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基于计算机控制的光碟智能存取装置研制论文大学论文.doc
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2023-07-09
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基于计算机控制的光碟智能存取装置研制论文大学论文.doc
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目 录
一、项目简介 .......................................................1
二、主要创新点.....................................................1
三、研究背景、目的和意义 ......................................2
四、探究过程 .......................................................2
1.研究方案探究.......................................................................2
2.技术路线图...........................................................................4
3.结构设计...............................................................................5
4.计算机管理功能的实现.......................................................8
5.精确定位的实现.................................................................17
6.路径算法的优化与创新应用.............................................25
7.设备连接与调试.................................................................33
8.智能应用.............................................................................37
9.改进.....................................................................................37
五、展望和应用...................................................41
六、感谢 ...........................................................43
七、附件 ...........................................................43
1
全国青少年科技创新大赛
基于计算机控制的光碟智能存取装置
----随机存储、自动搜索与控制、路径优化算法的创新与应用
一、项目简介
本项目的最终目标是实现一种基于计算机控制的光碟智能存取装置,是一个
集计算机管理及软件开发、算法设计与控制为一体的计算机应用系统。完善后可
以广泛应用于图书馆、档案馆、电视台、广播电台、博物馆、资料室等需要管理
大宗信息和资料的单位。主要研究内容包括:取多盘执行机构路径优化算法的研
究与探讨;执行机构精度控制算法的研究与软件设计;光盘管理信息系统设计与
程序开发;单片机控制及驱动系统设计;光盘位置检测的实现;存储机构设计与
加工;整机系统的试验研究与改进等。系统装置实现如下功能:光碟随机存储功
能,光碟存放时不需要按分类和编号进行对号入座和固定存放,即:哪里有空位
就哪里存放;光碟自动搜索与控制功能:按存放位置自动更新、分层分类,并按
照关键字进行自动搜索的数据库设计,实现对光碟基本信息的浏览、自动搜索和
查找功能。同时,光碟取出执行机构会按照搜索到的光碟位置信息,自动弹出要
查找的光碟;取多盘路径优化功能,执行取多盘功能时,应用与计算机进行通信
的单片机控制电路、驱动电路和执行结构,以路径最短方式进行路径优化设计,
实现多盘自动弹出功能。
稍做简化可直接进入家庭。系统装置具有广泛的应用前景和市场推广价值。
二、主要创新点
1) 取多盘路径寻优算法及创新应用。本系统具有一次取多盘路径优化功能,
采用了改进的回溯寻优法寻找最佳路径,利用截枝分界法来提高搜索效率,并对
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分界比较值进一步优化,使系统的取盘效率大大提高。
2) 在取盘机构位置控制精度方面,本系统在普通分段线性化的基础上进行
了改进,对取盘机构上的控制上采用了斜率分段线性化优化算法,使取盘的位置
精度得到保证。
3)本系统装置功能人性化,充分考虑实用性与应用型,是集光、机、电、
控制与信息为一体的综合智能化计算机实际应用系统。
三、研究背景、目的和意义
随着科学技术和文化事业的发展,光碟的数量是越来越多,而从林林总总的
光碟中找到自己需要的光盘是一件费时费力的事情。有一天,我为了找老鹰乐队
的珍藏碟,我花了一个上午的时间,将所有的碟翻了出来才找到。这不仅浪费了
我的时间,也破坏了我那天的好心情。当时我就在想,是否可以有那么一个装置,
存储物品的时候可以随意放置,取出的时候装置可以自动找到物品并把物品自动
取出来。这样一个想法激发了我对这方面的探究兴趣。这样的装置研究出来,将
对许多需要物品存储管理的场合和单位非常有用。
光碟是目前用途最广、也是最可靠的信息载体,经过调研,我发现图书馆,
档案馆,电视台,广播电台,博物馆,资料室等这样的一些单位,保存、管理和
使用数量巨大的光碟,以此作为切入口,我选择了以光碟自动存取作为研究对象
开始我的探究之路。
四、探究过程
1.研究方案探究
首先,这是一个自动装置,结构方面应该紧凑,要争取在有限的空间内存放
尽可能多的光盘。根据观察,发现档案馆里存放档案的档案柜的设计和放置十分
合理,一排排紧凑放置,每排仅留一个机动的操作位,由于每个柜底下有导轨和
3
滑轮,柜子可以依次移动,当取档案时,把操作位调整到合适位置就可以进行操
作。同时,市面上有一种栅格一样的结构,可以装几十张去掉封套、仅保存光碟
本身的光碟盒也是一种好的结构。将这两种结构结合在一起,就是我设想中的智
能光碟存取装置结构(如图 1.1)。其中,栅格为多层层叠式,每层两组,自动
取盘机构设在中间,可以把选择的光碟从两边弹出。
图 1.1 初步设想中的智能光碟存取装置结构
其次,既然要实现智能功能,每个柜子应设计计算机控制系统,本系统考虑
用设有触摸屏的计算机控制系统实现其智能功能。光碟随机存储功能--光碟存放
时不需按分类和编号进行对号入座和固定存放,哪里有空位就哪里存放。光碟自
动搜索与控制功能—方便光碟基本信息方便的浏览、搜索和查找。光碟自动弹出
功能--应用控制电路驱动执行结构,将选择的光碟自动弹出。
考虑到每个柜中可以储存的光碟容量很大(估计 5000-8000 个),单个光碟
设计一个弹出机构是不现实的,可以考虑用计算机控制的 X-Y 滑块方式来实现,
我想这种方式用计算机来控制是应该可以做到的。
目前市面上那些光碟管理柜(装置)多半是先人工分类编号,存放的时候一
一对号入座,而且也少有自动弹出机构。我设计的这个智能光碟存取装置不仅设
有自动弹出机构,而且光碟实现可以随意存放在任意的空闲位置上,装置自动识
别出位置,并记录起来以便以后自动寻找,这一点,对图书馆,档案馆,电视台,
广播电台,博物馆,资料室等这样需要保存、管理和使用数量巨大的光碟的一些
单位相当有用。图书馆一天从借阅者还书时回收上百张书带光碟(现在好多书都
4
配光碟,它们与书分开存放),管理员每天要将它们一一对号入座,将是多大的
工作量啊!
2.技术路线图
带着这个问题,我征询了老师和爸爸的意见,他们全力支持和鼓励我对这个
问题进行探讨,并联系了华南理工大学自动化学院老师对我进一步的指导。经过
沟通,老师对我的研究方案提出了两点意见和建议:
一是方案提出“不需按分类和固定位置存放”解决光碟存放问题符合当前仓
库管理理念,是一种新趋势,方案可行,具有广阔的应用前景。支持我以此为目
标,为最后形成实际应用产品而努力。但就目前而言,建议分段实施。
二是项目涉及计算机、单片机、自动化、机械设计与加工,电路设计、数学、
物理等多个学科门类的知识,有些已经大大超出高中学生的要求,提出只要有兴
趣和毅力,边学边实现,可以完成预定的目标。
老师的意见给予我信心。在老师们的帮助下,我重新调整了方案。简要讲就
是设计用一组栅格,先做一个可以存放 200 个左右光碟的单元柜,实现主要功能
进行可行性试验和测试,发现问题,弥补不足并积累经验,待成功后才向前推进。
控制系统和计算机数据库系统先采用单片机+普通计算机来实现,待成功后用一
体机(老师说是工业计算机,可配触摸屏)转变(图 2.1)。
图 2.1 经咨询讨论后确定的试验样机装置图
所拟的技术路线图如下:
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