【正文】 保護(hù)電路部分的主要構(gòu)成為八只1N4007整流二極管組成。當(dāng)反電勢(shì)為負(fù)，上端二極管導(dǎo)通。以下是對(duì)保護(hù)電路部分的介紹：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)。ININOUTOUT4與ININOUTOUT2的原理完全相同。在這兩種情況之下由于OUT1與OUT2的點(diǎn)位相同故不能驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)從IN2輸入高電位時(shí)“2”與門輸出高電平，它下面的與門輸出低電平，故處于上面的三極管導(dǎo)通下面的一只截止，OUT2端口輸出高電平。當(dāng)從IN1輸入高電位時(shí)“1”與門輸出高電平，它下面的與門輸出低電平，故處于上面的三極管導(dǎo)通下面的一只截止，OUT1端口輸出高電平。ENA常處于高電位（5V）。 L298N內(nèi)部電路其工作原理是：L298N內(nèi)部集成了兩個(gè)由四只NPN型三極管組成的H橋電路（A、B）。這種驅(qū)動(dòng)電路可以很方便實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行，分別對(duì)應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動(dòng)。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(lái)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。所以該電源模塊設(shè)計(jì)為兩路穩(wěn)壓5V輸出。 電源轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)電源是任何一個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提條件，本設(shè)計(jì)采用以LM7805CV穩(wěn)壓芯片為核心設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓電源，其工作原理為：，經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓芯片LM7805CV轉(zhuǎn)換后輸出穩(wěn)定的5V電壓。（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。當(dāng)電源剛接通時(shí)，電容C3對(duì)下拉電阻開始充電，由于電容兩邊的電壓不能突變，所以RST端維持高電平，實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)的上電復(fù)位，即接通電源就完成對(duì)系統(tǒng)的初始化。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。 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)器周期和12 時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意 選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.2）工作電壓：～（5V單片機(jī)）/～（3V 單片機(jī)）3） 工作頻率范圍：0～40MHz，相當(dāng)于普通8051 的0～80MHz，實(shí)際工作 頻率可達(dá)48MHz4）用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)5）片上集成512 字節(jié)RAM6）通用I/O 口（32 個(gè)），復(fù)位后為：P0/P1/P2/P3 是準(zhǔn)雙向口/弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻7）ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器可通過(guò)串口（RxD/,TxD/）直接下載用戶程 序，數(shù)秒即可完成一片8） 具有EEPROM 功能10）共3 個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。（1）標(biāo)準(zhǔn)功能具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。STC89C52使用經(jīng)典的MCS51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。以下是對(duì)該單片機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。（4） 電機(jī)驅(qū)動(dòng)：主要由行走電機(jī)驅(qū)動(dòng)、毛刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)和吸塵電機(jī)驅(qū)動(dòng)組成，其中行走電機(jī)主要控制左右行走輪從而帶動(dòng)清潔機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，毛刷電機(jī)和吸塵電機(jī)負(fù)責(zé)清潔除塵工作。（2） 傳感器：主要由紅外避障傳感器、紅外防跌倒傳感器、碰撞傳感器組成，這些傳感器用來(lái)控制小車的行走方向以及實(shí)現(xiàn)避障、防跌倒功能。 因此，方案三在小系統(tǒng)中非常適用，采用方案三。用紅外對(duì)管傳感器采集信息，以紅外線為介質(zhì)測(cè)量判斷障礙，從而達(dá)到避障的效果。方案三：采用紅外對(duì)管傳感器。激光測(cè)距雖然原理簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是因?yàn)榧す鉁y(cè)距傳感器售價(jià)太高，不適合自主設(shè)計(jì)使用。