自动扫地机的控制系统设计本科毕业设计说明书Word文件下载.docx
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2013年06月04日
摘要
近年来，随着社会的发展需要，清洁机器人已经渗透了我们的生活、工作和经济方面，并且起到了很大的作用。
清洁机器人的研究和发展对我们的经济发展有很多的影响。
这片文章主要通过阐述清洁机器人在服务行业的重要性，对清洁机器人在各国发展状况的一些综述，让读者了解将来清洁机器人发展对社会发展的重要性。
本文首先介绍了国内外自动清洁扫地机的研究现状，阐明了本课题研究的目的、意义。
然后进一步介绍本自动扫地机的总体结构，并详细分析了该扫地机各部分结构的工作原理，针对本清洁扫地机的机构特点，提出了一种能够保证扫地机稳定工作的单片机控制方案。
本文还添加了市场上没有出现的的功能，将扫地机和红外遥控结合起来，并与单片机有机结合起来，以达到对自动扫地机的各方面的控制和自控制；
以及避障系统的改进方案。
关键词：
扫地机，单片机控制，红外遥控，碰撞
ABSTRACT
Inrecentyears,withthedevelopmentofsociety,thecleaningrobothasinfiltratedourlives,workandtheeconomy,andhasplayedasignificantrole.Researchanddevelopmentofcleaningrobothasalotofinfluenceonoureconomicdevelopment.Thisarticlemainlythroughexpoundingtheimportanceofcleaningrobotintheserviceindustry,thedevelopmentofcleaningrobotinsomecountries,allowingreaderstounderstandtheimportanceofthefuturedevelopmentofcleaningrobotforsocialdevelopment.
Thispaperfirstlyintroducestheresearchstatusofautomaticcleaningsweepingmachineathomeandabroad,discussestheresearchpurpose,significance.Andthenintroducetheautomaticsweepingmachinestructure,andadetailedanalysisoftheworkingprincipleofeachpartofstructureofthesweepingmachine,accordingtothecharacteristicsofthecleaningmechanismofsweeper,presentedacanensurethesweepingmachinestableworkingsingle-chipmicrocomputercontrolscheme.Thispaperalsoaddeddidnotappearonthemarketthefunction,thesweeperandinfraredremotecontrolcombinedwithMCU,andorganiccombination,inordertocontrolallaspectsofautomaticsweepingmachineandselfcontrol;
andtheobstacleavoidancesystemimprovementprogram.
KEYWARDS：
Sweepingmachine,microcomputercontrol,infraredremotecontrol,collision
1绪论
1.1引言
自动扫地机是自动进行房间地而清洁的自主吸尘式家庭服务机器人，集机械学、电子技术、传感器技术、计算机技术、控制技术、机器人技术、人工智能等诸多学科为一体。
自主吸尘机器人作为智能移动机器人实用化发展的先行者，其研究始于20世纪80年代，到目前为止，已经产生了一些概念样机和产品。
吸尘机器人的发展，带动了家庭服务机器人行业的发展，也促进了移动机器人技术、图像和语音识别、传感器等相关技术的发展本次设计的题目《自动扫地机的控制系统设计》就是在这种背景下提出的。
1.2技术现状
目前，在一些发达国家，早已经开始采用服务机器人对工厂、车站、机场和办公室等宽阔地面进行清扫工作。
日本的东日本铁路公司、Shinko电器公司和Howa工业有限公司联合研制出了用于车站地面清扫的机器人，通过超声测距传感器，不断探测机器人与墙壁的距离进行定位，从而完成对大厅地面的往复清扫。
松下公司的自动吸尘器可清扫砖地、木质地板及地毯地面。
20世纪90年代初美国的Denning公司与Windsor工业公司研制出一种名为“RoboScrub”的吸尘机器人，它采用超声波传感器检测障碍物，被配有高精度激光导航系统。
1999年初，浙江大学机械电子研究所开始进行智能吸尘机器人的研究，两年后设计成功国内第一个具有初步只能的自主吸尘机器人，与苏州TEK公司合作研发，2003年系统在自主能力和工作效率上都有了显著提高。
它工作之前，首先进行环境学习，利用超声波测距，与墙保持一定的行走距离，在清洁角落的同时获得房间的尺寸信息，从而决定清扫时间；
然后，利用随机与局部遍历规划相结合的算法产生高效的清洁路径；
在清扫结束后，自行回到充电座，补充动力。
国内市场上推出了很多自动扫地机，价格不算太贵，可以自动清扫，防止楼梯跌落，通过配置虚拟发射器可以限制清扫的范围。
在清扫结束后，可以自行回到充电座，但是清扫是随机的，不能完全地不多次重复的扫完整个房间。
1.3研究的目的和意义
自动扫地机将移动机器人技术和吸尘器技术有机地融台起来，实现室内环境（地面）的半自动或全自动清洁，替代传统繁重的人工清洁工作近年来已受到国内外的研究人员重视。
作为智能移动机器人的一个特殊应用，从技术方面讲，智能化自王式吸尘器比较具体地体现了移动机器人的多项关键技术，具有较强的代表性。
性市场前景角度讲，自主吸尘器将大大降低劳动强度、提高劳动效率，适用于家庭和公共场馆的室内清洁。
因此，开发自主智能吸尘器既具有科研上的挑战性，又具有广阔的市场前景。
融合现代传感器以及机器人领域的关键技术，本课题旨在开发一部价格便宜，全区域盖，能够充分满足家庭需求且方便适用的智能家鹿清扫机器人。
使它可以替代传统的家庭人工清扫方式，使家庭生活电气化、智能化、使科技更好地为人类服务。
1.4研究内容
总体方案是设计一个自主控机器人，在一个平面结构的房间内运动，移动机器人本体，完成自主移动、避障、遍历房间功能。
尽快遍历房子的每一个角落，完成任务，这个工作受多个工作的影响，包括墙脚和家具等。
其中在实现生活中的家用吸尘器机器人清理房间的过程中，利用了机器人自身的多传感系统、运动控制系统和自主蔽障系统等。
此次课题主要将扫地机和红外遥控结合起来，可以培养运用基本知识进行简单电路设计的能力，扎实基础理论，掌握电子技术的科学实验规律，灵活运用模电数电的知识，与单片机有机结合起来，以达到对自动扫地机的各方面的控制和自控制。
2关于单片机
2.1AT89C51简介
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。
AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
2.2AT89C51主要特性
与MCS-51兼容
4K字节可编程FLASH存储器
寿命：
1000写/擦循环
数据保留时间：
10年
全静态工作：
0Hz-24MHz
三级程序存储器锁定
128×
8位内部RAM
32可编程I/O线
两个16位定时器/计数器
5个中断源
可编程串行通道
低功耗的闲置和掉电模式
片内振荡器和时钟电路
2.3AT89C51功能特性概述
AT89C51提供以下标准功能：
4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/0口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。
同时，AT89C51可将至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。
2.4AT89C51引脚功能说明
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。
P2口：
P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。
对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表2.1所示：
表2.1端口引脚第二功能表
端口引脚
第二功能
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
（外中断0）
P3.3
（外中断1）
P
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