基于Arduino的物流分拣控制系统设计_分拣站控制系统设计

目 录

摘 要 I
Abstract II
引 言 1
1 控制系统设计 4
1.1 系统方案 4
1.2 系统工作原理 4
1.3 方案设计 5
1.3.1快递检测电路方案设计 5
1.3.2控制电路方案设计 5
2 硬件电路设计 7
2.1主控模块的选择 7
2.1.1 单片机及其选型介绍 7
2.1.2 复位电路的介绍 8
2.1.3 稳压电路的介绍 9
2.2 红外光电传感器模块 9
2.3 舵机模块 10
2.4 机械臂拼装 11
3 软件设计 14
3.1 系统主程序设计 14
3.2 快递检测子程序设计 14
3.3 夹取快递子程序设计 15
4 仿真与调试 16
结 论 17
参考文献 18
附录1 原理图 20
附录2 源程序清单 21
致 谢 32

摘 要

为了提高当前物流分拣系统的工作效率和分拣正确率，满足市场对该行业的智能化需求，改善快递行业的经济性，本项目利用机械臂作为分拣工具，抓取物品并送到指定位置；利用光电对管作为扫描识别仪器，检测附近物品，通过返回给单片机的信号值判断是否有物品存在，再判断是否控制机械臂做出行动；利用UNO型号的Arduino芯片，作为该系统的总指挥者，Arduino控制输出PWM方波脉宽的时长，当外部输入给舵机电信号时，舵机内部具有基准电路，若与外部电压值形成电压差，进而发出信号控制舵机的旋转角度，完成抓取任务。通过三者等其他部件的设计配合，机械臂与人工智能的结合，实现抓取分拣一体化设计，做到省时省力的分拣功能，解决了当前中小快递收发站的分拣问题。
传统的物流快递入库方式是：快递工作人员扫描各个快递的二维码，扫描之后依次进入库房。这种人工工作方式效率低，且在扫码过程中容易出现漏扫的快递。结果表明，基于Arduino的物流分拣控制系统设计可以做到智能一体化，分拣物品在技术上是可行可靠的，整套系统能够表现出极好的运行性能和效率性能。

关键词：Arduino； 机械臂； 物流分拣

Abstract

In order to improve the working efficiency and sorting accuracy of the current logistics sorting system,meet the market’s intelligent demand for the industry, and improve the economy of the express delivery industry, this project uses a mechanical arm as a sorting hand to grab items and send them to the designated Position; use the photoelectric pair tube as a scanning instrument to detect nearby items, and determine whether there are items and actions based on the signal value returned to the microcontroller; use the UNO model Arduino chip as the general commander of the system, when the external input When a voltage difference is formed between the voltage value of the steering gear and the internal voltage value, the rotation angle of the steering gear is further controlled to complete the grasping task.Through the design cooperation of the three components and the combination of the robot arm and artificial intelligence, the integrated design of grasping and sorting is realized to achieve the time-saving and labor-saving sorting function and solve the current sorting problem of small and medium express delivery stations.
The traditional logistics express storage method is: the storage personnel use the scanning gun to scan the QR code of the express, and the express is stored one by one. This manual operation method is inefficient, and it is easy for courier to miss the scan and repeat the scan during the scanning process. The results show that the design of logistics sorting control system based on Arduino can achieve intelligent integration, sorting items is technically feasible and reliable, and the entire system can show excellent operating performance and efficiency performance.

