基于AT89C52的智能投遞車設(shè)計(jì)

吳青鴻, 楊瑩, 汪潤(rùn)鴻, 熊幸, 婁銳

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基于AT89C52的智能投遞車設(shè)計(jì)

吳青鴻, 楊瑩, 汪潤(rùn)鴻, 熊幸, 婁銳

(湖南文理學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院, 湖南常德, 415000)

為了解決快遞投送過程中對(duì)人力的過度依賴, 選用AT89C52單片機(jī)作為控制器、紅外管作為對(duì)接識(shí)別傳感器、蝸輪蝸桿自鎖電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)、齒輪與齒條作為主要傳動(dòng)方式, 實(shí)現(xiàn)了對(duì)快遞儲(chǔ)件柜(云柜)的自動(dòng)化裝卸, 減輕了快遞人員的勞動(dòng)強(qiáng)度, 避免了快遞分發(fā)過程中的亂堆亂放行為。

單片機(jī); 紅外線傳感器; 快遞; 智能

中國(guó)快遞規(guī)模居世界第一位[1]?？爝f需求主要集中在網(wǎng)絡(luò)零售和商務(wù)件, 其中網(wǎng)絡(luò)零售件占六到七成, 這對(duì)快遞的投遞提出了更高的要求, 由此產(chǎn)生很多問題: (1) 快遞公司在小區(qū)或者校園外“擺攤”的現(xiàn)象尤為嚴(yán)重, 影響了人們的生活; (2) 快遞的裝卸都是依靠人力, 工作效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大, 節(jié)假日會(huì)出現(xiàn)用工荒。目前, 國(guó)內(nèi)外對(duì)智能運(yùn)載車進(jìn)行了大量的研究, 如張柏等[2]對(duì)智能物料運(yùn)載車的發(fā)展進(jìn)行了研究。美國(guó)Basrrett電子公司在1953年開發(fā)了世界上第一臺(tái)自主導(dǎo)航車, 可以在雜貨倉(cāng)庫(kù)沿著布置的空中導(dǎo)航線運(yùn)輸貨物[3]。

本文針對(duì)上述問題, 提出了一款智能投遞車設(shè)計(jì)。該投遞車主要實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)件柜(云柜)的自動(dòng)化裝卸,不但可以降低快遞人員的勞動(dòng)強(qiáng)度, 而且可以提高投遞的效率。

1 投遞車功能原理

智能投遞車是基于五十鈴單排廂式貨車[4]為原型進(jìn)行的改進(jìn)。為了方便加工和制造, 采用5︰1縮小模型。其主要參數(shù): 儲(chǔ)件柜規(guī)格為400 mm × 200 mm; 底板高度為340 mm; 平臺(tái)尺寸為400 mm × 200 mm; 齒條長(zhǎng)度為500 mm; 電機(jī)轉(zhuǎn)速為11 r/min; 紅外傳感器檢測(cè)范圍為0～100 mm; 平臺(tái)移動(dòng)距離為100 mm。

圖1為智能投遞車三維圖。該智能投遞車由4大部分組成: (1) 升降部分, 通過安裝在車體底板的一對(duì)蝸輪蝸桿減速電機(jī)上的齒輪與齒條嚙合, 使電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為齒條的豎直升降運(yùn)動(dòng)。通過連接板連接齒條和導(dǎo)向桿上的滑塊, 限制了5個(gè)自由度, 保證升降過程的準(zhǔn)確性以及實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)件柜的自動(dòng)裝卸; (2) 平移部分, 由固定在車體底板的2個(gè)蝸輪蝸桿減速電機(jī)(在實(shí)際運(yùn)用中, 可根據(jù)車輛運(yùn)送儲(chǔ)件柜的個(gè)數(shù)適當(dāng)調(diào)整電機(jī)個(gè)數(shù))和升降平臺(tái)上的1個(gè)蝸輪蝸桿減速電機(jī)上的齒輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)安裝在儲(chǔ)件柜底板上的齒條水平運(yùn)動(dòng), 通過控制器分別控制各個(gè)電機(jī)狀態(tài), 完成儲(chǔ)件柜在升降平臺(tái)和車體底板之間的水平移動(dòng); (3) 對(duì)接部分, 由T型槽滑動(dòng)平臺(tái)和T型絲杠貫通式電機(jī)組成的自動(dòng)對(duì)接平臺(tái), 通過2個(gè)紅外傳感器判斷偏移方向和是否對(duì)準(zhǔn), 利用控制貫通式電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)平臺(tái)移動(dòng), 完成平臺(tái)與投遞點(diǎn)鋪設(shè)的軌道對(duì)接; (4) 翻轉(zhuǎn)部分, 利用1對(duì)步進(jìn)電機(jī)為動(dòng)力輸出[5–6], 通過控制器輸出一定數(shù)量的脈沖控制平臺(tái)翻轉(zhuǎn)90°, 完成對(duì)平臺(tái)的收放功能, 保證投遞車在行駛過程中的安全性。

圖1 投遞車三維圖

2 控制模塊

選用AT89C52單片機(jī)作為控制核心[7–8], 其自帶中斷產(chǎn)生控制脈沖, 使用專用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器完成對(duì)電機(jī)的控制, 通過各路傳感器的狀態(tài)自動(dòng)判斷動(dòng)作指令執(zhí)行裝卸步驟, 以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝卸的過程。同時(shí)為保證控制系統(tǒng)的控制方便和穩(wěn)定性, 采用紅外遙控[9]以及物理按鍵雙模式控制, 保證對(duì)小車的準(zhǔn)確控制。裝貨流程如圖2所示。

