智能扫地机器人课程设计

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1、1 1 1、课题背景及研究、课题背景及研究的目的和的目的和意义意义 1.11.1 课题课题背景背景 扫地机器人是服务机器人的一种， 可以代替人进行清扫房间、 车间、 墙壁等。提出一种应用于室内的移动清洁机器人的设计方案。其具有实 用价值。室内清洁机器人的主要任务是能够代替人进行清扫工作，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， 房间内的障碍物并且能够避开； 能够走遍房间的大部分空间， 可以检测出电池的电量并且能够自主返回充电， 同时要求外形比较紧凑， 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。

2、 1.21.2 研究研究目的目的和意义和意义 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，比如碰撞开关、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打 扫过，它的充电座会发出红外线信息，在电量低于一定值后，它开始寻 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止并

3、改变路线。由于扫 2 地机器人是一个智能化产品， 1.31.3 工作工作原理原理 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，配合芯片控制内部电机转动以及内部真空环境吸尘，通过 路线设计，在室内自由行走，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打扫。 2 2、设计要求设计要求与与内容内容 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

4、机器人当前工作状态。 3 3、系统方案、系统方案设计设计 3 3.1.1 设计设计任务任务 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内部参数。 3）当扫地机器人显示电量不足时，无线模块发送命令到充电桩，开始进 行充电模式，此时红外发射光线充电桩与扫地机器人充电接口对接，此 3 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，停止 3 种模式对扫地机器人进行模式的切换。 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 3.2.2 系统

5、系统整体框图整体框图 3 3.3.3 选择方案论证选择方案论证 3 3.3.1.3.1 单片机选择方案论证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 AT89S52 驱动 电压控制 按键 TFT液晶屏 超声波 红外 无线模块 4 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 Flas

6、h， 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。 3 3.3.2 .3.2 驱动芯片选择方案论证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，电机内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，外围电路比较简单，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