基于单片机的扫地机器人的设计.docx
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毕业设计
题 目：
基于单片机的扫地机器人的设计副 标 题：
学生姓名：
所在系、专业：
班级：
指导教师：
日期：
Abstract
摘 要
本文主要设计并制作一个简易扫地机器人。
本扫地机器人具有自动清扫、自动充电、防撞、防跌落的功能。
本文介绍了扫地机器人系统的总体的设计方案，它主要由MCU主控电路、防撞电路、防跌落电路、电压检测电路、稳压电路和充电位检测电路组成。
它完全解放了人民的双手，能够全自动的完成清扫工作，当电量不足时，自动寻到充电座，进行充电，充满后继续工作本机采用stc89c52单片机为核心控制器件，虽然它的是一个入门级的单片机，但成本低，效率高，编写程序简单等优点，在市场上还是有很好的应用前景。
关键字：
扫地机器人；壁障；stc89c52单片机
II
摘要
Abstract
Inthispaper,thedesignandimplementationofasimplecleaningrobot.Thesweepingrobotwithautomaticcleaning,automaticcharging,anti-collision,antidropfunction.Thispaperintroducesthedesignschemeoftheoverallcleaningrobotsystem,whichmainlyconsistsofMCUmaincontrolcircuit,protectioncircuit,fallprotectioncircuit,voltagedetectioncircuit,voltagestabilizingcircuitandachargingpositiondetectioncircuit.Itiscompletelyliberatedpeople'shands,andcanautomaticallycompletethecleaningwork,whenelectricityshortage,automaticallyfindcharging,charging,fullcontinuetoworkthemachineadoptsSTC89C52microcontrollerasthecorecontroldevice,althoughitisanentry-levelmicrocontroller,butlowcost,highefficiencyadvantages,writingtheprogramissimple,andhasgoodapplicationprospectinthemarket.
Keywords：
Sweepingrobot，barrier,STC89C52
目录
目 录
摘要 I
Abstract II
目录 III
1、概述 1
1.1国内产品研究背景 1
1.2研究的目的和意义 1
1.3课题的要内容 1
1.3.1扫地机器人功能 1
1.3.2性能指标 2
1.3.3论文的主要内容 2
2、电路设计、理论分析与计算 3
2.1电源电路设计 3
2.1.1电路原理 3
2.2总控制电路 4
2.2.1STC89C52单片机简介 4
2.2.2总控制电路的设计 6
2.3防跌落电路 8
2.4防撞落电路 10
2.5电源电压检测电路 10
2.6电池充电电路 11
2.6.1电池充电电路设计 11
2.7电机驱动电路 12
2.7.1电机的选择 12
2.7.2电机驱动电路设计 13
3、PCB板的设计与制作.............................................................16
3.1PCB板的设计...............................................................16
3.2PCB板的制作...............................................................17
4、电路焊接与调试 20
4.1电路焊接 20
4.2防撞电路的调试 20
4.3防跌电路的调试 20
5、系统程序的设计 21
5.1C语言与汇编语言的优缺点 21
5.2系统程序设计 21
5.2.1程序的初始化 21
5.2.2主程序的设计 21
5.2.3防撞程序的设计 22
5.2.3防跌落程序的设计 23
5.2.4充电寻迹程序的设计 24
6、外壳制作 26
6.1有机玻璃的特性 26
6.1底板制作 26
6.2边框制作 27
6.3储灰盒制作 28
7、整机调试与功能介绍 29
7.1存在的问题与解决方案 29
7.2系统缺陷 30
