機(jī)械設(shè)計(jì)制造畢業(yè)論文-家居清潔衛(wèi)生機(jī)器人設(shè)計(jì)(參考版)
2025-06-10 05:42本頁面
【正文】 (3)在軟件設(shè)計(jì)方面，使用 KEIL 公司的 C51uVision4 集成開發(fā)環(huán)境實(shí)現(xiàn)軟件程序的設(shè)計(jì)和開發(fā)，并使用宏晶科技的 STCISP 軟件將程序燒入單片機(jī)中對(duì)硬件 調(diào)試，并進(jìn)一步驗(yàn)證了硬 件電路設(shè)計(jì)的合理性。 (2)在電路硬件設(shè)計(jì)方面，分別從主控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)部分、傳感器部分和電源部分幾大功能模塊說明了設(shè)計(jì)思想，方案論證和具體電路的實(shí)現(xiàn)。 結(jié) 論 采用了 STC89C52 單片機(jī)作為機(jī)器人核心控制芯片，使用了差速轉(zhuǎn)向式三輪機(jī)械結(jié)構(gòu)及紅外、碰撞傳感器，使得機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能完善，并且成本相對(duì)較低。考慮到傳感器價(jià)位和技 術(shù)水平的實(shí)際情況，用紅外傳感器和碰撞傳感器組成傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行探測(cè)是較好的選擇，紅外傳感器有一定的預(yù)瞻能力，機(jī)械式碰撞傳感器性能可靠。 避障處理 未知環(huán)境探測(cè) 清潔機(jī)器人被置于一個(gè)未知環(huán)境下，對(duì)環(huán)境一無所知，不存在任何先驗(yàn)信息， 包括環(huán)境大小、形狀、障礙物位置等等，而且環(huán)境中不存在如路標(biāo)等人為設(shè)定的 15 參照物。 14 圖 兩組 PWM 波產(chǎn)生程序流程圖 臺(tái)階檢測(cè) 清潔機(jī)器人在執(zhí)行清潔工作時(shí)，由于對(duì)環(huán)境沒有認(rèn)知性，在臺(tái)階和樓梯邊上有可能會(huì)跌倒，而損壞本身電子元件。 13 圖 多組并行 PWM 波產(chǎn)生原理圖 按照上述原理就可以產(chǎn)生兩組可變占空比的 PWM波，分別賦給 ENA和 ENB,就可以控制兩直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這里我們提出一種只 使用一個(gè)定時(shí)器便能產(chǎn)生多組 PWM 波的新方法。 PWM 波的產(chǎn)生可以采取延遲和定時(shí)器兩種方式實(shí)現(xiàn)。而且輸出的高電平與電平順序不一樣直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向也會(huì)不一樣。當(dāng)單片機(jī)的兩個(gè)控制 IO 口同時(shí)為高電平或 同時(shí)為低電平時(shí)電機(jī)都不能轉(zhuǎn)動(dòng)。其中，其中具體 L298N 控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的真值表如表 （只選取一路電機(jī)）。 12 第五章 清潔機(jī)器人軟件設(shè)計(jì) 行走電機(jī)控制程序 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制 清潔機(jī)器人左右輪分別有一直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，需要實(shí)現(xiàn)差速驅(qū)動(dòng)。 如果 PWM 脈沖為周期性的矩形脈沖，周期時(shí)間為 T，如圖 所示，則和此脈沖的等效直流電壓為： UTUtnTUntU ???? 000 (U 為矩形脈沖占空比 ) （ 43） 圖 周期性 PWM 矩形脈沖 占空比 ? 通常表示工作時(shí)間即開關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間與時(shí)間周期的比值。從而完成PWM 單元對(duì)智能清潔機(jī)器人的調(diào)速過程。直流電機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)就是易于調(diào)速，非常適合本系統(tǒng)對(duì)電機(jī)的快速控制要求 。第一種方法需要產(chǎn)生很多不同頻率的脈沖，條件相對(duì)苛刻，不容易實(shí)現(xiàn)，還會(huì)是電機(jī)振動(dòng)或發(fā)出噪聲。適合用于哪些載波頻率工作在較低頻率場(chǎng)合的系統(tǒng)。 