【文章內(nèi)容簡介】 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。有按鍵下時產(chǎn)生外部中斷 0，寄存器 R5 和 R4 中存放的數(shù)據(jù)是用來控制 1 min 的定時時間。 1 min 之內(nèi)無按鍵，則遙控器進入低功耗狀態(tài)。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。外部中斷 0 的中斷程序用于判斷按鍵并發(fā)射按鍵代碼， 同時還包括按鍵去抖動和檢查設置相關標志位。 部分程序如下： MOV TMOD,22 ；設置定時器 T0 和 T1 工作方式 2 MOV TH0,0F3H ；產(chǎn)生 38kHz 載波信號的時間常數(shù)送給 T0 MOV TL0,0F3H MOV TH1,0E03 ；產(chǎn)生 2022b/s 的波特率的時間常數(shù)送給 T1 MOV TL1,0E0H MOV SCON,60H ；設置串 口工作于方式 1 ORL PCON,80H ； SMOD 置 1 串口方式 1 和 T1 方式 2 外部中斷 0和串口開中 斷 串口中斷設置為高優(yōu)先級 設置定時、啟動停止標志位 設置調速和定時控制初值 圖 34 紅外接受電路流程圖 安徽理工大學 畢業(yè)設計 11 SETB EA ； CPU 開中斷 SETB EX0 ；允許外部中斷 0 中斷 SETB IT0 ；允許定時器 T0 中斷 SETB PT0 ；將定時器 T0 中斷設置為高優(yōu)先級 接收電路主程序的流程圖如圖 34 所示，接收電路串口和 T1 的工作方式與發(fā)射電路完全相同，是為了與發(fā)射的波特率一致，能可靠接收數(shù)據(jù)。串口中斷用于接收按鍵代碼并設置相關標志位。外部中斷 0 產(chǎn)生移相脈沖改編移相角，從而改變可控硅的導通角，并判斷是否有定時，進而控制電機的運轉時間 。 驅動系統(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 轉換器和外部中斷、啟動 A/D 轉換。然后檢測 GPIO 有沒有啟動信號 ， 檢測到啟動信 號后 ， 從另一個 GPIO 發(fā)出控制信號給直流電機加電。從 A/D 轉換器里讀取電流信號數(shù)據(jù) ， 再通過求平均值得到電機的電流值 ； 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)得到電機的轉速。直流電機上電 初始化 有啟動信號？ 數(shù)據(jù)采集調理 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)送至單片機 結束 Y N 圖 35 驅動系統(tǒng)流程 安徽理工大學 畢業(yè)設計 12 最后把測試電流和轉速送給液晶顯示系統(tǒng)顯示清掃機行進速度 ， 啟動總線傳輸，把測試結果傳輸?shù)絾纹瑱C ， 以對數(shù)據(jù)進行保存和分析。軟件流程如圖 35 所示。 清掃避障系統(tǒng)流程 清掃壁障流程圖如圖 36，該流程是智能清掃機執(zhí)行清掃命令及躲避障礙的流程。 （ 1） 紅外 光電 傳感器的紅外發(fā)光管發(fā)射紅外光，光 波在遇到障礙物后反射，被紅外接收管接收，產(chǎn)生一個與光強相對應的電流，電流經(jīng) LM358 組成的兩極放大電路放大后，輸出一個模擬電壓，經(jīng) A/D 轉換后輸入單片機。 （ 2） 由 接觸 傳感器感知障礙物性質，判斷其是否是清掃機可清掃的垃圾。若可清掃則由單片機向清掃機械電機發(fā)出清掃指令，執(zhí)行清掃命令，完成清掃后繼續(xù)等待紅外傳感器接收信號。 （ 3） 若不可清掃，判斷其為墻角類障礙，此時累加器累加判斷為墻角的次數(shù)。 （ 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，使其左后轉行進。若 判斷為偶數(shù)，則使其右后轉行進，本過程實現(xiàn)清掃機的蛇形行進清掃方式，盡可能提高清掃機清掃效率。 遇到障礙物？ 是垃圾 清掃 累加遇到墻角次數(shù) 遇墻角數(shù) 為奇數(shù)？ 