【正文】 1 簡易家用智能拖地機(jī) 目 錄 目 錄 .............................................................. 1 一 緒論 ............................................................. 2 簡易家用智能拖地機(jī) .................................................. 2 一 方案設(shè)計與論證 ................................................... 4 ． 總體設(shè)計方案與比較： ....................................... 4 二 模塊電路設(shè)計及比較 ............................................... 4 2． 1 電源模塊 ..................................................... 4 電源原理 .................................................. 4 電機(jī)驅(qū)動模塊： ................................................ 6 電機(jī)的選擇 與論證 ........................................... 6 電機(jī)驅(qū)動方案的選擇與論證 ................................... 6 驅(qū)動方案選擇 ........................................... 6 PWM 產(chǎn)生方案論證 ...................................... 10 傳感器模塊： ................................................. 14 三 軟件設(shè)計 ........................................................ 15 程序清單 ..................................................... 15 四 致謝 ............................................................ 15 參 考 文 獻(xiàn) ........................................................ 16 儀 器 儀 表 ........................................................ 16 附 錄 .............................................................. 17 單片機(jī)程序： ..................................................... 17 本設(shè)計總體電路圖： ............................................... 25 2 一 緒論 用單片機(jī)控制電機(jī)是市場上科技產(chǎn)品的一個運(yùn)用很廣的技術(shù) ,而把單片機(jī)控制電機(jī)運(yùn)用在生活用品中還是剛剛起步 .單片機(jī)控制 小車在包括玩具、家用電器等方面都有廣泛的應(yīng)用。另外，家用電器都向智能化發(fā)展。而家庭中，各種家務(wù)又在忙碌一天想回到家休息的人們，特別是過幾天就發(fā)黑的地板。一般情況下都是選擇用拖把人工打掃?，F(xiàn)在室內(nèi)掃地，拖地手工操作的非常多，有的用吸塵器吸塵，難把地板搞干凈，費(fèi)工費(fèi)時，而且勞動強(qiáng)度非常大，勞動效率也很低，在室內(nèi)清洗上需要大量的人力、物力。而我的設(shè)想是能有一臺智能化的機(jī)器，只要一通電源，它就會自動把家里打掃的干干凈凈！目前市場上還沒有這類智能家用電器，但是一般情況下，基本上每個家庭都會有這方面的要求，如果開發(fā)出來 的話，會有廣闊的市場前景。 簡易家用智能拖地機(jī) 摘 要 :本設(shè)計分六個模塊：單片機(jī)控制及顯示模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、傳感器模塊、音樂片模塊、電源模塊、拖地模塊。單片機(jī)控制及顯示模塊以單片機(jī)AT89s51 為核心，對傳感器模塊送過來的信號進(jìn)行控制同時串行口輸出時間顯示；電機(jī)模塊是以 L298N 為核心的常用電機(jī)驅(qū)動電路；傳感器模塊是以 LM358為核心及光電三極管和微動開關(guān)組成的電壓比較器電路；音樂片模塊是型號為 的音樂片構(gòu)成的；電源模塊包括兩種：一種是以 7805 為核心的 +5V 穩(wěn)壓電路，其主要為單片機(jī)控 制及顯示模 塊、電機(jī)驅(qū)動模塊的邏輯電源、傳感器模塊供電；另一種是 六節(jié) AAA 電池組成，主要用于電機(jī)驅(qū)動的 VS和音樂片。 