圖 不同形狀的窄脈沖 當(dāng)它們分別加在具有慣性的同一環(huán)節(jié)上時(shí)，其輸出響應(yīng)波形如圖 所示。最常見的應(yīng)用是在逆變電路中，獲得了空前的發(fā)展，常見的方法可以總結(jié)為 8 種：等脈寬 PWM 法、 SPWM 法、線電壓控制 PWM、 10 電流控制 PWM、空間電壓矢量控制 PWM 法等等。其實(shí)現(xiàn)方式主要是通過使用高分辨率計(jì)數(shù)器，調(diào)制方波的占空比或者頻率來完成非一個(gè)具體模擬信號(hào)的控制。使用時(shí)不需要再外接元件，只需要給其提供 +5V 的電源就可以工作，但有效檢測(cè)距離較近，比較適用于機(jī)器人地盤用于臺(tái)階的檢測(cè)。其電路原理圖如圖 所示： 9 圖 紅外傳感器避障模塊電路 紅外臺(tái)階檢測(cè)傳感器 紅外臺(tái)階檢測(cè)使用集成的紅外傳感器，如圖 所示。 紅外傳感器 紅外避障傳感器模塊 該傳感器模塊對(duì)環(huán)境光線適應(yīng)能力強(qiáng)，其具有一對(duì)紅外線發(fā)射與接收管，發(fā)射管發(fā)射出一定頻率的紅外線，當(dāng)檢測(cè)方向遇到障礙物（反射面）時(shí)，紅外線反射回來被接收管接收，經(jīng)過比較器電路處理 之后，綠色指示燈會(huì)亮起，同時(shí)信號(hào)輸出接口輸出數(shù)字信號(hào)（一個(gè)低電平信號(hào)），可通過電位器旋鈕調(diào)節(jié)檢測(cè)距離，有效距離范圍 2～ 30cm，工作電壓為 。 因?yàn)榍鍜唠姍C(jī)和吸塵電機(jī)并不需要對(duì)速度進(jìn)行控制，同時(shí)也不需要經(jīng)常的停啟。 清潔機(jī)構(gòu)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 清潔機(jī)構(gòu)的邊刷電機(jī)和吸塵電機(jī)都是由繼電器驅(qū)動(dòng)的，單片 機(jī)的 I/O 口只需給出一個(gè)控制信號(hào)，經(jīng)三極管放大后驅(qū)動(dòng)繼電器，常開端口閉合就可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。 以下是對(duì)保護(hù)電路部分的介紹： 8 如圖 J1 和 J2 是兩個(gè)輸出端口是接電機(jī)線圈，勢(shì)必就會(huì)產(chǎn)生反電勢(shì)，對(duì) L298N 形成沖擊，易造成損壞，特別是對(duì)于大于電源電壓和負(fù)電壓更容易損壞 L298N，所以在每根線上都加上 2 個(gè)二極管 1N4007 進(jìn)行保護(hù)。該芯片的主要特點(diǎn)是 :工作電壓高 ， 最高工作電壓可達(dá) 46V； 輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為 2A；內(nèi)含兩個(gè) H 橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器、線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁 7 止器件工作；有一 個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測(cè)電阻，將變化量反饋給控制電路。其電路原理圖如圖 所示。 為了使運(yùn)行穩(wěn)定，單片機(jī)和電機(jī)的供電系統(tǒng)采用獨(dú)立供電的 方法。 （ 2）振蕩電路 單片機(jī)系 統(tǒng)里都有晶振，在單片機(jī)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(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)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(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率。上電復(fù)位是指單片機(jī)在接通電源時(shí)對(duì) MCU 自動(dòng)復(fù)位。 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng) （ 1）復(fù)位電路 為使單片機(jī)正常工作，必須保證良好的復(fù)位。 4）可直接使用串口下載； （ 3）器件參數(shù) 1）增強(qiáng)型 8051 單片機(jī)， 6 時(shí)鐘 /機(jī)器周
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