本系統(tǒng)屬于小型控制系統(tǒng)，用單片機(jī)作為控制芯片非常合適，因此采用方案三。而且單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制。FPGA采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制核心。下面列出三種控制器的選擇方案：用控制芯片控制清潔機(jī)器人的系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來(lái)解決復(fù)雜的硬件電路部分，使系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)潔化，適應(yīng)科技先進(jìn)性，而且各類功能易于實(shí)現(xiàn)，能很好地滿足題目的要求。方案二：采用智能控制器控制清潔機(jī)器人運(yùn)行這種方案下，所有控制電路都要手工制作，非常復(fù)雜，規(guī)模大不易實(shí)施，而且這種控制電路精度不高，反應(yīng)不夠靈敏，可行性差。方案一：采用組合邏輯電路控制清潔機(jī)器人運(yùn)行第三章對(duì)清潔機(jī)器人的硬件控制電路進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，包括單片機(jī)系統(tǒng)、傳感器器系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路以及主要控制芯片的介紹等。主要內(nèi)容安排如下：第一章闡述了智能清潔機(jī)器人的相關(guān)概念，分析了清潔機(jī)器人國(guó)內(nèi)外的研究 動(dòng)態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)，提出了課題的研究背景、意義和主要內(nèi)容。它能夠設(shè)定時(shí)間對(duì)清掃區(qū)域進(jìn)行清掃，同時(shí)可以通過(guò)配置紅外線虛擬器，阻止機(jī)器人進(jìn)行無(wú)需清掃區(qū)域，實(shí)現(xiàn)清掃的目的。現(xiàn)在市場(chǎng)上，海爾公司的SWRC1清潔機(jī)器人在功能上相對(duì)比較健全。這種智能吸塵機(jī)器人工作時(shí)，首先進(jìn)行環(huán)境學(xué)習(xí)：利用超聲波傳感器測(cè)距，與墻保持一定距離行走，在清潔這些角落的同時(shí)獲得房間的尺寸信息，從而決定清掃時(shí)間；之后，利用隨機(jī)和局部遍歷規(guī)劃相結(jié)合的策略產(chǎn)生高效的清掃路徑；清掃結(jié)束以后，自行回到充電座補(bǔ)充電力。該機(jī)器人具有如下特點(diǎn)：采用全方位移動(dòng)技術(shù)，使機(jī)器人可執(zhí)行對(duì)狹窄區(qū)域等死區(qū)的清掃任務(wù)；采用開放式機(jī)器人鉸制結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)硬件可擴(kuò)展，軟件可移植、可繼承，使機(jī)器人作為服務(wù)載體具有更好的功能適應(yīng)性；在擁擠環(huán)境下的實(shí)時(shí)避障功能，能更好地適應(yīng)不斷變化的清掃工作環(huán)境；遙控操作和自主運(yùn)動(dòng)兩種運(yùn)行方式；吸塵機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)吸塵腔路的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，提高了吸塵效率。對(duì)清潔機(jī)器人相關(guān)技術(shù)，如機(jī)器感知、機(jī)器人導(dǎo)航和定位與路徑規(guī)劃、機(jī)器人控制、電源與電源管理、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)等技術(shù)的研究則更多，這些都為清潔機(jī)器人的研究開發(fā)和推廣奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)。由于能夠在完成任務(wù)后自動(dòng)切斷電源，所以在外出期間可以讓Roomba在家進(jìn)行清掃。只要按下開關(guān)，Roomba就會(huì)全自動(dòng)在指定的區(qū)域吸塵打掃，碰到障礙物會(huì)自動(dòng)躲避，遇到樓梯或臺(tái)階也會(huì)自動(dòng)偵測(cè)而不會(huì)掉下去。2002年９月清潔機(jī)器人＂Roomba”在美國(guó)面市，運(yùn)用人工智能運(yùn)轉(zhuǎn)與導(dǎo)航偵測(cè)技術(shù)，搭配獨(dú)有的真空吸孔與旋轉(zhuǎn)刷，清潔效果特別好。 “三葉蟲”20世紀(jì)90年代，美國(guó)就推出了地面清潔機(jī)器人為了限制“三葉蟲”的活動(dòng)范圍，用戶需要在樓梯間或其它沒(méi)有天然障礙物的地方，貼上特制的可粘式磁帶?！叭~蟲”內(nèi)置搜索雷達(dá)，可以迅速地探測(cè)到并避開桌腿、玻璃器皿、寵物或任何其它障礙物。COCORORO采用超聲波傳感器進(jìn)行避障，所以它在清潔地板時(shí)不會(huì)碰到家居和寵物。COCORORO圓盤狀的外形保證了它在地板上能夠出入各種縫隙，機(jī)身頂部的LED燈能夠顯示不同的顏色變換“心情”，或者根據(jù)遙控操作做出回應(yīng)；同時(shí)它能夠聽懂使用者的簡(jiǎn)單日語(yǔ)，并對(duì)一些語(yǔ)音命令做出相應(yīng)的動(dòng)作。機(jī)器人中的感知系統(tǒng)采用光纖陀螺和超聲波傳感器，自動(dòng)清洗系統(tǒng)有兩種，一種是“面積設(shè)定模式”,即將待清洗的面積分為若干個(gè)單位面積,按照其存儲(chǔ)器中的單位面積識(shí)別其行使路線，機(jī)器人還可利用其傳感器識(shí)別和躲避障礙物；另一種叫“路徑地圖模式”，機(jī)器人按照內(nèi)裝的路徑地圖行使，機(jī)器人可存9幅地圖，并可利用IC卡作為外存，在該模式下，機(jī)器人不會(huì)避障，僅適用于需要反復(fù)擦洗的指定地段。