右后轉前進 N N N Y Y Y 圖 36 清掃避障流程圖 左 后轉前進 安徽理工大學 畢業(yè)設計 13 4 自動掃地機硬件電路設計 系統(tǒng)總體設計 本設計以 AT89C51 單片機作為檢測和控制核心。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 。 用光電編碼器檢測電機的轉速。利用 PWM（ 脈寬調制 ） 技術動態(tài)控制電動機的轉動方向和轉速。通過軟件編程實現(xiàn)清掃機行進、執(zhí)行清掃任務、繞障、停止的精確控制以及檢測數(shù)據(jù)的存儲、顯示。通過對電路的優(yōu)化組合 ， 可以最大限度地利用 AT89C51 單片機的全部資源。 P0 口用于數(shù)碼管顯 示， P1 口用于電動機的 PWM 驅動控制， P P3 口用于傳感器的數(shù)據(jù)采集與中斷控制。這樣做的優(yōu)點是：充分利用了單片機的內(nèi)部資源 ， 降低了總體設計的成本。 傳感器系統(tǒng)電路 超聲波傳感器檢測電路 超聲波發(fā)射脈沖是由 口輸出的，由于 P3 口的輸出電流最大不過 20mA，無法直接驅動超聲波發(fā)射器發(fā)出超聲波束，因此需要加入放大電路以增強驅動能力。圖 41 為發(fā)射波驅動電路，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 來增強驅動能力， 電路簡單實用。接收器接收到的超聲回波也是 mv 級的，為了能夠觸發(fā)中斷，需要對此信號進行放大、整形，其信號接收電路如圖 42 所示，圖中 J1 的 2引腳分別接超聲波接收器的兩個端腳， INT1 接控制器 口。采用放大器 LM324將接收信號兩級放大，放大信號經(jīng)過比較器 LM339 調理成方脈沖，再經(jīng)過非門74HC14 整形后送入控制器外部中斷 INT1 口，觸發(fā)外部中斷。為了濾去干擾信號，電路中還適當接入了一些電容。 圖 41 發(fā)射波驅動電路 安徽理工大學 畢業(yè)設計 14 紅外光電傳感器檢測電路 本文選用 JY043W 型紅外反射式傳感器。紅外光電傳感器檢測單元 信號處理電路如圖 43 所示，圖中 J17 為紅外光電傳感器接口（其引腳 2 分別紅外光電傳感器的發(fā)射腳和接收腳，引腳 3 為紅外光電傳感器的發(fā)射管和接收管共用接地端）， OUT1 接控制器 口（另外五路檢測單元分別接控制器的 ~口）， ZHISHI1 為其它五組檢測單元 LED 指示燈共用端， R15 為發(fā)射限流電阻（用以將發(fā)射管的發(fā)射電流限定在 10~20mA 左右）。當接收管接收到反射回來的紅外光時，接收管導通，比較器 LM324 的 3 端輸入低電平，使得 3 端電壓小于 2 端的門檻電壓，則輸出端 1 腳輸出低電平，指示燈 L3 被點亮。 圖 42 回波接收電路 J 1 7R E D 1R 1 52 7 0R 1 62 0 KV C CR 1 81 0 KGATE_VR 1 72 KZ H I S H IL 3L E DO U T 1+U 6 AL M 2 3 4123 圖 43 紅外光電傳感器檢測電路 安徽理工大學 畢業(yè)設計 15 接觸傳感器檢測電路 接觸傳感器通過與目標物體的接觸來識別障礙物。這種傳感器結構簡單，裝卸方便，環(huán)境適應性強。鑒于清潔機器人結構緊湊、便于裝卸的要求，本文選擇RV1631C25 型微動開關作為接觸傳感器，該型號開關結構小巧，使用簡單可靠，信號無需調理。接觸傳感器檢測單元的接口電路如圖 44 所示，圖中 OUT7 接控制器 口端口（另一檢測單元接 口）， R1 為指示燈 L1 的限流電阻， A1為接觸傳感器，其 1 腳接地。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。OUT1 端輸出的低電平能夠直接被控制器識別。 繼電器控制電路 在電氣控制領域或產(chǎn)品中，凡是需要邏輯控制的場合，幾乎都需要使用繼電器，從家用電器到工農(nóng)業(yè)應用，甚至國民經(jīng)濟各個部門，可謂無所不見。繼電器是一種利用各種物理量的變化，將電量或非電量信號轉化為電磁力（有觸頭式）或使輸出狀態(tài)發(fā)生階躍變化（無觸頭式），從而通過其觸頭或突變量促使在同一 圖 45 繼電器控制電路 V C C2 KR 1L 1L E DA 1C o n t a c tO U T 7 圖 44 接觸傳感器檢測單元接口電路 安徽理工大學 畢業(yè)設計 16 電路或另一電路中的其它器件或裝置動作的一種控制元件。