舵機原理圖
3.4.3舵機實物照片
圖8舵機實物照片
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4產(chǎn)品軟件設(shè)計
4.1主程序流程圖
圖9主程序流程圖
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4.2產(chǎn)品程序清單
圖10產(chǎn)品程序清單
5產(chǎn)品調(diào)試及使用說明
5.1產(chǎn)品調(diào)試
第一步如下圖:接通電源
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圖11產(chǎn)品調(diào)試圖(1)
第二步如下圖:按下按鍵,電源帶動左舵機把棋子推向右側(cè),然后紅外傳感器
通過檢測顏色帶動右舵機把黑白棋推向不同的一側(cè)
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圖12產(chǎn)品調(diào)試圖(12)
5.2產(chǎn)品使用說明
(1)在使用杜邦線之前,應(yīng)該確保它已經(jīng)被正確地連接,并且已經(jīng)被接通電
源。然后,通過紅外傳感器來識別棋子的顏色,并且執(zhí)行相應(yīng)的程序來對黑白
棋子進行分類。按下按鍵,通過ad轉(zhuǎn)換把信號傳遞給單片機,當檢測到黑白
棋時,傳感器控制舵機做出指令,從而實現(xiàn)分揀。
(2)不使用產(chǎn)品時收好產(chǎn)品,輕拿輕放,確保產(chǎn)品不要損壞。
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6產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)標準
[1]J-STD-001E電氣與電子組件的焊接要求
[2]IPC-A-610D(中文版),IPC-A-610E電子組件的可接受性要求
[3]IPC-7711/21電子組件和電路板的返工&返修
[4]GB/T11457-2006信息技術(shù)軟件工程術(shù)語;
[5]GB/T8566-2007信息技術(shù)軟件生存周期過程標準;
[6]GB/T8567-2006計算機軟件文檔編制規(guī)范
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湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計
參考資料
[1]王魯云.模擬電路原理設(shè)計及應(yīng)用.北京:清華大學(xué)出版社,2017
[2]張金.Arduino程序設(shè)計與實踐.北京:電子工業(yè)出版社,2018
[3]周元哲.軟件測試.北京:清華大學(xué)出版社,2013.[4]李朝青單片機原理及應(yīng)用.北京:北京航空航天
大學(xué)出版社.2013.
[5]鄭人杰.計算機軟件測試技術(shù).北京:清華大學(xué)出版社,1992.
[6]李秀忠.單片機原理及應(yīng)用.華南理工大學(xué)出版社.2009.
[6]宋萬年.電子系統(tǒng)設(shè)計.北京:復(fù)旦大學(xué)出版社,2004.9.
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附錄1元器件清單
胡偉平《基于Arduino的智能黑白棋子分揀機器人的設(shè)計與制
作》元器件清單
序數(shù)
名稱代號型號規(guī)格合計
號量
1Arduino板子Arduino1
2數(shù)據(jù)線1
3Arduino擴展板Arduinouno1
4按鍵K1KEY11
5尋跡模塊紅外傳感器1
6舵機SG902
7杜邦線20cm母對母15
8整體結(jié)構(gòu)件1
9塑料管1
10M3*10銅柱6
11M3*20銅柱1
12M3*6螺絲29
13M3*10螺絲4
14黑棋15
15白棋15
16膠水5021
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附錄2電路原理圖
圖2
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附錄3PCB設(shè)計圖
圖3
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附錄4產(chǎn)品實物圖
圖4
附錄5產(chǎn)品裝配圖
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圖5
附錄6程序代碼
#include<Servo.h>
#defineSERVO1_INIT_ANGLE90//舵機1初始角度
#defineSERVO2_INIT_ANGLE0//舵機2初始角度
#defineSERVO1_MIN_ANGLE30//舵機1最小角度
#defineSERVO2_MAX_ANGLE130//舵機2最大角度
#defineSERVO2_MIN_ANGLE30//舵機2最小角度
#defineSERVO_SPEED4//舵機速度
Servoservo1;
Servoservo2;
intbutton_pin=2;//按鍵
intir_pin=4;//紅外傳感器
intbutton_flag;
voidsetup()
{
servo1.attach(8);
servo1.write(SERVO1_INIT_ANGLE);
servo2.attach(9);
servo2.write(SERVO2_INIT_ANGLE);
pinMode(button_pin,INPUT);
pinMode(ir_pin,INPUT);
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(button_pin),key,CHANGE);
Serial.begin(9600);
}
voidloop()
{
if(button_flag==0)
{
servo1.write(SERVO1_INIT_ANGLE);
servo2.write(SERVO2_INIT_ANGLE);
}
else
{
color_check();
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}
}
voidservo1run()
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