圖2 裝貨流程圖

如圖3所示, 通過2個(gè)紅外傳感器的狀態(tài)判斷平臺(tái)與導(dǎo)軌的偏差, 等待對(duì)準(zhǔn)指令[10]。當(dāng)對(duì)準(zhǔn)指令發(fā)出, P0.0、P0.2產(chǎn)生相應(yīng)控制脈沖控制直到紅外傳感器判斷為對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)。當(dāng)單片機(jī)接收到回中信號(hào)后, 把方向信號(hào)取反產(chǎn)生控制脈沖, 直到對(duì)中限位器狀態(tài)改變?yōu)橹埂?/p>

圖3 投遞車對(duì)接電路仿真圖

智能投遞車升降平移電路仿真如圖4所示。系統(tǒng)通過各個(gè)限位器的狀態(tài), 自動(dòng)判斷裝卸貨指令應(yīng)該執(zhí)行的動(dòng)作。以裝貨過程為例, 如果所有限位器均斷開, 則執(zhí)行將儲(chǔ)件柜運(yùn)輸?shù)降装宓膭?dòng)作。首先平臺(tái)電機(jī)旋轉(zhuǎn)將儲(chǔ)件柜裝到平臺(tái)上, 通過平臺(tái)上的平臺(tái)限位器判斷儲(chǔ)件柜是否準(zhǔn)確到位, 然后平臺(tái)電機(jī)停止運(yùn)行, 啟動(dòng)升降電機(jī)。通過裝在導(dǎo)桿上的升降上限位器判斷平臺(tái)是否到達(dá)與底板相同的高度, 升降電機(jī)停止, 之后平臺(tái)電機(jī)、底板電機(jī)1、底板電機(jī)2依次啟動(dòng), 當(dāng)?shù)装逑尬黄?閉合, 電機(jī)停止旋轉(zhuǎn), 裝貨過程完成。

投遞車翻轉(zhuǎn)電路仿真如圖5所示。當(dāng)AT89C52單片機(jī)控制器接收到翻轉(zhuǎn)指令, 將發(fā)出一定數(shù)量的脈沖信號(hào), 使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過預(yù)定的角度, 達(dá)到平臺(tái)安全收放的目的。

圖4 投遞車升降平移電路仿真圖

圖5 投遞車翻轉(zhuǎn)電路仿真圖

3 結(jié)論

智能投遞車以AT89C52單片機(jī)為核心控制器,能夠高效準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝卸過程的自動(dòng)化, 以及卸貨過程中平臺(tái)導(dǎo)軌與地面導(dǎo)軌自動(dòng)對(duì)接過程及平臺(tái)的收放。該智能投遞車實(shí)現(xiàn)對(duì)集裝箱式儲(chǔ)件柜的自動(dòng)裝卸, 減輕了投遞員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

[1] 龐彪. 我國(guó)快遞市場(chǎng)規(guī)模躍居世界第一[J]. 中國(guó)物流與采購(gòu), 2015(3): 50–51.

[2] 張柏, 張興國(guó), 郭旭, 等. 車間智能物料運(yùn)載車的發(fā)展綜述[J]. 科技資訊, 2015(26): 237238.

[3] 張辰貝西, 黃志球. 自動(dòng)導(dǎo)航車(AGV)發(fā)展綜述[J]. 中國(guó)制造業(yè)信息化, 2010, 39(1): 53–56.

[4] 石磊. 9 600 mm廂6 × 2廂式快遞車在快遞行業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢(shì)分析[J]. 企業(yè)科技與發(fā)展, 2014(5): 67–69.

[5] 郭杰榮, 李方釗. 基于DSP的無刷直流電動(dòng)機(jī)PWM控制系統(tǒng)[J]. 湖南文理學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2014, 26(2): 6768.

[6] 李志華. 基于步進(jìn)電機(jī)多軸聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 湖南文理學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2014, 26(3): 6771.

[7] 周熊. 基于AT89C52單片機(jī)的煙霧報(bào)警器設(shè)計(jì)[J]. 電子設(shè)計(jì)工程, 2013, 21(1): 164165, 169.

[8] 張潔, 劉蘋, 盧慧. 基于單片機(jī)AT89C52的多功能探測(cè)小車設(shè)計(jì)[J]. 電子測(cè)量技術(shù), 2014, 37(8): 86–88.

[9] 彭建英, 潘雄文, 曾志剛. 一款新型智能紅外遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 湖南文理學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2014, 26(2): 7980.

[10] 黃鶯. 基于Android系統(tǒng)控制的多功能小車系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 河池學(xué)院學(xué)報(bào), 2015, 35(5): 90–97.

(責(zé)任編校:劉剛毅)

A intelligent delivery vehicle design based on AT89C52

Wu Qinghong, Yang Ying, Wang Runhong, Xiong Xing, Lou Rui

(Department of Mechanical Engineering, Hunan University of Arts and Science, Changde 415000, China)

ly: for solving over-dependency on the couriers during the transport of express, the AT89C52 single chip was chosen as the controller and infrared sensor as the recognition sensor and a worm-and-gear self-lock motor as the source power and gear-rack as the important transmission and the intelligent stevedoring was achieved for storage cabinet of express (a popular storage system also known as Cloud cabinet). In addition, it reduces the labor intensity of express staff, puts an end to the courier distribution in the process of huddle misplacing behavior.

single chip; infrared sensor; express; intelligence

10.3969/j.issn.1672–6146.2016.04.009

TH 193.5

1672–6146(2016)04–0040–03

楊瑩, 19305513@qq.com; 吳青鴻, 862636338@qq.com。

2016–07–05

湖南省教育廳項(xiàng)目(12C0819); 湖南文理學(xué)院教改項(xiàng)目(JGYB1438)。