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

1、 # 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

2、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ABSTRACTIn recent years, with the development of society, the cleaning robot has infiltrated our lives, work and the economy, and has played a significant role. Research and development of cleaning robot has a lot of infl

3、uence on our economic development. This article mainly through expounding the importance of cleaning robot in the service industry, the development of cleaning robot in some countries, allowing readers to understand the importance of the future development of cleaning robot for social development.Th

4、is paper firstly introduces the research status of automatic cleaning sweeping machine at home and abroad, discusses the research purpose, significance. And then introduce the automatic sweeping machine structure, and a detailed analysis of the working principle of each part of structure of the swee

5、ping machine, according to the characteristics of the cleaning mechanism of sweeper, presented a can ensure the sweeping machine stable working single-chip microcomputer control scheme. This paper also added did not appear on the market the function, the sweeper and infrared remote control combined

6、with MCU, and organic combination, in order to control all aspects of automatic sweeping machine and self control; and the obstacle avoidance system improvement program. KEYWARDS：Sweeping machine, microcomputer control, infrared remote control, collision1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

7、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

8、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

9、，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

10、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

11、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2.1 AT89C51简介AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机

12、。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。2.2 AT89C51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1

13、288位内部RAM32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2.3 AT89C51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

14、件复位。2.4 AT89C51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，P

15、1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