7.2.1传感器缺陷 30
7.2.2电池缺陷 30
7.2.3吸尘器功率缺陷 30
IV
目录
7.3功能说明 30
8、总结 31
致谢 32
参考文献 33
附录 34
简易扫地机的设计
1、概述
1.1国内产品研究背景
在国内的一些大学、如哈尔滨工业大学、华南理工大学、上海交通大学等单位也对清洁机器人进行了大量的研究并取得了一成果，对清扫机器人相关技术如机器感知、机器人导航和定位与路径规划、机器人控制、电源与电源管理、动力驱动等技术的研究则更多，这些都为清洁机器人的研究开发和推广奠定了物质基础和技术基础。
哈尔滨工业大学于90年代开始致力于这方面的亚久，与香港中文大学合作，联合研制开发出一种全方位移动清扫机器人。
该机器人具有如下特点：
采用全放位移动技术，使机器人可执行对狭窄区域等死区的清扫任务；采用开放式机器人铰制结构，实现硬件可扩展，软件可移植、可继承，使机器人作为服务载体具有更好的功能适应性；在拥挤环境下的实时避障功能能更好地适应不断变化的清扫工作环境；遥控操作和自主运动两种运动方式；吸尘机构可实现吸尘腔路的自动转换，提高了吸尘效率。
浙江大学l999年初在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左右初步朱能的自主吸尘机器人，这种智能吸尘机器人工作时，首先进行环境学习；利用超声波传感器测距，与墙保持一定距离行走，在清洁这角落的同时获得房间的尺寸信息，从而决定清扫时间；之后，利用随机和局部遍历规划相结合的策略产生高效的清扫路径；清扫结束以后，自行回到充电座补充电力。
吸尘机器人在5.5×3.5m2的实际家庭环境中，工作10分钟可以达到90％以上的覆盖率。
更大房间的清扫试验还没有进行。
目前，系统正在引入机器视觉和全局定位功能，力图在多房间环境下，提高自定位能力、智能决策能力以及回归充电效率，最终提高清扫效率。
1.2研究的目的和意义
吸尘机器人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。
1.3课题的要内容
1.3.1扫地机器人功能
（1）自动清扫
（2）壁障
（3）防撞
（4）自动充电
2
基于单片机的扫地机的设计
（5）虚拟墙
1.3.2性能指标
（1）输入电压：
13V~15V
（2）输入电流：
1A
（3）运行速度：
10m/min
（4）最大工作时间30min
1.3.3论文的主要内容
第一部分主要介绍课题的背景，研究的目的与意义。
第二部分详细说明了扫地机器人各部分电路的设计。
第三部分详细描述了PCB板的设计流程。
第四部分详细描述了焊接工艺和部分电路的调试。
第五部分详细说明了系统软件设计，并给出详细的流程图。
第六部分详细介绍了扫地机的外壳制作过程。
第七部分对扫地机的整机装配及调试进行了详细的说明。
第八部分设计总结。
2.1电源电路设计
简易扫地机的设计
2、电路设计、理论分析与计算
30
电源的好坏决定了整个电路的稳定性，输出波纹越平滑，性能越好。
本电源采用两块LM7805作为稳压电源，一块为控制电路和传感器电路供电，另一块单独为电机供电。
分开供电这样做的好处，有利于减小干扰，提高系统稳定性。
LM7805是国家半导体开发出来比较成熟，较早的一种线性稳压半导体器件，通常采用TO-220封装，具有短路保护、过流保护、高温保护等保护措施，同时只要用到很少的元件就能输出稳定的5V电压，最大输出电流能达到1.5A。
外形如图2-1所示。
1管脚为输入端，2管脚为地，3管脚为输出.
2.1.1电路原理
图2-1封装图
由于后级电路需要1A左右的大电流用于驱动各类电机，查找后发现E13003完全满足这要求，集电极最大允许电流ICM可以到达1.5A。
由于13003开关管需要较大的驱动电流，因此增加了一个Q1三极管与其构成达林顿驱动管，Q3为控制管，当DY引脚为低电平同时总开关K1闭合时电源部分才能正常供电。
DY为高电平时电机供电部分停止工作。
U4单独为两个减速电机和边刷提供5V电源，由于需要输出较大的电流，输入压降又比较大，因此在输入端加了一个分压电阻，降低U4上的电压，从而降低管耗。
U5为MCU和传感器电路提供稳定的5V工作电压。
在正常开机后连续保持输出。
电源电路如图2-2所示。
B
AT+
基于单片机的扫地机的设计
12
J1
B 2
AT+ 1
16CV/222
0uFGND
2
10 C
4 4
16
1
V
in
V
out
3
78U
055
16CV/212
0uFGND
2
10 C
4 3
16
1
V
in
V
out
3
3.6R
39
78U
054
V
22 R
K ?
2A F1
S8Q0501
80Q
503
1
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