电子设计大赛-运水机器人(论文+电路图+程序)

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1、-28-目录1设计任务分析12方案设计与论证12.1三套可行方案选择12.2最佳方案论证22.2.1电机选择22.2.2运水量测量22.2.3自动给水装置与机器人的通讯32.2.4路面黑线检测32.2.5其他方案论证32.3最终系统方案33系统电路分析与软件说明43.1电路分析43.1.1黑线检测电路43.1.2分布导线水量测量法43.1.3机器人与自动装水装置通讯模块53.2软件说明54数据测试65创新总结65.1系统设计创新点65.2心得体会7附页8-28-摘要：本运水机器人从实际应用出发，充分融入机电一体化的思想，使机器人具备自动装水、按照设定路线进行运水、并在目的地准确卸水的基本功能。

2、此外，运水量的测量、工作过程的自动计时、运水温度的测量、工作状态的语音适时播报、相关信息液晶屏显示等附加功能的实现，使本机器人具备良好的人机交互界面。控制系统采用主从机的结构框架进行设计。此外根据水的导电特性，创造性的设计出了一套由导线和比较器构成的液位测量系统。关键词：自动运水；水量测量；语音播报-28-1设计任务分析设计一套运水机器人系统,使此机器人能够将装水区域的水运输到指定区域，并能进行自动卸水。装水区域A与卸水区域C之间由一根宽度不大于20mm的引导黑线相连；引导线所在的区域为运输区B，三个区域由起始边线和返回边线隔离，边线同样为不大于20mm的黑线。如图1所示，运水机器人的运水线路

3、图。图1机器人运水线路该系统包括A区的自动（或手动）给水装置，装置形状大小及摆放方式自定；往返于A、C区之间的机器人（包含运水容器，其总垂直高度不得超过300mm，储水装置容量不超过600ml，口径不大于100mm），机器人任意部分不得超出其边缘50mm；C区存水装置，口径不得大100mm，高度不得低于250mm，固定底板。起初机器人置于黑色启车线的右侧，巡着黑色引导线运行至返回边线右侧，轮子均不得压线。按照单位时间运水量评价机器人性能；此外机器人还需具备同步显示运行时间，显示两次测量所得运水量及总运水量的功能。反复琢磨任务要求，可得出如下结论：（1）机器人能够沿着引导线进行巡迹，并能通过检测

4、起始边线和返回边线进行准确定位；（2）机器人如果采用自动给水方式，A区给水装置应具有电路控制系统，并能和机器人控制系统进行信息交换；（3）自动给水装置的给水方式和机器人的卸水方式，可以有多种方案予以实现，但应是在保证转移方式可靠的前提下，追求转移速度；（4）运水量不应按机器人上容器的每次运水总量进行测量，而应按由机器人装卸到C区容器中的水量进行测量；（5）完成发挥部分需要显示运行时间以及运水量，显示界面应具备显示多个字符的功能；（6）容器尺寸以及机器人相关尺寸有严格要求，均应满足。2方案设计与论证随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术正获得前所未有的发展，而机器人是机电一体化技术的

5、最佳诠释。本运水机器人赛题从实际应用出发，机电一体化思想的充分融入是本赛题的最大特色，而成本低廉、性能可靠、结构合理是进行方案设计的出发点。2.1三套可行方案选择-28-根据系统设计任务所得出的结论，结合机械电子学、电子技术、微控技术等相关的学科知识，以及电子元器件市场器件的销售情况，现对本运水机器人系统涉及的相关项目进行逐项设计，每个设计项目分别给出三套可行方案，并作出最终选择。如表1所示，三套可行顶层方案的设计与选择。设计项目方案一方案二方案三最佳方案电机选择直流减速电机混合式步进电机转向舵机加后轮驱动电机方案一运水量测量称重传感器测水重，从而换算出运水量根据容器尺寸和抽水时间计算运水量根

6、据水的导电特性，利用分布导线测出液位换算出运水量方案三自动给水装置与机器人通讯无线发射接受红外编码解码光电式接近开关方案二路面黑线检测主动式红外探测器直流驱动方式红外探测器脉冲调制方式发光二极管与光敏电阻加AD转换方式方案一自动装水方式直流微型隔膜水泵电磁阀舵机连同水龙头加以改装方案一C区卸水方式着重结构设计，采用倾倒方式微型离心水泵抽水合理设计储水容器，改装水龙头方案二显示方式LED数码管显示LCD1602液晶显示LCD12864液晶显示方案二控制中心一片51单片机，加译码器锁存器扩展IO口两片51单片机，主从机控制结构FPGA方案二表1三套顶层方案的设计与选择2.2最佳方案论证2.2.1电

7、机选择直流电机具有良好的调速特性、较大的启动转矩，以及功率大响应快速等优点，特别是其调速范围广，调速时的能量损耗小，且易于平滑调节。步进电机虽然具有机械振动小、噪声低、易于数字精确控制等一系列的优点，但是其输出力矩随转速升高而下降、在较高转速时会急剧下降，且一般不具有过载能力的特点，使其无法满足本运水机器人对力矩和速度的要求。而采用舵机转向直流电机驱动的方案，无疑曾加了软件控制的复杂程度。直流减速