【正文】 在此感謝老師和同學(xué)們的幫助，感謝培養(yǎng)我四年的學(xué)校。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。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。最主要是提高了本人研究與分析問題的能力。通過本課題的設(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。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)。若判斷為偶數(shù)，則使其右后轉(zhuǎn)行進(jìn)，本過程實(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。 (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)。 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。 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。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(jī)行進(jìn)速度 ,啟動(dòng)總線傳輸，把測試結(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。從 A/D 轉(zhuǎn)換器里讀取電流信號(hào)數(shù)據(jù) ,再通過求平均值得到電機(jī)的電流值 。 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。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)。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)是用來控制 1 min 的定時(shí)時(shí)間。 (4) 當(dāng)遇到障礙時(shí)啟動(dòng)清掃系統(tǒng)及避障系統(tǒng)，此過程是整個(gè)清掃系統(tǒng)的關(guān)鍵，此過設(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 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。啟動(dòng)紅外接收系統(tǒng)，等待接收紅 外信號(hào)。 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，通過對(duì)周圍環(huán)境的感知來實(shí)現(xiàn)測距、清掃、避障。 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 。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)、檢測障礙、啟動(dòng)清掃避障系統(tǒng)、結(jié)束清掃等過程。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。保護(hù)二極管最好采用高速大電流的開關(guān)管，否則反向恢復(fù)時(shí)間太長， L298N 內(nèi)部 H 橋的上下兩個(gè)三極管會(huì)因?yàn)殚_閉時(shí)序交叉，導(dǎo)致同時(shí)打開而短路，長期使用狀態(tài)下會(huì)造成 L298N 發(fā)熱或燒毀。單片機(jī)輸出端口的電流一般只有 20mA 左右，不足 以或者不能穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)光電耦合器 TLP521 工作，因此采用芯片 74HC245 來增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，為光電耦合器TLP521 提供合適的驅(qū)動(dòng)電流。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電路 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電路包括驅(qū)動(dòng)器、光電隔離模塊以及驅(qū)動(dòng)器保護(hù)電路等部分，如圖 所示。當(dāng)內(nèi)部電源檢測到電壓低于一定值是，掃地機(jī)器人將沿墻壁尋找充電座。 單片機(jī)部分：采用 AT89C51 芯片實(shí)現(xiàn)對(duì) DM162 的控制顯示 字符顯示模塊 : 選擇 2 行 16 個(gè)字的顯示容量 . 電源部分： +5V電壓供電，維持系統(tǒng)的正常工作 ,同時(shí)加載 10K 電位器以適應(yīng)不用A T 8 9 C 5 1D M 1 6 2 液 晶 模 塊P 3 . 7P 3 . 5P 3 . 6P 2 . 0P 2 . 1P 2 . 2P 2 . 3P 2 . 4P 2 . 5P 2 . 6P 2 . 7R SR WEV D DD 0V 0V S S1 0 K電 位 器V D D+ 5 VV S SD 7D 6D 5D 4D 3D 2D 1 圖 液晶顯示系統(tǒng) 電路 19 亮度的顯示字符即對(duì)比度的調(diào)整。 液晶顯示模塊電路如圖 。然后進(jìn)行每個(gè)字符的寫入顯示。那么這個(gè)主要是在程序設(shè)計(jì)的過程中，進(jìn)行初始化所決定的。 DM162 液晶顯示模塊的字符顯示，可分為好幾種顯示模式，這主要取決于對(duì)具體的應(yīng)用。 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(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。把分壓器接到未穩(wěn)壓的直流電源是為了更早地對(duì)電源故障告警。 電源故障輸入 PFI 通過一個(gè)電阻分壓器監(jiān)測未穩(wěn)壓的直流電源。于是 后在 IMP813L 的第 8 引腳輸出低電平，該低電平加到第 1 腳，使 IMP813L 產(chǎn)生復(fù)位輸出，使單片機(jī)有效復(fù)位，擺脫死循環(huán)的困境。第 7 腳接單片機(jī)的復(fù)位腳 (AT89C51 的第 9 腳 )；第 6 腳與單片機(jī)的 相連。 IMP813L 的典型應(yīng)用電路： IMP813L 的典型應(yīng)用電路如圖 所示。 (4) 門限值檢測器，第 4 腳為輸入，第 5 腳為輸出。如果在 內(nèi)沒有觸發(fā)該電路 (即第 6 腳無脈沖輸入 )，則第8 腳輸出一個(gè)低電平信號(hào)。系統(tǒng)上電、掉電以及供電電壓降低時(shí)，第 7 腳產(chǎn)生復(fù)位輸出，復(fù)位脈沖寬度的典型值為 200ms，高電平有效，復(fù)位門限的典型值為 。 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(dòng)復(fù)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(fù)位輸出，第 8 腳為看門狗輸出。 看門狗 幾乎所有的單片機(jī)都需要復(fù)位電路，對(duì)復(fù)位電路的基本要求是：在單片機(jī)上電時(shí)能可靠復(fù)位，在下電時(shí)能防止程序亂飛導(dǎo)致 EPROM 中的數(shù)據(jù)被修改；另外，單片機(jī)系統(tǒng)在工作時(shí)，由于干擾等各種因素的影響，有可能出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象導(dǎo)致單 片機(jī)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(jī)本身的看門狗定時(shí)器 (有些單片機(jī)無看門狗定時(shí)器 )外，還需外加看門狗電路；除此以外，有些單片機(jī)系統(tǒng)還要求在掉電瞬間單片機(jī)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(jī)的，因而此類單片機(jī)系統(tǒng)需要電源監(jiān)控電路，在掉電剛發(fā)生時(shí)能告知單片機(jī)。 鍵 盤 編 碼 調(diào) 制L E D 遙控發(fā)射器 光 / 電 放 大 解 調(diào) 解 碼 遙控接收器 圖 紅外遙控系統(tǒng) 16 浮動(dòng)開關(guān)電路 浮動(dòng)開關(guān)是一個(gè)安裝 在輪子內(nèi)側(cè)的機(jī)械開關(guān)，輪子上有彈簧裝置，當(dāng)輪子浮起時(shí)，開關(guān)斷開掃 地機(jī)停止前進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了防跌落功能。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。在遙控 器上使用單片機(jī)進(jìn)行紅外功能編碼，在 掃地 機(jī) 上，由于單片機(jī)處理任務(wù)很多，因此選用專用的解碼芯片。發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調(diào)制、 LED 紅外發(fā)送器；接收部分包括光、電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路。 基于 以上優(yōu)點(diǎn)，故 采用紅外遙控裝置來控制智能 掃地 機(jī)的清掃方式及開機(jī)與關(guān)機(jī)。紅外遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)、成本低等特點(diǎn) ，繼彩電、錄像機(jī)之后， 紅外線遙控 在錄音機(jī)、音響設(shè)備、空調(diào)機(jī)以及玩具等其它小型電器裝置上也 實(shí)現(xiàn) 廣泛的應(yīng)用 。該電機(jī)可以由 PWM 信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)，允許的脈寬調(diào)制脈沖信號(hào)輸入 參數(shù)為：允許輸入 PWM 的頻率最大為 50kHz；高電平的輸入電壓范圍為 ~；低電平的輸入電壓為 0V~；輸入開路電壓為 ~5V。它具有直流電機(jī)良好的調(diào)速特性，但由于沒有換向器，因而可做成無接觸式，具