充電站會(huì)一直發(fā)射紅外定位和導(dǎo)航信號(hào)來(lái)指引機(jī)器人回到充電站完成充電和垃圾處理的任務(wù)；同時(shí)能夠根據(jù)用戶設(shè)定的信息來(lái)控制機(jī)器人完成相應(yīng)的操作。同時(shí)，它設(shè)置四種不同的清潔方式，根據(jù)地板的清潔狀況，可以選擇合適的清潔方式；內(nèi)置光敏傳感器，在遇到樓梯與臺(tái)階時(shí)，能夠自動(dòng)避讓，不會(huì)跌落。它的移動(dòng)方式是隨機(jī)的，當(dāng)遇到障礙物時(shí)，它會(huì)隨機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，然后繼續(xù)直走，直到遇到新的障礙物。 國(guó)內(nèi)外研究狀況 國(guó)外產(chǎn)品研究現(xiàn)狀在國(guó)外，美國(guó)、日本、韓國(guó)、歐洲等對(duì)清潔機(jī)器人進(jìn)行大量的研究和推廣。3)吸塵機(jī)器人的任務(wù)是清掃地面，工作的對(duì)象是地面的灰塵、紙屑以及其他 一些小尺寸物體，而大尺寸物體不作為吸塵機(jī)器人的處理對(duì)象。環(huán)境的共同特征為有限的封閉空間、平整的地板以及 走動(dòng)的人員，因此可以歸結(jié)為復(fù)雜多變、結(jié)構(gòu)化的動(dòng)態(tài)環(huán)境。 清潔機(jī)器人特點(diǎn)吸塵式清潔機(jī)器人一般具有如下的特點(diǎn):1)吸塵機(jī)器人自帶電源，小巧輕便、操作簡(jiǎn)單、自主性強(qiáng)、具有很強(qiáng)的實(shí)用 性。第四、由于生活節(jié)奏的加快和工作的壓力，也使得年輕人沒(méi)有更多時(shí)間陪伴自己的孩子，而且中國(guó)多年的計(jì)劃生育政策之后，己經(jīng)形成了人口倒金字塔結(jié)構(gòu)，使得年輕人沒(méi)有更多時(shí)間陪伴自己的孩子，家庭護(hù)理機(jī)器人、玩具機(jī)器人、安控機(jī)器人也成為當(dāng)前社會(huì)的需要。隨著老齡人口的比例上升和殘疾人數(shù)的增多，更多的老人和殘疾人需要照顧，社會(huì)保障和服務(wù)的需求也更加緊迫。第三、需要服務(wù)機(jī)器人來(lái)照顧老齡人和殘疾人。第二、需要服務(wù)機(jī)器人替代人類從事危險(xiǎn)的工作。. 2 服務(wù)機(jī)器人出現(xiàn)原因以往的服務(wù)機(jī)器人的研究和開發(fā)主要在大學(xué)和研究所中進(jìn)行，目前，越來(lái)越受 到企業(yè)和商業(yè)界的重視，這主要是其所具有廣大市場(chǎng)和巨大利潤(rùn)所致。中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院發(fā)布的《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》對(duì)服務(wù)機(jī)器人的定義為：“智能服務(wù)機(jī)器人是在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下為人類提供必要服務(wù)的多種高技術(shù)集成的智能化裝備”。國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)對(duì)服務(wù)機(jī)器人給出的一個(gè)初步定義為：“服務(wù)機(jī)器人是一種半自主或全自主工作的機(jī)器人，它能夠完成有益于人類健康的服務(wù)工作，但不包括從事生產(chǎn)的設(shè)備”。包括清潔機(jī)器人在內(nèi)的各種可以直接或者間接為人類服務(wù)的機(jī)器人都屬于服務(wù)機(jī)器人的范疇。與此同時(shí)，機(jī)器人的概念也越來(lái)越寬，己從狹義的機(jī)器人，開始向機(jī)器人技術(shù)擴(kuò)展。全自主移動(dòng)機(jī)器人涉及諸如驅(qū)動(dòng)器控制、傳感器數(shù)據(jù)融合、圖像處理、模式識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等許多方面的研究。適應(yīng)性是指它可以實(shí)時(shí)識(shí)別和測(cè)量周圍的物體，根據(jù)環(huán)境的變化，調(diào)節(jié)自身的參數(shù)、調(diào)整動(dòng)作策略以及處理緊急情況。全自主移動(dòng)機(jī)器人的最重要的特點(diǎn)在于它的自主性和適應(yīng)性。半自主機(jī)器人具有了部分處理和決策功能，能夠獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)一些諸如軌跡規(guī)劃、簡(jiǎn)單的避障等功能，但是還要受到外部的控制。機(jī)器人按照智能化程度的高低，可以分為外部受控機(jī)器人、半自主機(jī)器人和全自主機(jī)器人。第二代機(jī)器人是裝有小型計(jì)算機(jī)和傳感器的離散編程的工業(yè)機(jī)器人，它能感知外界信息并進(jìn)行“思維”，它比第一代機(jī)器人更靈活、更能適應(yīng)環(huán)境變化的需求。第一代機(jī)器人是示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人，它們裝有記憶存儲(chǔ)器，由人將作業(yè)的各種要求示范給機(jī)器人，使之記住操作的程序和要領(lǐng)。使它能夠代替人們完成家庭清掃工作，使科技能夠更好地為人類服務(wù)。清潔機(jī)器人作為家庭服務(wù)機(jī)器人的一員，結(jié)合了傳感器、移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地面的半自動(dòng)或全自動(dòng)清潔，替代人類完成繁重的清潔工作。兩年前，家庭服務(wù)機(jī)器人的概念還和普通老百姓的生活相隔甚遠(yuǎn)，廣大消費(fèi)者還體會(huì)不到家庭服務(wù)機(jī)器人的科技進(jìn)步給生活帶來(lái)的便捷。AbstractCleaning robot is a bin