【正文】 驗證了智能清掃機硬件電路設計方案的可行性，達到了預期的目的。由于單片機是整個智能清掃機的運算處理中心,又是控制中心,是最重要的器件，控制所有模塊。為了解決這一問題，我重新設點了清掃機行進速度，使其工作在安全行進速度范圍。在第一次使用清掃機的時候，要求我們來安裝一下驅(qū)動程序，在驅(qū)動光盤中，運行了相應的程序安裝了驅(qū)動。(4)判斷墻角累加次數(shù)的奇偶，若為奇數(shù)則通過控制電機調(diào)速模塊來控制左右輪速度，控制清掃機行進方向，使其左后轉(zhuǎn)行進。對輸出脈沖信號的數(shù)據(jù)進行 FFT 變換,求出基波的頻率,再根據(jù)電機的具體型號乘以一個系數(shù)得到電機的轉(zhuǎn)速。定時器 T0 中斷程序是將 引腳取反產(chǎn)生38kHz 的載波信號，此信號為方波信號。啟動清掃機傳感器系統(tǒng)，此項內(nèi)容主要作用是使清掃機對周圍環(huán)境有一個了解，通過對周圍環(huán)境的感知來實現(xiàn)測距、清掃、避障。采用 L7805 芯片為電機驅(qū)動控制模塊提供單獨的 5V 電壓，由于輸入電壓較高，發(fā)熱較大，因此需要加裝散熱片。本設計選擇 5V 穩(wěn)壓模塊WRB1205S1W 為控制系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)提供 5V 電源，選擇三端穩(wěn)壓芯片L7805 為移動機構系統(tǒng)電路提供不共地 5V 電源。圖 液晶顯示系統(tǒng)電路 電源模塊電源模塊是清掃機系統(tǒng)的生命源，一般情況下，都是采用無線纜的機載可充電電池作為直流電源，如鉛酸電池、鎳氫電池、鋰錳電池、鎳鎘電池、鋰離子電池和聚合物電池等。如靜態(tài)的顯示，還是動態(tài)的左移或者右移顯示。TFMS5380適用于數(shù)據(jù)傳送、電視機、錄像機、組合音響及衛(wèi)星接收器等。(2)超敏感度和傳送距離。與非門的另一輸入端接38KHZ 的載波信號。驅(qū)動器保護電路由 8 個高速大電流肖恩特二極管 1N5822（圖中 D1~D8）組成，用來消除電機在起停、制動及換向時產(chǎn)生的反電勢。本設計共需 2 個繼電器控制接觸器，一個接帶動清掃部件的電動機。當觸碰到障礙物時，探測簧片被壓下，傳感器的 1 腳和 3 腳導通，工作電路形成回路，OUT1 端輸出低電平，指示燈L1 被點亮。為了濾去干擾信號，電路中還適當接入了一些電容。電源故障輸入 PFI 通過一個電阻分壓器監(jiān)測未穩(wěn)壓的直流電源。(4) 門限值檢測器，第 4 腳為輸入，第 5 腳為輸出。P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表 所示：表 端口引腳第二功能表端 口 引 腳 第 二 功 能 RXD （串行輸入口） TXD （串行輸出口） （外中斷 0）0INTP3,3 （外中斷 1） T0 （定時/計數(shù)器 0） T1 （定時/計數(shù)器 1）長春理工大學畢業(yè)設計 12 看門狗 IMP813L 電路幾乎所有的單片機都需要復位電路，對復位電路的基本要求是：在單片機上電時能可靠復位，在下電時能防止程序亂飛導致 EPROM 中的數(shù)據(jù)被修改；另外，單片機系統(tǒng)在工作時，由于干擾等各種因素的影響，有可能出現(xiàn)死機現(xiàn)象導致單片機系統(tǒng)無法正常工作，為了克服這一現(xiàn)象，除了充分利用單片機本身的看門狗定時器(有些單片機無看門狗定時器)外，還需外加看門狗電路；除此以外，有些單片機系統(tǒng)還要求在掉電瞬間單片機能將重要數(shù)據(jù)保存下來，因掉電的發(fā)生往往是根隨機的，因而此類單片機系統(tǒng)需要電源監(jiān)控電路，在掉電剛發(fā)生時能告知單片機。.P1 口：P1 口是一個攜帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。單片機看門狗電路PWM 調(diào)速電路紅外接收電路電機液晶顯示電路繼電器控制電路各傳感器電路清掃部件電機垃圾箱蓋電機圖 硬件設計總框圖 主機電路核心器件介紹AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 4K bytes 的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM ）和 128bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ROM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（CPU）和Flash 存儲單元。