根據(jù)轉化的物理量的不同，可以構成各種各樣的不同功能的繼電器，以用于 各種控制電路中進行信號傳遞、放大、轉換、連鎖等，從而控制主電路和輔助電路中的器件或設備按預定的動作程序進行工作，實現(xiàn)自動控制和保護的目的。被轉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)。當輸入量變化到高于它的吸合值或低于它的釋放值時，繼電器動作，對于有觸頭式繼電器其觸頭閉合或斷開，對于無觸頭式繼電器起輸出發(fā)生階躍變化，以此提供一定的邏輯變量。 智能清掃機是把垃圾送到垃圾箱，在 執(zhí)行清掃動作時垃圾箱閉合，向垃圾箱投放垃圾時需要打開，將垃圾送到垃圾漏斗。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。另一個控制垃圾箱蓋閉合。經(jīng)考慮采用 4123 無極 12V直流控制 24V的交流繼電器，并利用光耦合器件 P521和 MCU隔開。 89C51的 P1 初始值為 0FFH，所以加一個 74LS04 反相器使得繼電器初始不產(chǎn)生閉合，使用 MC1413 為無源驅動器， IN4007 組成繼電器的續(xù)流二極管。電路圖如圖 45所示。 紅外控制系統(tǒng)電路 紅外發(fā)射電路由 455KHZ 的晶振 CRY，反相器 74HC04 及電阻、電容構成的振蕩器產(chǎn)生 455KHZ的方波信號。經(jīng)脈沖分頻器 74LS92，六分頻成為 的脈沖信號。再經(jīng)過 D 觸發(fā)器構成的 2 分頻 /整形電路變成 38KHZ 的方波信號。 圖 46 紅外發(fā)射電路 安徽理工大學 畢業(yè)設計 17 由單片機的異步串行口 TX 輸出的串行數(shù)據(jù)信號，送到與非門 74HC00 的輸入端。與非門的另一輸入端接 38KHZ 的載波信號。與非門的輸出信號用來控制三極管的開通或關斷，從而控制紅外發(fā)射管發(fā)送信息。這樣就達到了用串行口 TX 輸出的串行數(shù)據(jù)信號直接調制載波，進行紅外數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康摹０l(fā)射電 路的調制采用的是時分制幅度鍵控調制方式。 設計中采用一 種高效能的紅外接收器 —— TFMS5380。 TFMS5380 是近期市場上最高效能的紅外接收器。同一組件內(nèi)已裝上了接收二級管和前置放大器。TFMS5380 特點： （ 1） 單一的接收器和前置放大器的組合。 （ 2） 超敏感度和傳送距離。 （ 3） 內(nèi)置 PCM 頻率過濾器。 （ 4） 無外置組件需要。 （ 5） 超強光及電場干擾屏蔽。 （ 6） TTL 及 CMOS 兼容，適用于微處理器操作控制。 （ 7） 可選頻率由30KHZ 至 56KHZ。 （ 8） 低功耗。 （ 9） ISO9000 認可。 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 。 TFMS5380 的內(nèi)部框圖及構成的接收電路。如圖 47 所示 該接收電路要求被接收的紅外光波長在 950um 左右，被調制信號的脈沖寬度不小于 600us。 TFMS5380 的應用電路非常簡單。實驗證明， TFMS5380 的性能良好，完全可以滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰? 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 圖 47 TFMS5380 構成的接收電路 安徽理工大學 畢業(yè)設計 18 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。 IMP813L 剛好能滿足這些要求，下面具體介紹該芯片的性能特點及使用方法。 IMP813L 有雙列直插和貼片封裝形式，其雙列直插如圖所示，引腳功能如下： 第 1 腳為手動復位輸入，低電平有效；第 3 腳分別為電源和地；第 4 腳為電源故障輸入；第 5 腳為電源故 障輸出；第 6 腳為看門狗輸入，第 7 腳為復位輸出，第 8 腳為看門狗輸出。