機械設(shè)計制造畢業(yè)論文-家居清潔衛(wèi)生機器人設(shè)計(編輯修改稿)
2025-07-12 05:42 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 邏輯功能，規(guī)模大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上，減小了 體積，提高了穩(wěn)定性。 FPGA 采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實時系統(tǒng)的控制核心。 方案二：采用 DSP 編程控制器件。 3 DSP 因為數(shù)字處理與通信領(lǐng)域的空前發(fā)展而近顯火爆，應(yīng)用面很廣泛， DSP主要是面對數(shù)字信號方面的處理，其針對性有速度快，精度高等優(yōu)點，但是，而DSP 強調(diào)的是較大的數(shù)據(jù)處理能力 ,如在運行控制 ,圖像處理等方面，占有較大優(yōu)勢，而在這個智能車小系統(tǒng)中則沒有必要使用如此精確的控制器件，而且價格方面也不低，固不宜采用。 避障模塊方案設(shè)計 方案一：采用超聲波傳感器。 利用超聲波的特性實現(xiàn)對障礙墻壁的測量和有效規(guī)避，超聲波傳感器波的發(fā)射角小，檢測靈敏度高，但是超聲波傳感器使用成本不低，而且不能體現(xiàn)設(shè)計才能，不宜采用。 方案二：采用激光傳感器。 通過測量激光往返目標(biāo)所需時間來確定目標(biāo)距離，這在檢測領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，技術(shù)含量十分豐富，具有方向性強、亮度高、單色性好等許多優(yōu)點。激光測距雖然原理簡單、結(jié)構(gòu)簡單，但是因為激光測距傳感器售價太高，不適合自主設(shè)計使用。 清潔機器人系統(tǒng)的整體構(gòu)架 整體設(shè)計方案的系統(tǒng)框圖如圖 所示 圖 清潔機器人硬件系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)原理圖 各模塊的組成和功能介紹如下： 控制器（單片機）：主要由單片機 STC89C52RC 組成，它的主要功能是完成主控程序?qū)δK接口的控制，是程序運行的載體并實現(xiàn)對整個機器人的控制。 傳感器：主要由紅外避障傳感器、紅外防跌倒傳感器、碰撞傳感器組成，這些傳感器用來控制小車的行走方向以及實現(xiàn)避障、防跌倒功能。 4 第三章 清潔機器人的硬件設(shè)計 STC89C52 單片機介紹 STC89C52 的主要性能 STC89C52 是 STC 公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng) 可編程 Flash 存儲器。 STC89C52 使用經(jīng)典的 MCS51 內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng) 51 單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 （ 1）標(biāo)準(zhǔn)功能 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復(fù)位電路， 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器， 4 個外部中斷，一個 7 向量 4 級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量 2 級 中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。 （ 2）主要特性 1） 8K 字節(jié)程序存儲空間； 2） 512 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間； 3）內(nèi)帶 4K 字節(jié) EEPROM 存儲空間 。 4）可直接使用串口下載； （ 3）器件參數(shù) 1）增強型 8051 單片機， 6 時鐘 /機器周期和 12 時鐘 /機器周期可以任意 選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051. 2）工作電壓： ～ （ 5V 單片機） /～ （ 3V 單片機） 3） 工作頻率范圍： 0～ 40MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 80MHz，實際工作 頻率可達(dá) 48MHz 4）用戶應(yīng)用程序空間為 8K 字節(jié) 5）片上集成 512 字節(jié) RAM 5 6）通用 I/O 口（ 32 個），復(fù)位后為： P0/P1/P2/P3 是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻 7） ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器可通過串口（ RxD/,TxD/）直接下載用戶程 序，數(shù)秒即可完成一片 8） 具有 EEPROM 功能 9）共 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器。即定時器 T0、 T T2 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路， Power Down 模式可 由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 10）通用異步串行口（ UART），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個 UART 11）工作溫度范圍： 40～ +85℃（工業(yè)級） /0～ 75℃（商業(yè)級） 12） PDIP 封裝 STC89C52 單片機最小系統(tǒng) STC89C52 單片機的最小系統(tǒng)電路如圖 所示。 圖 單片機最小系統(tǒng) （ 1）復(fù)位電路 為使單片機正常工作，必須保證良好的復(fù)位。本系統(tǒng)復(fù)位電路采用上電復(fù)位和按鍵復(fù)位。上電復(fù)位是指單片機在接通電源時對 MCU 自動復(fù)位。按鍵復(fù)位由 6 復(fù)位按鍵產(chǎn)生一個持續(xù)時間大于兩個機器周期的高電平到復(fù)位引腳 RST對 MCU復(fù)位。 （ 2）振蕩電路 單片機系 統(tǒng)里都有晶振，在單片機系統(tǒng)里晶振作用非常大，全稱叫晶體振蕩器，它結(jié)合單片機內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機所需的時鐘頻率，單片機晶振提供的時鐘頻率越高，那么單片機運行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機晶振提供的時鐘頻率。 電源轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計 電源是任何一個系統(tǒng)穩(wěn)定運行的前提條件，本設(shè)計采用以 LM7805CV 穩(wěn)壓芯片為核心設(shè)計的穩(wěn)壓電源， 其工作原理為：當(dāng)兩節(jié) 干電池串聯(lián)后通過 P4端輸入，經(jīng)過穩(wěn)壓芯片 LM7805CV 轉(zhuǎn)換后輸出穩(wěn)定的 5V 電壓。 為了使運行穩(wěn)定，單片機和電機的供電系統(tǒng)采用獨立供電的 方法。 所以該電源模塊設(shè)計為兩路穩(wěn)壓 5V 輸出。其電路原理圖如圖 所示。 圖 5V 穩(wěn)壓電源模塊 L298N 驅(qū)動芯片的介紹 L298N 是 ST 公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機驅(qū)動芯片。該芯片的主要特點是 :工作電壓高
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