总字数:9689

摘    要

当前在一些景区及其一些人工湖中等,都可以看到水面经常会漂浮很多垃圾,当前很多都是通过人工打捞的方式进行处理的,但是采用这种方式进行处理具有较多的缺点:清理的效率较低、且需要的人工成本较大,且人工进行打捞危险较高。当前市面上设计的主要是大型的水面垃圾清理装置,而小型的装置研发较少。

本文基于嵌入式系统设计了一个具有可以自动识别障碍物和识别垃圾并可以自动打捞大家的水面清洁机器人船体系统。此次设计采用STC89C52单片机作为此次设计的主控芯片,配合红外传感器、超声波模块等实现对水面周围的环境进行检测,然后机器人根据检测的信息确定其运行的轨迹,单片机通过输出不同的PWM脉冲控制机器人工作;经过实物的测试,此次设计机器人运行可以按照预定的轨迹进行行走,且可以实现自动检测障碍物,自动进行避障的功能。水面垃圾处理的机器人通过判断前方物品为障碍物还是垃圾而进行处理,用户也可以通过手动控制其运行和代垃圾的打捞。

此次设计的水面清洁机器人,具有较多的优点:其体积较小、清洁的速度较快,清洁的效率较高,对当前一些小型的区域进行打捞,其打捞的效果较好。该设计可以解决当前很多小型水域环境污染问题,且可以大大减少投入的成本,也解决当前很多小型的水域缺少垃圾清理的问题,因此此次设计具有较好的应用场景。

关键词:水面机器人;清扫;避障;测控

Abstract

The current in some scenic areas and some artificial lake medium, you can see the water often floating many trash, many current are processed by means of artificial fishing, but using this way to deal with has many disadvantages: cleaning efficiency is low, and need the artificial cost is larger, and undertake artificial salvage risk is higher. Currently, large surface waste removal devices are mainly designed on the market, while small devices are rarely developed.

Based on embedded system, this paper designs a surface cleaning robot hull system which can automatically identify obstacles and garbage and can automatically salvage everyone. The design uses STC89C52 microcontroller as the main control chip, with infrared sensor, ultrasonic module to detect the environment around the water, and then the robot according to the detection information to determine the trajectory of its operation, the MCU through the output of different PWM pulse control robot work; After the physical test, the design of the robot can run in accordance with the predetermined track to walk, and can realize automatic detection of obstacles, automatic obstacle avoidance function. The surface garbage disposal robot determines whether the objects in front of it are obstacles or garbage, and the user can also manually control its operation and pick up garbage.

The design of the surface cleaning robot, has more advantages: its small size, cleaning speed is faster, cleaning efficiency is higher, some of the current small area for fishing, the fishing effect is better. The design can solve the current environmental pollution problems of many small water areas, and can greatly reduce the cost of investment, but also solve the problem of the lack of garbage cleaning in many small water areas, so the design has a good application scenario.

Keywords:Surface robot; To clean; Obstacle avoidance; Measurement and control

目   录

摘    要

Abstract

第1章  绪论

1.1 选题背景及实际意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的组织结构

第2章  系统设计方案

2.1 主要模块方案选择

2.1.1 主控芯片方案选择

2.1.2 电机模块方案选择

2.2 整体设计方案

第3章 硬件设计

3.1 主控电路模块

3.2 红外循迹检测电路模块

3.3 超声波检测电路模块

3.4 继电器电路模块

3.5 舵机控制电路模块

3.6 直流电机驱动电路模块

第4章 系统程序设计

4.1 编程软件介绍

4.2 主程序流程设计

4.3 检测函数流程图设计

4.4 处理状态函数流程设计

第五章 实物调试

5.1 整体实物焊接图

5.2 垃圾处理器清扫垃圾实物测试

第六章 结论

参考文献

致谢

附录

附录一:原理图

 附录二:PCB

附录三:主程序

第1章  绪论

1.1 选题背景及实际意义

近年来,我国的水域污染程度越来越高,当前很多的河道及其一些水库的水面都存在很多的垃圾漂浮物。随着时间的流逝,这些垃圾首先会对当前的水体造成污染,然后这写污染的水会对周围居民的身体,除此之外,这些垃圾污染物还会对存水的大坝造成影响,对水域垃圾进行处理已经作为当前对大自然的保护及其当前社会的发展的一个主要的研究内容。

当前进行水域垃圾的处理,主要通过人工打捞的方式运行,部分大型的水域也采用机器进行打捞,当前采用的机器清理,主要就是采用一些船对其进行清理,虽然采用当前的这些清洁船进行清理,但是采用该方式进行垃圾的处理,主要针对一些面积较大,需要清理的垃圾较多时。而对于那些较为分散的垃圾,采用那些体积较大的垃圾清理机器,采用这种方式进行清理垃圾会消耗大量的财力和物力,当前这些小型区域主要采用人工进行清理的方式进行,但是采用人工对其进行清理,其清理的效率较低,且清理的成本较高,进行清理的过程也较为危险。

因此,为了解决当前小型区域的垃圾,且设计一款成本较低,结构较为简单的,用户可以通过手机进行远程进行控制水面清理器具有一定的实际意义,可以对当前检测的物品进行识别,识别当前检测的为垃圾还是障碍物,然后进行自动清扫的意义。由于其设计的体积较小,且操作较为灵敏,对垃圾的清理效果较好,对当前很多的垃圾进行清理,对当前很多较为小面积的水域,也解决当前识别缺少的空白,具有一定的意义实际的研究价值。

