清洁机器人系统设计 - 图文(4)

图2.1 清洁机器人硬件系统结构原理图

各模块的组成和功能介绍如下：

（1）控制器（单片机）：主要由单片机STC89C52RC组成，它的主要功能是完成主控程序对模块接口的控制，是程序运行的载体并实现对整个机器人的控制。

（2）传感器：主要由红外避障传感器、红外防跌倒传感器、碰撞传感器组成，这些传感器用来控制小车的行走方向以及实现避障、防跌倒功能。

（3）电源模块：将充电电池的7.2V电压转换为稳定的5V电压供单片机、传感器以及其他模块使用。

（4）电机驱动：主要由行走电机驱动、毛刷电机驱动和吸尘电机驱动组成，其中行走电机主要控制左右行走轮从而带动清洁机器人的运动，毛刷电机和吸尘电机负责清洁除尘工作。

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3 清洁机器人的硬件设计

3.1 STC89C52单片机介绍

本设计采用常用的STC89C52作为主控芯片，具备编程简单，价格便宜的特点，而且在电动小车的领域中使用广泛。以下是对该单片机进行简单的介绍。 3.1.1 STC89C52的主要性能

STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52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。

（1）标准功能

具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。

（2）主要特性

1）8K字节程序存储空间； 2）512字节数据存储空间； 3）内带4K字节EEPROM存储空间; 4）可直接使用串口下载； （3）器件参数

1）增强型8051单片机，6 时钟/机器周期和12 时钟/机器周期可以任意 选择，指令代码完全兼容传统8051.

2）工作电压：5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V 单片机）

3） 工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051 的0～80MHz，实际工作 频率可

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达48MHz

4）用户应用程序空间为8K字节 5）片上集成512 字节RAM

6）通用I/O 口（32 个），复位后为：P0/P1/P2/P3 是准双向口/弱上拉， P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻

7）ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程 序，数秒即可完成一片

8） 具有EEPROM 功能

10）共3 个16 位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2 10.外部中断4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可 由外部中断低电平触发中断方式唤醒

11）通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART 12）工作温度范围：-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级） 13）PDIP封装

3.1.2 STC89C52单片机最小系统

STC89C52单片机的最小系统电路如图3.1所示。

图3.1 单片机最小系统

（1）复位电路

为使单片机正常工作，必须保证良好的复位。本系统复位电路采用上电复位

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和按键复位。上电复位是指单片机在接通电源时对MCU自动复位。按键复位由复位按键产生一个持续时间大于两个机器周期的高电平到复位引脚RST对MCU复位。当电源刚接通时，电容C3对下拉电阻开始充电，由于电容两边的电压不能突变，所以RST端维持高电平，实现对单片机的上电复位，即接通电源就完成对系统的初始化。在此基础上加上一个开关，就能实现按键复位。 （2）振荡电路

单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全称叫晶体振荡器，它结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。 3.2 电源转换电路的设计

电源是任何一个系统稳定运行的前提条件，本设计采用以LM7805CV稳压芯片为核心设计的稳压电源，其工作原理为：当两节3.7V干电池串联后通过P4端输入，经过稳压芯片LM7805CV转换后输出稳定的5V电压。为了使运行稳定，单片机和电机的供电系统采用独立供电的方法。所以该电源模块设计为两路稳压5V输出。其电路原理图如图3.2所示。

图3.2 5V稳压电源模块

3.3 L298N驱动芯片的介绍

L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片的主要特点是:工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，

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持续工作电流为2A；内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器、线圈等感性负载；采用标准TTL逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作；有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。直流电机驱动电路使用最广泛的就是H 型全桥式驱动电路。这种驱动电路可以很方便实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。L298N芯片如图3.3所示：

图3.3

L298N芯片原理图

3.3.1 L298N的工作原理

L298N内部电路如图3.4所示。

图3.4

L298N内部电路

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