【正文】 W 芯片為主控制器和其它功能部分提供 5V 電壓，WRB1205S1W 芯片為寬電壓輸入、隔離穩(wěn)壓輸出的電源轉(zhuǎn)換集成芯片，輸入電壓范圍 9~18V，輸出 5V，最大輸出電流 200mA，自然冷卻，使用方便。由于其性能穩(wěn)定，使用可靠，因此成本稍高。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。長春理工大學畢業(yè)設計 22 圖 機載電源模塊供電電路第四章 軟件流程設計本系統(tǒng)軟件設計采用匯編語言相結(jié)合的方式。首先用匯編語言把系統(tǒng)的各個功能模塊編出,然后把這些編譯過的模塊加入到控制器的使用庫中,調(diào)用各功能模塊,完成對硬件的操作。長春理工大學畢業(yè)設計 23 總體軟件流程開始初始化并開中斷啟動各電路模塊收到前進命令？啟動驅(qū)動系統(tǒng)遇到障礙？前進啟動清掃和避障系統(tǒng)結(jié)束NYNY圖 總流程圖總流程圖如圖 所示，是整個清掃機運行過程的流程圖。其中包括初始化整個系統(tǒng)、啟動各電路模塊、等待接收命令、啟動驅(qū)動系統(tǒng)、檢測障礙、啟動清掃避障系統(tǒng)、結(jié)束清掃等過程。(1) 首先，啟動清掃機電源，使各模塊持續(xù)供電。(2) 啟動各電路模塊，啟動液晶顯示系統(tǒng)，以便顯示清掃機行進速度及運行時間。此過程通過軟件編程控制液晶顯示系統(tǒng)及驅(qū)動系統(tǒng)向單片機控制系統(tǒng)反饋實現(xiàn)。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。本過程主要是通過單片機控制各傳感器及傳感器向單片機反饋來實現(xiàn)。啟動紅外接收系統(tǒng)，等待接收紅外信號。(3) 當接收到前進指令時，啟動驅(qū)動系統(tǒng)。長春理工大學畢業(yè)設計 24 (4) 當遇到障礙時啟動清掃系統(tǒng)及避障系統(tǒng)，此過程是整個清掃系統(tǒng)的關鍵，此過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。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長春理工大學畢業(yè)設計 25 MOV TH0,0F3H ；產(chǎn)生 38kHz 載波信號的時間常數(shù)送給T0MOV TL0,0F3H MOV TH1,0E03 ；產(chǎn)生 2022b/s 的波特率的時間常數(shù)送給T1MOV TL1,0E0H MOV SCON,60H ；設置串口工作于方式1ORL PCON,80H ；SMOD 置1SETB 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(diào)速和定時控制初值圖 紅外接受電路流程圖接收電路主程序的流程圖如圖 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(zhuǎn)時間。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。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(zhuǎn)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(zhuǎn)速。最后把測試電流和轉(zhuǎn)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(jié)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 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執(zhí)行清掃命令及躲避障礙的流程。長春理工大學畢業(yè)設計 27 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)？左后轉(zhuǎn)前進右后轉(zhuǎn)前進NNNYYY圖 清掃避障流程圖(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(zhuǎn)換后輸入單片機。(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。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(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。若判斷為偶數(shù)，則使其右后轉(zhuǎn)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。長春理工大學畢業(yè)設計 28 第五章 系統(tǒng)調(diào)試經(jīng)過近三個多月的籌備,由我設計的基于單片機的智能巷道清掃機已經(jīng)設計成功。該智能清掃機在紅外遙控器的控制下，以蛇形路線行進并進行垃圾清掃和壁障等活動。調(diào)試過程如下：（1）首先，焊接電路，完成清掃機的硬件組裝。接通電源，測試清掃機運行情況。經(jīng)測試清掃機工作正常。（2）用數(shù)據(jù)線將清掃機和電腦相連接，打開清掃機的電源開關，讓電腦和清掃機之間能正常地通信。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。（3）打開清掃機電源開關，使清掃機各電路模塊處在了供電狀態(tài)。此時DM162 液晶顯示模塊顯示了運行時間和此時清掃機的行進速度。所顯示的時間最小單位為秒，行進速度最小單位為米|分鐘。（4）按下紅外遙控器的開始按鈕，此時清掃機開始沿直線行進，當清掃機遇到紙屑時，機械部件成功將其放入清掃機的車載垃圾箱，清掃機繼續(xù)前進。（5）當遇到墻角時與墻角發(fā)生了碰撞，發(fā)生了意外。清掃機停了下來，DM162 液晶顯示模塊不正常顯示。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)電源接口被震開，導致所有電路模塊斷電。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。（6）將清掃機放到初始位置重新測試。當清掃機遇到第一個墻角時，左后轉(zhuǎn)并繼續(xù)行進，當遇到第二個墻角時，右后轉(zhuǎn)前進。此過程驗證了清掃機的蛇形行進路線。經(jīng)測試本課題設計的基于單片機的智能巷道清掃機基本實現(xiàn)了課題的智能化，自動化，信息化等要求。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。長春理工大學畢業(yè)設計 29 第六章 結(jié)論本課題設計結(jié)合機器人控制原理，使用機器人開發(fā)平臺 GAIA2，對智能清掃機各部分系統(tǒng)分別作了論證與分析。其中包括主控制系統(tǒng)的設計方案論證，存儲器擴展電路的選擇，各傳感器電路的選擇，電機驅(qū)動及調(diào)速方式的選擇，紅外遙控系統(tǒng)的設計，電源的設計。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。本人對其進行了嚴格挑選。鑒于 AT89C51 采用高密度、非易失性存儲技術，具有功能強大，靈活性高等優(yōu)點，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、工作穩(wěn)定、可靠性好、經(jīng)濟實惠等原則的基礎上進行了選取。通過本課題的設計，我對單片機及傳感器的相關原理有了更深刻的理解。并且掌握了直流驅(qū)動電路及 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題的能力。按照論證方案，在完成智能清掃機硬件電路的研制及控制程序的設計后，經(jīng)過一段時間的調(diào)試，系統(tǒng)各部分運轉(zhuǎn)基本正常。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。但其智能化程度還遠遠不夠。我相信隨著科技的不斷發(fā)展人類的不斷進步智能巷道清掃機的前景會更廣闊。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]. 機械工程師，2022， （6）：911.[3] 張毅剛、—51 單片機應用技術[M]. 哈爾濱工業(yè)大學出版社，[4] , 2022,（5）.[5] 姜長漲，于萬元， AVR 單片機的直流電動機的 PWM 調(diào)速系統(tǒng)，2022,02.[6] 劉寶廷，1997.[7] 劉鳳然，田紅巖，(3):2729 頁[8] 王仲民，岳宏，[J]. 傳感器技術,2022,24(4):57 頁[9] 李磊，葉濤，[J]. 機器人,2022，24（5）：475480 頁[10] 楊幫文. 新型繼電器使用手冊[M].人民郵電出版社，[11] 李玉榕，郭智疆，, 23(1): 106110 頁[12] 陳華志, [J].機床與液壓,2022,(11): 7778 頁[13] , Mapping for Mobile Robot Obstacle Avoidance[J].IEEE Trans. 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