微型智能仓库的模型设计

我们设计一个微型智能仓库的模型。这个仓库很小。它是一个模型。我们想让它变得智能。智能的意思是它能自己管理东西。它能自己找到东西。它能自己存放东西。这个想法很实用。现在很多大仓库都在用智能系统。我们学习电子技术。我们是大专学生。我们想做一个简单的模型。这个模型能展示智能仓库的基本原理。我们使用单片机控制整个系统。单片机就像模型的大脑。它接收信号。它发出命令。

仓库模型有一个架子。架子上分成很多小格子。每个格子放一种货物。货物是一个个小盒子。每个盒子上贴有标签。标签是二维码。二维码包含货物信息。信息包括货物名字和存放位置。我们需要一个扫描设备。扫描设备能识别二维码。扫描设备连接单片机。单片机知道货物信息。有人需要取货。他在电脑上输入货物名字。电脑连接单片机。单片机控制一个小车。小车能在轨道上移动。小车有一个机械手臂。机械手臂能抓取盒子。小车移动到正确格子。机械手臂取出盒子。小车移动到出货口。机械手臂放下盒子。取货人就拿到货物了。

我们设计硬件部分。硬件是看得见摸得着的东西。单片机我们选择常用的型号。这种单片机价格便宜。学习资料很多。它有几个输入输出口。输入口连接传感器。输出口连接电机。我们需要的传感器有好几种。第一种是二维码扫描头。扫描头能读取二维码。它把数据传给单片机。第二种是红外传感器。红外传感器装在小车上。小车沿着轨道走。轨道有岔路。红外传感器探测地面标记。标记告诉小车位置。小车知道什么时候转弯。第三种是超声波传感器。超声波传感器装在机械手臂上。它测量距离。机械手臂抓取盒子时不能太用力。超声波传感器帮助判断盒子位置。

我们还需要电机。电机让东西动起来。小车需要电机带动轮子。我们使用直流电机。直流电机容易控制。单片机通过驱动芯片连接电机。驱动芯片放大电流。电机获得足够动力。机械手臂也需要电机。机械手臂的电机是舵机。舵机可以精确旋转角度。单片机控制舵机旋转九十度。机械手臂就能打开或合拢。整个模型需要电源。我们使用蓄电池。蓄电池提供十二伏电压。单片机需要五伏电压。我们加入降压模块。降压模块把十二伏变成五伏。

我们设计软件部分。软件是单片机的程序。程序是一系列指令。我们使用C语言写程序。C语言适合单片机。程序逻辑要清晰。程序第一步是初始化。初始化设置各个端口。端口包括输入和输出。设置定时器。设置串口通信。串口连接电脑。电脑可以发送命令。程序进入主循环。主循环一直重复运行。它等待命令。命令有两种。第一种是存货物。第二种是取货物。

电脑发送存货物命令。命令包含货物名字。单片机启动扫描头。工作人员扫描盒子上的二维码。扫描头读到数据。数据传给单片机。单片机分析数据。它知道这是一种新货物。它需要找一个空格子。单片机里有存储芯片。存储芯片记录所有格子状态。状态包括满或空。单片机查找一个空格子。它找到格子编号。格子编号是A区第五行第三列。单片机控制小车运动。小车当前位置是仓库入口。单片机计算路径。路径是从入口到A区第五行第三列。路径需要避开障碍。我们模型很简单。路径是固定的。单片机给电机发出脉冲信号。脉冲信号控制电机转速。小车开始移动。红外传感器不断报告位置。小车到达目标格子。单片机控制舵机。舵机带动机械手臂。机械手臂抓住盒子。机械手臂抬起盒子。机械手臂把盒子放进格子。超声波传感器确认盒子放入。单片机更新存储芯片。存储芯片标记这个格子已满。存储芯片记录货物名字和格子编号。存货物完成。

电脑发送取货物命令。命令包含货物名字。单片机查找存储芯片。存储芯片查找货物名字。它找到对应的格子编号。格子编号是B区第二行第四列。单片机控制小车运动。小车移动到B区第二行第四列。机械手臂取出盒子。小车移动到出货口。机械手臂放下盒子。超声波传感器确认盒子放下。单片机更新存储芯片。存储芯片标记这个格子为空。取货物完成。

