清洁机器人系统设计 - 图文

本科毕业设计（论文）

清洁机器人系统设计

学 院 信息工程学院 专 业 测控技术与仪器

（光机电一体化方向）

年级班别 2011级（1）班 学 号 学生姓名 指导教师

2015 年 5 月

摘 要

清洁机器人结合了传感器、移动机器人技术等多个领域的关键技术，实现对室内环境的半自动或全自动清洁，替代了传统的人工清洁工作，具有十分广阔的市场前景。

本文首先综述了清洁机器人的国内外研究现状，在综合比较了国内外多种典型产品的基础上，提出适合中低端用户使用的清洁机器人整体设计方案。

清洁机器人系统由清洁机器人和充电站组成。清洁机器人是实现智能清扫的主体部分，本文介绍了清洁机器人的组成部分，并完成了硬件电路的实现。考虑到存储、接口资源及可靠性能等，主控器选择了STC89C52单片机，所构成的单片机应用系统功能强、性价比高，完全满足控制功能的要求。然后，详细设计了红外传感器，碰撞检测，电源模块、充电模块、键盘、液晶显示以及各种电机控制等电路。在软件设计方面，采用C51语言编制了控制系统各部分的软件，包括主控程序以及中断服务、红外、碰撞传感器检测等子程序。

最后，综合设计结果制作了实验样机，进行实验研究。结果表明，所制作的清洁机器人能够完成房间清扫工作，达到了预期的设计效果。

关键词：清洁机器人，智能清扫，单片机系统

注：本设计（论文）题目来源于自选。

Abstract

Cleaning robot is a combination of sensors, the key technology of mobile robot technology, and other fields, the implementation of the indoor environment of semi-automatic or fully automatic cleaning, replacing the traditional manual cleaning, has the very broad market prospect.

This article first summarizes the domestic and foreign research present situation of cleaning robot, on the basis of comprehensive comparison of the various typical products at home and abroad, puts forward overall design scheme suitable for low-end users use cleaning robot.

Cleaning robot system consists of a cleaning robot and charging station. Cleaning is the main part of the intelligent cleaning robot, this paper introduces the part of the cleaning robot, and the realization of the hardware circuit are completed. Considering storage, interface resources and the reliable performance, and the host controller chose STC89C52 single-chip computer, made up of single chip microcomputer application system function is strong and high cost performance, fully meet the requirements of control function. Are designed in detail, and the infrared sensors, collision detection, power supply module, the charging module, keyboard, LCD display and a variety of motor control circuit and so on. In the aspect of software design, the use of C51 language to compile the various parts of the control system software, including the main program and interrupt service, infrared and collision sensors DengZi program.

Finally, the comprehensive design results made experimental prototype, experiment research. Results show that the production of the cleaning robot can complete the room cleaning work, achieved the desired design effect.

Key words: cleaning robot, intelligent cleaning, MCU system

目 录

1 绪论 ............................................................ 1

1.1 题目背景及目的 ............................................. 1

1.1.1 机器人技术概述........................................ 1 1.1. 2 服务机器人出现原因................................... 2 1.1.3 清洁机器人特点........................................ 3 1.2 国内外研究状况 ............................................. 4

1.2.1 国外产品研究现状...................................... 4 1.2.2 国内产品研究现状...................................... 6 1.3 论文构成及研究内容 ......................................... 8 2 清洁机器人的总体设计 ............................................ 9

2.1 总体设计方案比较论证 ....................................... 9 2.2 核心模块方案设计 ........................................... 9 2.3 避障模块方案设计 .......................................... 10 2.4 清洁机器人系统的整体构架 .................................. 10 3 清洁机器人的硬件设计 ........................................... 12

3.1 STC89C52单片机介绍........................................ 12

3.1.1 STC89C52的主要性能 .................................. 12 3.1.2 STC89C52单片机最小系统 .............................. 13 3.2 电源转换电路的设计 ........................................ 14 3.3 L298N驱动芯片的介绍....................................... 14

3.3.1 L298N的工作原理 ..................................... 15 3.4 左右轮驱动电机电路设计 .................................... 16 3.5 清洁机构电机驱动电路 ...................................... 17 3.6 红外传感器 ................................................ 18

3.6.1 红外避障传感器模块................................... 18 3.6.2 红外台阶检测传感器................................... 19 3.7 碰撞传感器 ................................................ 19

4 脉冲调制技术 ................................................... 20

4.1 PWM技术原理............................................... 20 4.2 PWM技术产生............................................... 21 4.3 PWM控压调速原理........................................... 21 5 清洁机器人软件设计 ............................................. 24

5.1 行走电机控制程序 .......................................... 24

5.1.1 电机正反转控制....................................... 24 5.1.2 电机转速控制......................................... 25 5.2 台阶检测 .................................................. 27 5.3 避障处理 .................................................. 28

5.3.1 未知环境探测......................................... 28 5.3.2 实时避障方法的实现................................... 29

结 论.............................................................. 32 参考文献........................................................... 33 致 谢 ............................................................. 34 附录A ............................................................. 35

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