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智能扫地机器人课程设计.doc
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2021-10-06
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智能扫地机器人课程设计.doc
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1、课题背景及研究的目的和意义
1.1 课题背景
扫地机器人是效劳机器人的一种,可以代替人进展清扫房间、车间、
墙壁等。提出一种应用于室的移动清洁机器人的设计方案。其具有实用
价值。室清洁机器人的主要任务是能够代替人进展清扫工作,因此需要
有一定的智能。清洁机器人应该具备以下能力:能够自我导航,检测出
墙壁,房间的障碍物并且能够避开;能够走遍房间的大局部空间,可以
检测出电池的电量并且能够自主返回充电,同时要求外形比拟紧凑,运
行稳定,噪音小;要具有人性化的接口,便于操作和控制。结合扫地机
器人主要功能探讨其控制系统的硬件设计。
1.2 研究目的和意义†
国家农业智能装备工程技术研究中心邱权博士介绍说,扫地机器人
可以看作是一种智能吸尘器,通过其基于传感器检测的智能运动规划算
法使原本由人操作的吸尘器成为一个可自主运行的智能化设备。它通过
各种传感器,比方碰撞开关、红外接近开关、超声传感器、摄像头等,
来感知自身的位置和状态,通过智能算法决定当前的任务状态。它可以
根据某个传感器检验地面清洁程度,根据历史信息确定哪些区域已经清
扫过,它的充电座会发出红外线信息,在电量低于一定值后,它开场寻
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找红外信息来自动充电。防跌落是基于机器人底部所安装的红外传感器
检测地面的距离,当距离发生变化时机器人将停顿并改变路线。由于扫
地机器人是一个智能化产品,
1.3 工作原理
扫地机器人机身为可移动装置,机器人依托红外识别以及超声波测
距从而避障,配合芯片控制部电机转动以及部真空环境吸尘,通过路线
设计,在室自由行走,由中央主刷旋转清扫,并且辅以边刷,沿直线或
者之字形活动路径清扫。
2、设计要求与容
1〕以†AT89S52 系列单片机为核心设计移动清扫机器人电机驱动与控
制电路,采用红外传感器和超声波传感器完成障碍物检测电路设计,完
成充电站检测电路设计,完成避障算法与路径规划算法设计。
2〕按键选择清扫模式和充电模式。
3〕显示方式 LED 显示当前时间和机器人当前工作状态。
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3、系统方案设计
3.1 设计任务
1〕利用 AT89S52 处理器编程实现电机驱动。
2〕液晶显示扫地机器人的部参数。
3〕当扫地机器人显示电量缺乏时,无线模块发送命令到充电桩,开场
进展充电模式,此时红外发射光线充电桩与扫地机器人充电接口对接,
此时超声波实时测量两者之间的距离控制扫地机器人与充电桩之间的距
离,防止速度过快损毁机器。
4〕按键实现充电,清扫,停顿 3 种模式对扫地机器人进展模式的切换。
5〕用 protel 绘制详细电路原理图,标明元器件的型号、参数和引脚功
能符号,电路图应符合电气要求。
3.2 系统整体框图
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AT89S52
驱动
电压控制
超声波
红外
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3.3 选择方案论证
3.3.1 单片机选择方案论证
方案一:使用公司的 AT89S52 作为主控制器。AT89S52 是一种
低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器,具有 8K 在系统可编程 Flash 存
储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造, 与工业
80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统
可编程,亦适于常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的 8 位 CPU 和在
系统可编程 Flash,使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高
灵活、超有效的解决方案。
方案二:
综上所述,选择方案一,价格适中,可操作性强,且现在使用
AT89S52 也是一种难度适中的选择。
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按键
TFT
液晶
屏
无线模块
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3.3.2 驱动芯片选择方案论证
方案一:6612 芯片????????????????
方案二:ULN2003 是一个非门电路,包含 7 个单元,各二极管的
正极分别接各达林顿管的集电极。用于感性负载时,该脚接负载电源正
极,起续流作用〔在感性负载中,电路断开后会产生很大的反电动势,
为防止损坏达林顿管,接反相的二极管来构成通路,使之转换为电流〕。
另外二极管的作用,驱动电流断开时,电机的电感产生很大的反电动势,
每一个单元的二极管都与三极管的集电极相连,产生反电动势时就构成
了放点回路,从而保护了三极管。††
方 案 三 : 使 用 东 芝 半 导 体 公 司 TB6612FNG 驱 动 芯 片 。
TB6612FNG 体积小,发热小,不需要加散热片,外围电路比拟简单,
只需要外接电容就可以直接驱动电机。
综上所述,选择方案一和二,体积小,电路简单,所以选择 L298
作为移动驱动电路,选用 ULN2003 作为清扫电机驱动电路。
3.3.3 无线模块选择方案论证
方案一:选用 RF903 模块,作为微功率模块,传输距离能到达
500 米,兼具了低功耗和远距离的要求、另外性能强大,增加了电源切
断模式、可以实现硬件冷启动功能、抗干扰能力强。
方案二:选择 NRF24l01 无线模块,此模块的体积小,但功耗大
综上所述,选择方案一,价格低,受环境温度小,综合性能更强,
所以选择。
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gjmm89
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