我们考虑可能遇到的问题。问题一，扫描头可能读错二维码。我们加入错误处理程序。扫描头第一次读错。程序让它再读一次。连续读错三次。程序报警。报警是亮起红色指示灯。问题二，小车可能卡住。电机电流会突然增大。我们检测电机电流。电流超过设定值。单片机停止电机。单片机控制小车后退一点。然后再次尝试前进。问题三，断电会丢失数据。存储芯片的数据很重要。我们使用可以保存数据的芯片。这种芯片断电后数据还在。再次通电。数据可以重新读取。

我们动手制作模型。我们先画图纸。图纸包括仓库架子的尺寸。图纸包括轨道布置。图纸包括电路连接。我们购买材料。材料包括木板。木板做架子和轨道。材料包括单片机开发板。开发板自带一些功能。材料包括扫描头。材料包括传感器和电机。我们开始组装。用木板搭起架子。架子分成四层。每层有三个格子。一共十二个格子。我们用记号笔在轨道上画标记。标记帮助红外传感器定位。我们安装小车。小车用塑料板制作。小车上安装轮子和电机。小车上安装机械手臂。机械手臂用积木零件搭建。我们连接电路。电路比较繁琐。我们小心焊接导线。焊接完成检查一遍。检查有没有虚焊。检查有没有短路。通电测试。测试单片机能否正常工作。

我们编写程序。程序代码一行一行写。我们先写小车前进的函数。函数控制电机正转。我们再写小车后退的函数。函数控制电机反转。我们写转弯函数。转弯时一个轮子停住。另一个轮子转动。我们写机械手臂函数。机械手臂有打开和关闭两个动作。我们写扫描函数。扫描函数等待扫描头数据。数据到来。函数返回数据。我们写存储函数。存储函数读写存储芯片。所有函数写完。我们组合起来。组合成完整的程序。程序烧录到单片机。烧录使用专用工具。烧录完成。单片机就有智能了。

我们开始测试模型。测试第一步，存一个盒子。盒子是红色的。盒子上有二维码。二维码信息是“电阻”。我们在电脑输入“存电阻”。电脑发送命令。小车移动到入口。扫描头亮起红光。我们扫描二维码。听到“嘀”一声。扫描成功。小车开始移动。小车到达A区第一行第一列。机械手臂动作。机械手臂抓住红色盒子。机械手臂抬起盒子。机械手臂放进格子。我们听到“咔哒”声。格子指示灯变绿。存货物成功。

测试第二步，取这个盒子。我们在电脑输入“取电阻”。电脑发送命令。小车开始移动。小车移动到A区第一行第一列。机械手臂动作。机械手臂取出红色盒子。机械手臂抓住盒子。小车移动到出货口。机械手臂放下盒子。我们看到红色盒子。取货物成功。测试完成。模型基本功能实现。

这个模型可以改进。改进一，加入无线通信。现在用电脑有线连接。换成无线Wi-Fi模块。可以用手机控制仓库。改进二，加入重量传感器。重量传感器放在格子里。它能感知盒子是否被取出。数据更准确。改进三，加入屏幕显示。屏幕显示当前仓库状态。显示哪些格子空。显示哪些格子满。显示有什么货物。这些改进需要更多时间。需要更多知识。我们以后可以继续做。

做这个模型我们学到很多。我们学了单片机编程。我们学了传感器使用。我们学了电机控制。我们学了系统设计。我们把课本知识用起来。知识变得具体。我们遇到很多困难。电路接错。程序有错误。小车跑偏。我们慢慢调试。调试需要耐心。我们查资料。我们问老师。我们和同学讨论。问题一个一个解决。我们感到高兴。我们做出一个能动的模型。这个模型虽然简单。它展示了智能仓库的工作原理。我们理解自动化技术。我们理解物联网概念。这对我们以后工作有帮助。我们可能去工厂维护自动化设备。我们可能参与物流系统建设。这次毕业设计是一次很好的练习。