Keywords: Arduino; robotic arm; logistics sorting

引 言

现如今，网络购物已经成为大众的主流消费方式，物流的水平就直接关乎着快递公司的发展。随着社会各界对网购的热衷度越来越高，快递的数量也日益增加，物流配送的效率和正确率决定着快递行业在社会存在的长久性。在当前发展迅猛的快递行业中，快递包裹越来越多，传统的物流分拣系统效率不高且易出错，人工工作费时又费力。在目前发展的大环境下，以人工为主题的传统的物流分拣系统再也没办法提供高效的分拣、再也无法满足社会对该行业的需求。
通过机械臂[1]与人工智能的结合，实现智能化物流模式。该设计不仅提高了当前物流分拣系统的工作效率和分拣正确率，又满足市场对该行业的智能化需求，改善了快递行业的经济性，解决了当前中小快递收发站的分拣问题。本设计将光电对管识别扫描系统与机器人技术相结合，利用机械臂作为分拣工具，抓取物品并送到指定位置；利用光电对管作为扫描仪器，检测附近物品，通过返回给单片机的信号值判断是否有物品存在，是否有所行动。该设计可用于快递企业的分拣工作。本系统操作流程如下：系统开始正常工作，当红外光电传感器检测到有快递运来并确定快递位置时，主控板给舵机发出控制信号，控制舵机将快递夹取到相应位置，完成分拣工作。
为提高目前中小快递收发点人工分拣快递速率，降低快递分拣环节的成本，设计这种基于Arduino的物流分拣控制[2]系统。结合实际分析并确立设计结构方案，在快件货物进入配送站后，该分拣机器人通过红外检测系统检测货物，完成分拣工作。
在此次项目的报告中，依次对项目的研究背景，总体方案设计，各设计方案选择的论证，各硬件电路的设计，软件系统设计及调试过程进行了详细的说明，物流分拣系统要求在短时间内准确快速地识别货物并检测到货物的具体位置，然后将货物分拣到相应位置。
运用红外光线的反射原理，红外光电传感器模块有一对感光触头，一端负责发送红外光，另一端负责接收红外光，发射出去的红外光若有物体反射回来，就会被接收端接收，进而确定货物的具体位置。
综上所述，系统应实现的功能如下：
（1）通过红外光电传感器实现对快件货物位置的检测；
（2）通过程序及Arduino实现数字识别[3]；
（3）操作机械臂实现对货物分拣。
本设计主要解决以下三个问题：
（1）如何控制机械臂系统；
在运行机械臂[4]之前应该对舵机进行逐个校准，了解舵机指定的每个角度大概在什么地方，对之后操作机械臂做好准备。每个舵机所对应的同一角度很可能不指向同一方向，可能是舵机的机械原因，也可能是在安装机械臂过程中造成的安装角度不一致的原因。通过电压差控制舵机旋转角度，从而实现控制机械臂。
（2）如何检测物品位置；
通过使用一排光电传感器组成一个模拟的、离散的线性CCD传感器来检测物品位置。红外光电传感器模块有一对感光触头，发射出去的红外光有物体反射回来后会被接收端接收。传感器内部检测电路根据接受到反射光的强度计算出相应的电压值，然后通过外部电位器的调节转换成数字信号输出。
（3）如何控制舵机摆角。
舵机内部有3根线，为红色、灰色和橙色，分别对应着5V电源线、接地线和信号线。橙色的这条信号线接PWM信号正极，PWM信号负极接的是电源负极。通过脉宽的时长来控制舵机角度，不同的脉宽时长对应不同的旋转角度。
本文的主要内容：
（1）第一章为控制系统设计，主要包括介绍说明系统方案、系统的工作原理以及各个部件的方案设计，在进行多因素的对比之后，选择出最佳方案；
（2）第二章为硬件电路设计，包括主控模块的选择、红外光电传感器模块介绍、舵机模块介绍以及机械臂拼装，介绍应用的各个电路，阐述他们的工作原理和作用；
（3）第三章介绍软件设计，包括系统主程序设计、快递检测子程序设计以及机械臂控制夹取快递子程序设计，并绘制软件流程图；
（4）第四章介绍仿真调试的过程与结果以及实物的安装过程，验证程序以及结论的正确性，实现各项功能。

1 控制系统设计

1.1系统方案
物流分拣系统要求在短时间内准确快速地识别货物并检测到货物的具体位置[5]，然后将货物分拣到相应的位置。运用红外光的反射原理，在一定范围内检测货物，确定货物的具体位置。为提高目前中小快递收发点人工分拣快递速率，降低快递分拣环节的成本，设计一种基于Arduino的物流分拣控制系统设计。该分拣机器人通过红外检测系统检测货物，机械臂夹取货物并放到指定位置，完成分拣工作。
综上所述，系统应实现的功能如下：
（1）通过红外光电传感器实现对快件货物位置的检测；
（2）通过程序及Arduino实现数字识别[6]；
（3）操作机械臂实现对货物分拣。
1.2 系统工作原理
（1）快件货物原理：红外光电传感器在检测到物品时返回电压值和未检测到