用超聲波傳感器、紅外光電傳感器、接觸傳感器完成自動避障。通用紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成，應用編/解碼專用集成電路芯片來進行控制操作，如圖 所示。改變 口高電平周期，即改變 PWM 調(diào)制脈沖占空比，可以實現(xiàn)精確調(diào)速。單極性工作制是單片機控制口的一端置低電平，另一端輸出 PWM 信號，兩口的輸出切換和對 PWM 的占空比調(diào)節(jié)決定電動機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。其中，調(diào)壓方式原理簡單，易與實現(xiàn)。也就是說，它可以一個角度一個角度地旋轉(zhuǎn)，不像直流電機，你可以很輕松的調(diào)節(jié)步進電機的轉(zhuǎn)角位置，如果你發(fā)一個轉(zhuǎn) 10 圈的指令，步進電機就不會轉(zhuǎn) 11 圈，但是如果是直流電機，由于慣性作用，它可能轉(zhuǎn) 11 圈半。電機目前常用的有兩種，步進電機和直流電機。并采用了PWM 技術對電機進行控制，通過對占空比的計算達到精確調(diào)速的目的。光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構簡單，形式靈活多樣，它的探測距離比較近，從幾個毫米到幾十厘米不等。因此超聲波檢測廣泛應用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學等方面。這類傳感器包括 CCD 視覺傳感器、超聲波傳感器、紅外傳感器、力傳感器等。（5）在各電路模塊設計的基礎上完成智能清掃機整個系統(tǒng)的設計，對智能清掃機體系中的重要環(huán)節(jié)進行實際調(diào)試。QSJ41 型清掃機使用單臺發(fā)動機，同時為行駛和作業(yè)提供動能，于雙發(fā)動機機型相比，省掉了一套傳動系統(tǒng)所占的大量空間，減輕了清掃機裝備質(zhì)量，從而使承載容積和載荷能力大大增強（荷重比 1:2） ，減少了噪聲，降低了成本。然而作為機電一體化技術的核心的技術—計算機技術以及直接制約和影響自動化技術發(fā)展的傳感檢測在國產(chǎn)清掃車上卻幾乎沒有應用，這些大大制約了國內(nèi)清掃車機電一體化的發(fā)展水平。ELGIN 清掃機利用了傳感檢測技術及計算機技術。即在通用汽車底盤上加裝掃路機構組成，均為雙發(fā)動機與同等清掃能力的國外先進機型相比，結(jié)構龐大、復雜，功能少，技術性能和可靠性差。清掃裝置控制系統(tǒng)和清掃部件是決定清掃機性能的最重要部分,其性能好壞決定著清掃車的清掃效率。對巷道清掃機設計中有關清掃系統(tǒng)構成的方案、工作原理及特性等問題進行了探討。近年來，國內(nèi)外清掃機械的發(fā)展較快，并且已經(jīng)達到先進水平，實現(xiàn)了道路清掃機械化，智能化。清掃機作業(yè)正在形成一種趨勢。ELGIN 清掃機功能動作設計有 57 項之多，內(nèi)容包括了清掃機工作過程中所遇到的一切問題。 國內(nèi)清掃機技術現(xiàn)狀：國內(nèi)清掃車研制起步較晚，清掃機的機電一體化程度與國外相比相對落后。長春理工大學畢業(yè)設計 3 航空工業(yè)總公司第二研究院所在考察了各國先進機型的基礎上，將其優(yōu)點融為一體，自行研制成功 QSJ41 型城市道路清掃機，通過了國家權威機構的性能測試和部級鑒定。（2）以 AT89C51 單片機作為檢測和控制核心，完成驅(qū)動系統(tǒng)和電機調(diào)速系統(tǒng)的設計。內(nèi)傳感器主要用于采集系統(tǒng)自身狀態(tài)的信息,比如速度、加速度、軌跡、位置等。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。紅外光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。經(jīng)過對比分析，本設計方案采用超聲波傳感器、紅外光電傳感器和接觸開關、三種傳感器來構建清掃機器的傳感器系統(tǒng)。一般來說，有專門的控制卡和控制芯片來進行控制的?，F(xiàn)在也有很多控制芯片帶調(diào)速功能的。首先計算出清掃機所需要的速度與力矩大小，然后根據(jù)速度與力矩去選擇電機與減速器。