【正文】 1 第十二屆智能控制設(shè)計(jì)大賽初級(jí)組之 基于 51 單片機(jī)的“掃地機(jī)器人”設(shè)計(jì)報(bào)告 2 目錄 一、設(shè)計(jì)要求 ....................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 ： ................................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 ： ................................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 二、設(shè)計(jì)思路 ....................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 三 、方案比較 ................................................................................................................... 3 洞洞板的選擇 ...................................................................................................... 3 芯片 的選擇 .......................................................................................................... 3 單片機(jī)鍵盤(pán)的選擇 ............................................................................................... 3 LCD的選擇 ............................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 電源的選擇 .............................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 儲(chǔ)存模塊的選擇 ................................................................................................... 4 時(shí)鐘模塊的選擇 ................................................................................................... 4 最終選用方案 ...................................................................................................... 4 四 、一些模塊的選擇及底盤(pán)制作 ........................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 .......................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 紅外傳感器模塊 ................................................................................................... 5 循跡模塊 ............................................................................................................. 5 底盤(pán)的制作： ...................................................................................................... 5 五 、設(shè)計(jì)與論證 ................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 程序流程圖 ................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 六 、理論分析與計(jì)算 ........................................................................................................ 6 基礎(chǔ)設(shè)想分析 ...................................................................................................... 6 整體框架分析 ...................................................................................................... 7 獨(dú)立 鍵盤(pán)檢測(cè)分析 ............................................................................................... 7 LCD12864顯示理論分析 ...................................................................................... 7 算法 計(jì)算 分析 ...................................................................................................... 7 七 、電路 原理圖 ............................................................................................................... 8 3 電路圖 ................................................................................................................. 8 相關(guān)設(shè)計(jì)文件 ...................................................................................................... 