關(guān)鍵字 ： 傳感器 電機(jī)驅(qū)動 傳感器 電源 PWM 3 The simple home use intelligence tows machine Abstract: This supposes figures out the score six modules: Monolithic integrated circuit control and demonstration module, motordriven module, sensor module, musical module, power source module,tows module. The monolithic integrated circuit control and the demonstration module take monolithic integrated circuit AT89s51 as a core, delivers the signal to the sensor module to carry on at the same time the control the serial mouth output time demonstration。 The electrical machinery module is take L298N as the core monly used motordriven electric circuit。 The sensor module is take LM358 as the voltage parator electric circuit which the core and the phototriode and the microswitch poses。 The musical module is the model is the TS088BD musical constitution。 Power source module including two kinds: One kind is take 7805 as the core of +5V voltagestabilizer circuit, it mainly for monolithic integrated circuit control and demonstration module, motordriven module logical power source, sensor module power supply。 Another kind is posed by six AAA battery, mainly uses in motordriven VS and the musical. Key words: Sensor motordriven sensor power source pwm 4 一 方案設(shè)計與論證 ． 總體設(shè)計方案與比較： 本設(shè)計以單片機(jī) AT89S51 為核心根據(jù)傳感器模塊送過來的信號經(jīng)過處理向驅(qū)動模塊輸出控制信號，同時單片機(jī)串行口輸出工作時間，及給音樂片輸出控制信號。傳感器模塊根據(jù)外界具體情況判別是否遇到障礙，當(dāng)遇到障礙時，送單片機(jī)相應(yīng)的信號，單片機(jī)根據(jù)接受到的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，輸出相應(yīng)處理后的信號到電機(jī)驅(qū)動模塊，從而控制小車的行進(jìn)方向，實現(xiàn)小車在拖地過程中的避障，在整個運(yùn)行過程中，單片機(jī)將顯示運(yùn)行時 間，同時音樂片發(fā)出聲響提示小車運(yùn)行狀態(tài)。其整個功能模塊如圖 所示。 圖 總體設(shè)計方框圖 二 模塊電路設(shè)計及比較 系統(tǒng)硬件以 AT89s51 單片機(jī)為核心，外圍包括 電源模塊、顯示模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、傳感器模塊、音樂片模塊 。 2． 1 電源模塊 本設(shè)計共用到電源有兩種：即 +5V +9V 電源原理 5 本設(shè)計穩(wěn)壓電源由濾波電路和穩(wěn)壓電路組成，如圖 圖 電源方框及波形圖 a 濾波電路 ：濾波電路一般由電容組成，其作用是脈動電壓 U1 中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓 U2。 b 穩(wěn)壓電路：由于得到的輸出電壓 U2 受負(fù)載、輸入電 壓 和 溫度的影響不穩(wěn)定，為了得到更為穩(wěn)定電壓添加了穩(wěn)壓電路，從而得到穩(wěn)定的電壓 U3。 圖 中電路提供 +5V 的電源，主要為單片機(jī)控制及顯示模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊的邏輯電源、傳感器模塊供電。該電路中采用三端穩(wěn)壓芯片 78**系列的 7805 其能夠輸出穩(wěn)定的 +5V,保證單片機(jī)能夠正常工作。 圖 中提供的 +9V 的電源由六節(jié) AAA 電池組成，主要用于電機(jī)驅(qū)動的 VS和 音樂片。 圖 +5V 電源原理圖 6 圖 Vs 電源原理圖 電機(jī)驅(qū)動模塊： 電機(jī)的選擇與論證 方案一 :采用步進(jìn)電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)的一個顯著特點(diǎn)就是具有快速啟停能力 ,如果負(fù)荷不超過步進(jìn)電機(jī)所能提供的動態(tài)轉(zhuǎn)矩值 ,就能夠立即使步進(jìn)電機(jī)啟動或反轉(zhuǎn)。另一個顯著特點(diǎn)：是轉(zhuǎn)換精度高 ,正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)控制靈活。 方案二 :采用普通直流電機(jī)。 