PWM 各工作方式的選擇：PWM 調(diào)速工作方式：方案 1：雙極性工作制。方案 2：采用軟件延時方式，這一方式在精度上不及方案 1，特別是在引入中斷后，將有一定的誤差。由于紅外遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強、成本低等特點，因而，繼彩電、錄像機之后，在錄音機、音響設備、空調(diào)機以及玩具等其它小型電器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。由于編碼和解碼的振蕩頻率必須一致，頻率的大小由 OSCI 和 OSCO 之間的電阻決定。P0口用于數(shù)碼管顯示，P1 口用于電動機的 PWM 驅(qū)動控制，PP3 口用于傳感器的數(shù)據(jù)采集與中斷控制。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復位。.P3 口：P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。(2)看門狗電路輸出。在軟件設計中， 不斷輸出脈沖信號，如果因某種原因單片機進入死循環(huán)，則 無脈沖輸出。圖 為發(fā)射波驅(qū)動電路，圖中 J2 的 2 引腳分別接超聲波發(fā)生器的兩個端腳，PULSE 接控制器 口，這里采用了兩級與非門 74LS00 來增強驅(qū)動能力，電路簡單實用。這種傳感器結(jié)構簡單，裝卸方便，環(huán)境適應性強。被轉(zhuǎn)化或施加于繼電器的電量或非電量稱為繼電器的激勵量，當繼電器被激勵，從一個起始位置達到預定的工作位置，并完成電路的切換動作，稱為繼電器的工作特性，包括吸合和松開，保持與釋放狀態(tài)。 驅(qū)動系統(tǒng)電路驅(qū)動系統(tǒng)電路包括驅(qū)動器、光電隔離模塊以及驅(qū)動器保護電路等部分，如圖 所示。經(jīng)脈沖分頻器74LS92 ，的脈沖信號。TFMS5380 是近期市場上最高效能的紅外接收器。(7)可選頻率由30KHZ 至56KHZ。 TFMS5380 構成的接收電路 液晶顯示電路液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點，長春理工大學畢業(yè)設計 20 在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應用。液晶顯示模塊電路如圖 所示。經(jīng)過分析對比，選用額定電壓為 ，容量為 2200mAh 的鎳鎘電池組。系統(tǒng)電源采用 可充電鎳鎘電池組，可充電次數(shù)約 800 次，充滿電后的輸出電壓可達 15V 左右。(1) 首先，啟動清掃機電源，使各模塊持續(xù)供電。 紅外遙控系統(tǒng)流程設置串口方式 1 ， T 1方式 1 ， T 0 方式 21 分鐘到否 ？有按鍵下否 ？2 位 L E D 顯示時間設置顯示 、 定時 、啟動停止標志位外部中斷 0 和 T 0 開中斷， T 0 設置為中斷優(yōu)先級進入低功耗恢復 R 5 、 R 5顯示否 ？NYNYNY圖 紅外發(fā)射電路流程圖發(fā)射電路主程序的流程圖如圖 所示主程序中設置串口工作方式 1 和定時器 T1 方式 2 是為了發(fā)射按鍵代碼時產(chǎn)生 2022b/s 的波特率；定時器 T0 工作方式 2 是用來在 引腳上輸出 38kHz 的載波信號。長春理工大學畢業(yè)設計 26 驅(qū)動系統(tǒng)流程直流電機上電初始化有啟動信號？數(shù)據(jù)采集調(diào)理數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)送至單片機結(jié)束YN圖 驅(qū)動系統(tǒng)流程首先是系統(tǒng)初始化工作,即設置寄存器、配置 GPIO、定時器、A/D 轉(zhuǎn)換器和外部中斷、啟動 A/D 轉(zhuǎn)換。(2)由接觸傳感器感知障礙物性質(zhì)，判斷其是否是清掃機可清掃的垃圾。接通電源，測試清掃機運行情況。（5）當遇到墻角時與墻角發(fā)生了碰撞，發(fā)生了意外。本課題有助于培養(yǎng)同學們的科學精神，激發(fā)創(chuàng)新思維，提供創(chuàng)新能力。并且掌握了直流驅(qū)動電路及 PWM調(diào)速電路的工作原理。長春理工大學畢業(yè)設計 30 參考文獻[1] [M].上海:上海交通大學出版社,2022.[2] 譚定忠，王啟明，李金山，[J].