其具有体积小、动作灵活和清洁效率高的特点,对于小区域的打捞效果极佳。它可以减轻水域的环境污染问题,减少人力成本,具有良好的产业化应用前景。目前对小型水域的清理主要采用人工清理,市场上的清洁船主要针对大型水域,本课题的研宄可以弥补市场上产品的空缺,具有十分重要的意义。

1.2 国内外研究现状

对水面清理的研究,在国外一些发达的国家对其的研究较早,当前已经有很多的不同型号了,且当前设计的技术较为成熟,这些对于对面垃圾的清理,在对水域进行处理中,起到了较为重要的研究价值和意义,对国家及其社会的发展具有较大的研究价值和研究意义。当前国外很多国家,如美国及其意大利国家,对水域的研究时间较久,也研究的水面垃圾清理具有较大的研究意义。

美国设计的一款水面垃圾清理器,到当前使用时间已经达到20多年了,该多对水面垃圾处理的技术也较为成熟。意大利设计的一款水面垃圾清理器,主要用户来对水面的油及其一些化学药剂或者一些较为大型的垃圾进行清理,该国设计的这款清洁船可以在海边进行工作,该设计的工作流程为,管理人员,通过将船口进行打开,然后水面的垃圾和水进行分离,分离完成之后,将垃圾运输到陆地进行处理。

西班牙国家研发的清洁船主要对当前海面漂浮的物品进行打捞,主要利用网兜的打捞方式进行打捞,且还设计体积较小,操作较为的灵活。

最近几年来,我国的水域污染越来越严重,当前水域的保护也受到当前国家的关注对象之一,且最近几年来,我国也研发出了较多的水域清理船。

清漂1号是我国设计的一款垃圾清理器,这款垃圾清理器也是当前世界上最大的一款垃圾清理器,这款垃圾清理器当前主要用来清理三峡水库上的漂浮物,主要保障我国水电的运行安全及其水电站的水域清洁。鲁青海洁是我国华海公司设计的虽免清洁船,这款水面清洁船主要用来在我国2008年的时候,进行划船比赛中使用,且在船的内部增加了反之船翻倒的设备,使得船可以的滑行的过程或者静止在水中都可以对垃圾进行收集。

当前我国设计的一款水面清洁船,内部还使用了GPS进行导航及其可以使用一些无线网进行数据的传输。

通过对当前国内外水面垃圾的清理中可以看出,虽然国外对于水面垃圾的清理研发的时间较早,且当前的技术也较为的成熟,智能化程度较高,虽然部分当前还增加了对水温及其水质的检测,或者导航跟踪等设计,通过少量的人力和物理就可以对水面的清洁进行处理。而和国外进行比较,国内对于清洁船的研究时间较晚,但是当前也有一些自己研究的优势,我国当前的水面垃圾清理研究的设备,研究的成本较低,且研究的速度较快,同时朝着智能化的程度机械能发展。但是当前我国也主要是针对一些水域面积较大的水域进行垃圾的处理,但是对于那些面积较小的水域其清理程度较差,主要是由于小面积水域的下列问题造成的:1)当时设计的水面清洁设备的体积较为庞大,使得在一些面积较小,较为狭窄的区域对水面的清理难度较大;2)当前设计的设备主要通过采用柴油机作为动力对设备进行驱动,但是使用这些设备会对当前的设备造成较大的环境污染;3)设备设计重量较大,且工作过程中,产生的噪声较大,对水域周围的居民及其水中种植物的影响较大;4)在一些较为小型的区域而言,采用清洁船进行清冽,需要花费的成本较大。因此当前针对一些较为小型的区域主要采用人工对其进行清理,但是使用人工进行清理需要花费的时间和劳动力较大,因此设计一款用于小型水域的水面垃圾清理具有一定的研究价值和实际意义,可以填补当前市场上对该设备需求。

此次设计的水面垃圾处理器,对垃圾的清理,可以使得水域的环境污染得到缓解,且可以减少人力和物力,可以看出该设计具有较好的运用场景,此次设计的功能:

红外传感器、超声波模块等实现对水面周围的环境进行检测,然后机器人根据检测的信息确定其运行的轨迹,单片机通过输出不同的PWM脉冲控制机器人工作;经过实物的测试,此次设计机器人运行可以按照预定的轨迹进行行走,且可以实现自动检测障碍物,自动进行避障的功能。水面垃圾处理的机器人通过判断前方物品为障碍物还是垃圾而进行处理,用户也可以通过手动控制其运行和代垃圾的打捞。

1.3 本文的组织结构

第一章:绪论,通过对当前水面垃圾处理器的背景和研究意义进行总结,然后对当前国内外研究现状进行解读,较为当前研究水面垃圾处理器的意义,及其当前研究的的优缺点,此次设计根据当前的优缺点进行设计;

第二章:根据第一章设计的功能进行主要模块的选择,然后对此次设计水面垃圾处理器的方案进行设计;

第三章:根据第三章设计的方案及其选择的器件,进行原理图的绘制,并设计此次研究原理图的引脚分配,在此章对此次设计实验的主控模块进行功能的分析和工作原理的分析;

第四章:先对此次设计水面垃圾处理器的程序进行撰写,然后对此次设计的水面清扫机器人的工作流程进行原理图的绘制,并介绍单片机内部的工作流程;

第五章:对此次设计的水面垃圾处理器的功能进行测量,测试其避障功能、循迹功能和打捞垃圾等。

第六章:对此次设计的实物进行总结。

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