直流電動機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性 ,調(diào)速平滑、方便 ,調(diào)整范圍廣；過載能力強(qiáng) ,能承受頻繁的沖擊負(fù)載 ,可實現(xiàn)頻繁的無級快速啟動、制動和反轉(zhuǎn) 。能滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)各種不同的特 殊運(yùn)行要求。 由于普通直流電機(jī)更易于購買 ,并且電路相對簡單 ,所以采用直流電機(jī)作為動力源。 電機(jī)驅(qū)動方案的選擇與論證 方案一 :采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)整電動機(jī)的分壓 ,從而達(dá)到調(diào)速目的。 電阻網(wǎng)絡(luò)只能實現(xiàn)有級調(diào)速 ,而數(shù)字電阻的元器件價格比較昂貴 ,且可能存在干擾。更主要的問題在于一般電動機(jī)的電阻比較小 ,但電流很大 ,分壓不僅會降低效率 ,而且實現(xiàn)很困難。 方案二 :采用繼電器對電動機(jī)的開或關(guān)進(jìn)行控制 ,通過控制開關(guān)的切換速度實現(xiàn)對小車的速度進(jìn)行調(diào)整。這個電路的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡單 ,缺 點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)時間長 ,易損壞 ,壽命較短 ,可靠性不高。 7 方案三 :采用由達(dá)林頓管組成的 H 型 PWM 電路。 PWM 電路由四個大功率晶體管組成 H 橋電路構(gòu)成 ,四個晶體管分為兩組 ,交替導(dǎo)通和截止 ,用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在開關(guān)狀態(tài) ,根據(jù)調(diào)整輸入控制脈沖的占空比 ,精確調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于管子工作只在飽和和截止?fàn)顟B(tài)下 ,效率非常高。 H型電路使實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制簡單化 ,且電子開關(guān)的速度很快 ,穩(wěn)定性也極強(qiáng) ,是一種廣泛采用的 PWM調(diào)速技術(shù)。但是在實際制作過程中在具體調(diào)試過程中三極管的發(fā)熱較嚴(yán)重（即使加了散熱片）特別 是前輪轉(zhuǎn)向的時候尤為嚴(yán)重。 方案三采用四個達(dá)林頓管，它們輪流導(dǎo)通即實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，其結(jié)構(gòu)簡單，控制方便。其控制邏輯如表 所示。 表 A B 狀態(tài) 1 0 正轉(zhuǎn) 0 1 反轉(zhuǎn) 1 1 停止 0 0 停止 其電路如圖 。 圖 方案一電機(jī)驅(qū)動電路 但在具體調(diào)試過程中三極管的發(fā)熱太嚴(yán)重（即使加了散熱片）特別是前輪轉(zhuǎn)向的時候尤為嚴(yán)重。 方案四：采用 L298N 構(gòu)成的 PWM 電路。 8 用 L298N（如圖 所示）對電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，用單片機(jī)控制 L298 使之工作在開關(guān)狀態(tài) ,根據(jù)調(diào)整輸入控 制脈沖的占空比 ,精確調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于管子工作只在飽和和截止?fàn)顟B(tài)下 ,效率非常高。它在原理上和方案三中的三極管對管很相似，但是他有很多對管所沒有的優(yōu)點(diǎn)比如：它的最大工作電壓高達(dá)50V；最大電流值為 3A；工作溫度范圍寬 40度到 150 度等等 圖 L298N 芯片管腳圖 圖 L298N 內(nèi)部電路 故本設(shè)計采用以 L298N 為核心的電機(jī)驅(qū)動電路，由于拖地機(jī)在工作中要躲避障礙物，因此在行進(jìn)過程中要前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)；在制作過程中為了便于調(diào)試和檢查本設(shè)計定義 L298N 的 7 腳為后輪電機(jī) 的控制信號同時與之對應(yīng)的 3 腳接前輪的電機(jī)； 12腳接前輪的控制信號同時與之對應(yīng)的 1 14 腳接后輪的電機(jī)。其控制邏輯如表 所示。 9 表 5， 10 7， 12 狀態(tài) 1 0 正轉(zhuǎn) 0 1 反轉(zhuǎn) 1 1 停止 0 0 停止 具體的電路如圖 。 圖 方案二電機(jī)驅(qū)動電路 在測試時為了便于調(diào)節(jié)與檢測，本設(shè)計令 作為拖地機(jī)的電機(jī)的控制端，分別接上圖的 7； 12；即實現(xiàn) 了 對后輪的控制； 、 對前輪 轉(zhuǎn)向 的控制。 具體 邏輯見表 表 ， ， 狀態(tài) 1 0 前進(jìn) /左轉(zhuǎn) 0 1 后退 /右轉(zhuǎn) 1 1 停止 0 0 停止 程序的 設(shè)計思路 是：當(dāng) 傳感器 模塊 輸出端對應(yīng)的管腳 (單片機(jī)的外部中斷口一 或外部中斷口二 )出現(xiàn)低電平時（