8 八 、測(cè)試方法和儀器 ........................................................................................................ 9 測(cè)試方法 ............................................................................................................. 9 測(cè)試儀器 ............................................................................................................. 9 九 、測(cè) 試數(shù)據(jù)及結(jié)果分析 ............................................................................................... 10 測(cè)試數(shù)據(jù) ........................................................................................................... 10 結(jié)果分析，與比賽要求的符合程度 ..................................................................... 12 附錄 ............................................................................................................................ 13 一 、 設(shè)計(jì)要求 1. 基本要求 (1) 設(shè)計(jì)掃地機(jī)器人，自主完成前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向等控制； (2) 實(shí)現(xiàn)避障功能，能自主走完一個(gè)用圍墻圍起 來(lái) 2m*2m 的區(qū)域； (3) 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易掃地裝置，能夠清掃小紙團(tuán)； 2. 拓展要求 (1) 設(shè)計(jì)良好的人機(jī)界面，用于設(shè)置開(kāi)啟時(shí)間，顯示電量等； (2) 能夠清掃更小的垃圾，如紙屑； (3) 清掃之后能夠回到用黑膠布圍成的 30cm*30cm 的起點(diǎn)區(qū)域； (4) 其他拓展功能。 二 、 設(shè)計(jì)思路 4 基于 51 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)通過(guò)對(duì)按鍵的操作改變 LED 人機(jī)交互界面上顯示的時(shí)間參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)“掃地機(jī)器人”的操作。 三 、 方案比較 (1)錫板（綠色）：錫板質(zhì)量好，焊接過(guò)程容錯(cuò)率高，不易變形，加個(gè)較高。 (2)銅板（黃色）：銅板質(zhì)量相對(duì)較差，不容易上錫，在高溫下銅圈容易掉落，易變形，加個(gè)相對(duì)便宜。 STC89C52RC 芯片優(yōu)點(diǎn)： ① 相對(duì)于 51 版本單片機(jī)， 52 單片機(jī)多出了一個(gè)定時(shí)器及 128 字節(jié) RAM， flash 儲(chǔ)存多出4K。 ② 操作簡(jiǎn)單試用于初學(xué)者 ③ 可查找資料多，與 51 單片機(jī)完全兼容 ④ 價(jià)格相對(duì)比較便宜并且購(gòu)買(mǎi)渠道多 ⑤ 支持 ISP 下載，比較方便 ⑥ 具有 EEPROM 功能 STC12C5A60S2 芯片優(yōu)點(diǎn)： ① 擁有 C52 的全部功能 ② 帶有 AD， PWM 功能 ,多了兩個(gè)定時(shí)器 5 ③ Flash 存儲(chǔ)空間達(dá) 60K ④ 在相同晶振下，運(yùn)行速度是 51 的 8 到 12 倍 ⑤ 中斷可自定義優(yōu)先級(jí) (1)矩陣鍵盤(pán)：在需要較多的按鍵時(shí)，矩陣鍵盤(pán)需要的 IO 口相對(duì)少 (2)獨(dú)立鍵盤(pán)：在需要較少按鍵時(shí)，獨(dú)立鍵盤(pán)優(yōu)勢(shì)大，若在需要較多的按鍵時(shí)，獨(dú)立鍵盤(pán)消耗的 IO 口多 的選擇 面向初學(xué)者來(lái)說(shuō) LCD 主要分為兩種， 1602 和 12864 (1)1602：能夠顯示簡(jiǎn)單的字符，操作簡(jiǎn)單，屏幕相對(duì)較小，能夠顯示的信息數(shù)量有限 (2)12864：能夠顯示簡(jiǎn)單字符也可以顯示自定義的圖片，操作相對(duì)困難，屏幕相對(duì)較大 能夠顯示較多的信息。 18650 鋰電池：輸出電壓高，約為 ，負(fù)載能力強(qiáng)，能夠驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和單片機(jī)和各模塊。只需要兩塊電池?？沙潆?，比較環(huán)保。價(jià)格相對(duì)較高。 普通干電池：輸出電壓較低，負(fù)載能力較低，要驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊需要 5 塊 干電池，一般不能充電，調(diào)試過(guò)程易造成浪費(fèi)。價(jià)格相對(duì)較便宜。 升壓模塊：能將 35 伏的電壓升到 12伏或更高，但是性能越好的價(jià)格越高，性能較低的承受電流不能過(guò)大。 6 的 選擇 (1)單片機(jī) 自帶 EEPROM： 使用方便，可以節(jié)省 IO 口，操作簡(jiǎn)單 (2)AT24C02：擦除寫(xiě)入速度快，可擦寫(xiě)次數(shù)達(dá) 100 萬(wàn)次，數(shù)據(jù)可保存達(dá) 100 年，功耗低 的選擇 （ 1） DS1302：操作簡(jiǎn)單， IO 口占用少，基礎(chǔ)電路簡(jiǎn)單，可自行焊接 （ 2） DS12C887：芯片集成度高，不需要外部基礎(chǔ)電路，焊接方便，但 IO 占用多 基于設(shè)計(jì)思路，由小組成員討論決定選擇同時(shí)選用錫板和銅板（降低開(kāi)支的同時(shí)，保證焊接穩(wěn)定） ,鑒于使用模塊較多 IO 口不足的問(wèn)題同時(shí)選用 STC89C52RC 芯片和STC12C5A60S2芯片，獨(dú)立鍵盤(pán)（只需要 4個(gè)功能按鍵， IO 口占用與矩陣鍵盤(pán)相同，且矩陣鍵盤(pán)的焊接難度大）， 12864（根據(jù)需要顯示的功能選擇） ， 單片機(jī)自帶 EEPROM（節(jié)省IO 口，同時(shí)降低操作難度），選用電源為 18650 鋰電池（輸出電壓較為穩(wěn)定，且可以充電，環(huán)保實(shí)用），選用 DS1302（降低操作難度，節(jié)省 IO 口） 。 四 、一些模塊的選擇 及底盤(pán)的制作