【正文】 電流肖恩特二極管 1N5822（圖中 D1~D8）組成，用來(lái)消除電機(jī)在起停、制動(dòng)及換向時(shí)產(chǎn)生的反電勢(shì)。保護(hù)二極管最好采用高速大電流的開(kāi)關(guān)管，否則反向恢復(fù)時(shí)間太長(zhǎng)， L298N 內(nèi)部 H 橋的上下兩個(gè)三極管會(huì)因?yàn)殚_(kāi)閉時(shí)序交叉，導(dǎo)致同時(shí)打開(kāi)而短路，長(zhǎng)期使用狀態(tài)下會(huì)造成 L298N 發(fā)熱或燒毀。 按照?qǐng)D 所示電路，系統(tǒng)工作時(shí)，單片機(jī) P1 口輸出的控制信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器芯片74HC245 和光電耦合器之后輸入電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 L298N，控制電機(jī)動(dòng)作。當(dāng)需要調(diào)速時(shí)只需改變 PWM 調(diào)速脈沖（本設(shè)計(jì)中由單片機(jī) 和 端口產(chǎn)生）的占空比即可，理論上可以實(shí)現(xiàn) 256 級(jí)調(diào)速。 總體軟件流程 總流程圖如圖 所示，是整個(gè)清掃機(jī)運(yùn)行過(guò)程的流程圖。其中包括初始化整個(gè)系統(tǒng)、啟動(dòng)各電路模塊、等待接收命令、啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、檢測(cè)障礙、啟動(dòng)清掃避障系統(tǒng)、結(jié)束清掃等過(guò)程。 (1) 首先，啟動(dòng)清掃機(jī)電源，使各模塊持續(xù)供電。 21 (2) 啟動(dòng)各電路模塊，啟動(dòng)液晶顯示系統(tǒng)，以便顯示清掃機(jī)行進(jìn)速度及運(yùn)行時(shí)間 。此 過(guò)程通過(guò)軟件編程控制液晶顯示系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)向單片機(jī)控制系統(tǒng)反饋實(shí)現(xiàn)。 啟動(dòng)清掃機(jī)傳感器系統(tǒng)，此項(xiàng)內(nèi)容主要作用是使清掃機(jī)對(duì)周圍環(huán)境有一個(gè)了解，通過(guò)對(duì)周圍環(huán)境的感知來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)距、清掃、避障。本過(guò)程主要是通過(guò)單片機(jī)控制各傳感器初 始 化 并 開(kāi) 中 斷開(kāi) 始收 到 前 進(jìn) 命 令 ？啟 動(dòng) 各 電 路 模 塊啟 動(dòng) 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng)前 進(jìn)遇 到 障 礙 ？啟 動(dòng) 清 掃 和 避 障 系 統(tǒng)結(jié) 束NYNY 圖 總流程圖 22 及傳感器向單片機(jī)反饋來(lái)實(shí)現(xiàn)。啟動(dòng)紅外接收系統(tǒng)，等待接收紅 外信號(hào)。 (3) 當(dāng)接收到前進(jìn)指令時(shí)，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 (4) 當(dāng)遇到障礙時(shí)啟動(dòng)清掃系統(tǒng)及避障系統(tǒng)，此過(guò)程是整個(gè)清掃系統(tǒng)的關(guān)鍵，此過(guò)設(shè) 置 串 口 方 式 1 ， T 1方 式 1 ， T 0 方 式 2外 部 中 斷 0 和 T 0 開(kāi) 中 斷 ，T 0 設(shè) 置 為 中 斷 優(yōu) 先 級(jí)設(shè) 置 顯 示 、 定 時(shí) 、啟 動(dòng) 停 止 標(biāo) 志 位顯 示 否 ？2 位 L E D 顯 示 時(shí) 間有 鍵 按 下 否 ？1 分 鐘 到 否 ？進(jìn) 入 低 功 耗恢 復(fù) R 5YNNYYN 圖 紅外發(fā)射電路流程圖 23 程包括清掃命令接收判斷及是否遇到障礙物判斷。 紅外遙控系統(tǒng)流程 發(fā)射電路主程序的流程圖如圖 所 示主程序中設(shè)置串口工作方式 1 和定時(shí)器 T1方式 2 是為了發(fā)射按鍵代碼時(shí)產(chǎn)生 2021b/s 的波特率；定時(shí)器 T0 工作方式 2 是用來(lái)在 引腳上輸出 38kHz 的載波信號(hào)。有按鍵下時(shí)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(lái)控制 1 min 的定時(shí)時(shí)間。 1 min 之內(nèi)無(wú)按鍵，則遙控器進(jìn)入低功耗狀態(tài)。定時(shí)器 T0 中斷程序是將 引腳取反產(chǎn)生 38kHz 的載波信號(hào)，此信號(hào)為方波信號(hào)。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(shí)還包括按鍵去抖動(dòng)和檢查設(shè)置相關(guān)標(biāo)志位。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)流程 首先是系統(tǒng)初始化工作 ,即設(shè)置寄存器、配置 GPIO、定時(shí)器、 A/D 轉(zhuǎn)換器和外部中斷、啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換。然后檢測(cè) GPIO 有沒(méi)有啟動(dòng)信號(hào) ,檢測(cè)到啟動(dòng)信號(hào)后 ,從另一個(gè) GPIO初 始 化有 自 動(dòng) 信 號(hào) ？直 流 電 機(jī) 上 電數(shù) 據(jù) 送 至 單 片 機(jī)數(shù) 據(jù) 處 理數(shù) 據(jù) 采 集結(jié) 束NY 圖 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)流程 24 發(fā)出控制信號(hào)給直流電機(jī)加電。從 A/D 轉(zhuǎn)換器里讀取電流信號(hào)數(shù)據(jù) ,再通過(guò)求平均值得到電機(jī)的電流值 。對(duì)輸出脈沖信號(hào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行 FFT 變換 ,求出基波的頻率 ,再根據(jù)電機(jī)的具體型號(hào)乘以一個(gè)系數(shù)得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速。最后把測(cè)試電流和轉(zhuǎn)速送給液晶顯示系統(tǒng)顯示清掃機(jī)行進(jìn)速度 ,啟動(dòng)總線傳輸，把測(cè)試結(jié)果傳輸?shù)絾纹瑱C(jī) ,以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和分析。軟件流程如圖 所示。 清掃避障系統(tǒng)流程 清掃 壁障流程圖如圖 ，該流程是智能清掃機(jī)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(gè)與光強(qiáng)相對(duì)應(yīng)的電流，電流經(jīng) LM358 組成的兩極放大電路放大后，輸出一個(gè)模擬電壓，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后輸入單片機(jī)。 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 傳 前進(jìn)左 后 轉(zhuǎn) 前進(jìn)NYNNYY 圖 清掃避障流程圖 25 (2)由 接觸 傳感器感知障礙物性質(zhì)，判斷其是否是清掃機(jī)可清掃的垃圾。若可清掃則由單片機(jī)向清掃機(jī)械電機(jī)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(hào)。 (3)若不可清掃，判斷其為墻角類障礙，此時(shí)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(guò)控制電機(jī)調(diào)速模塊來(lái)控制左右輪速度，控制清掃機(jī)行進(jìn)方向，使其左后轉(zhuǎn)行進(jìn)。若判斷為偶數(shù)，則使其右后轉(zhuǎn)行進(jìn)，本過(guò)程實(shí)現(xiàn)清掃機(jī)的蛇形行進(jìn)清掃方式，盡可能提高清掃機(jī)清掃效率。 26 結(jié)論 本課題設(shè)計(jì)結(jié)合機(jī)器人控制原理，使用機(jī)器人開(kāi)發(fā)平臺(tái)，對(duì)智能清掃機(jī)各部分系統(tǒng)分別作了 具體 分析。其中包括主控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，各傳感器電路的選擇，電機(jī)驅(qū)動(dòng)及調(diào)速方式的選擇，紅外遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。由于單片機(jī)是整個(gè)智能 掃地 機(jī)的運(yùn)算處理中心 ,又是控制中心 ,是最重要 的器件，控制所有模塊，所以 對(duì)其進(jìn)行了嚴(yán)格 挑選。鑒于AT89C51 采用高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)，具有功能強(qiáng)大，靈活性高等優(yōu)點(diǎn)，本課題選用了它。其他電路模塊均在考慮靈敏度高、精度適當(dāng)、工作穩(wěn)定、可靠性好、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠等原則的基礎(chǔ)上進(jìn)行了選取。通過(guò)本課題的設(shè)計(jì)，我對(duì)單片機(jī)及傳感器的相關(guān)原理有了更深刻的理解。并且掌握了直流驅(qū)動(dòng)電路及 PWM 調(diào)速電路的工作原理。最主要是提高了本人研究與分析問(wèn)題的能力。 按照論證方案，在完成智能 掃地 機(jī)硬件電路的研制及控制程序的設(shè)計(jì)后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的調(diào)試，系統(tǒng)各部分運(yùn)轉(zhuǎn)基本正常。驗(yàn)證了智能 掃地 機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)方案的可行性，達(dá)到了預(yù)期的 目的。但其智能化程度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。我相信隨著科技的不斷發(fā)展人類的不斷進(jìn)步智能 掃地 機(jī)的前景會(huì)更廣闊。 27 參考文獻(xiàn) [1]譚定忠，王啟明，李金山，李林 .清潔機(jī)器人研究發(fā)展現(xiàn)狀 [M]. 2021 [2]邢敏，蒙梅，劉任平 .JP cleaner 型清潔機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) [M].2021 [3]王以倫，鄧寶林，王洪濤，馮晨 .清潔機(jī)器人的自動(dòng)避障控制系統(tǒng) [M].2021 [4]石為人，周學(xué)益 .室內(nèi)清潔機(jī)器人避障路徑規(guī)劃研究 [M].2021 [5]譚定忠，王啟明，孔凡凱 .主動(dòng)移動(dòng)清潔機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)性能研究 [M].2021 [6]時(shí)尚預(yù)言 .自動(dòng)裝置造就“懶漢時(shí)代” [J].2021 [7], Mapping for Mobile Robot Obstacle Avoidance[J].IEEE Trans. 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