【正文】 內(nèi)置 PCM 頻率過濾器。TFMS5380 特點： （ 1） 單一的接收器和前置放大器的組合。 TFMS5380 是近期市場上最高效能的紅外接收器。發(fā)射電 路的調(diào)制采用的是時分制幅度鍵控調(diào)制方式。與非門的輸出信號用來控制三極管的開通或關(guān)斷，從而控制紅外發(fā)射管發(fā)送信息。 圖 46 紅外發(fā)射電路 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 17 由單片機(jī)的異步串行口 TX 輸出的串行數(shù)據(jù)信號，送到與非門 74HC00 的輸入端。經(jīng)脈沖分頻器 74LS92，六分頻成為 的脈沖信號。電路圖如 圖 45所示。經(jīng)考慮采用 4123 無極 12V直流控制 24V的交流繼電器，并利用光耦合器件 P521和 MCU隔開。本設(shè)計共需 2 個繼電器控制接觸器，一個接帶動清掃部件的電動機(jī)。當(dāng)輸入量變化到高于它的吸合值或低于它的釋放值時，繼電器動作，對于有觸頭式繼電器其觸頭閉合或斷開， 對于無觸頭式繼電器起輸出發(fā)生階躍變化，以此提供一定的邏輯變量。根據(jù)轉(zhuǎn)化的物理量的不同，可以構(gòu)成各種各樣的不同功能的繼電器，以用于各種控制電路中進(jìn)行信號傳遞、放大、轉(zhuǎn)換、連鎖等，從而控制主電路和輔助電路中的器件或設(shè)備按預(yù)定的動作程序進(jìn)行工作，實現(xiàn)自動控制和保護(hù)的目的。 繼電器控制電路 在電氣控制領(lǐng)域或產(chǎn)品中，凡是需要邏輯控制的場合，幾乎都需要使用繼電器，從家用電器到工農(nóng)業(yè)應(yīng)用，甚至國民經(jīng)濟(jì)各個部門，可謂無所不見。當(dāng)觸碰到障礙物時，探測簧片被壓下，傳感器的 1腳和 3 腳導(dǎo)通，工作電路形成回路， OUT1 端輸出低電平，指示燈 L1 被點亮。鑒于清潔機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊湊、便于裝卸的要求，本文選擇RV1631C25 型微動開關(guān)作為接觸傳感器，該型號開關(guān)結(jié)構(gòu)小巧，使用簡單可靠，信號無需調(diào)理。 圖 42 回波接收電路 J 1 7R E D 1R 1 52 7 0R 1 62 0 KV C CR 1 81 0 KGATE_VR 1 72 KZ H I S H IL 3L E DO U T 1+U 6 AL M 2 3 4123 圖 43 紅外光電傳感器檢測電路 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 15 接觸傳感器檢測電路 接觸傳感器通過與目標(biāo)物體的接觸來識別障礙物。紅外光電傳感器檢測單元信號處理電路如圖 43 所示，圖中 J17 為紅外光電傳感器接口（其引腳 2 分別紅外光電傳感器的發(fā)射腳和接收腳，引腳 3 為紅外光電傳感器的發(fā)射管和接收管共用接地端）， OUT1 接控制器 口（另外五路檢測單元分別接控制器的 ~口）， ZHISHI1 為其它五組檢測單元 LED 指示燈共用端， R15 為發(fā)射限流電阻（用以將發(fā)射管的發(fā)射電流限定在 10~20mA 左右）。為了濾去干擾信號，電路中還適當(dāng)接入了一些電容。接收器接收到的超聲回波也是 mv 級的，為了能夠觸發(fā)中斷，需要對此信號進(jìn)行放大、整形，其信號接收電路如圖 42 所示，圖中 J1 的 2引腳分別接超聲波接收器的兩個端腳， INT1接控制器 。 傳感器系統(tǒng)電路 超聲波傳感器檢測電路 超聲波發(fā)射脈沖是由 口輸出的，由于 P3 口的輸出電流最大不過 20mA，無法直接驅(qū)動超聲波發(fā)射器發(fā)出超聲波束，因此需要加入放大電路以增強(qiáng)驅(qū)動能力。 P0 口用于數(shù)碼管顯示， P1 口用于電動機(jī)的 PWM 驅(qū)動控制， P P3 口用于傳感器的數(shù)據(jù)采集與中斷控制。通過軟件編程實現(xiàn)清掃機(jī)行進(jìn)、執(zhí)行清掃任務(wù)、繞障、停止的精確控制以及檢測數(shù)據(jù)的存儲 、顯示。 用光電編碼器檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 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)？ 右后轉(zhuǎn)前進(jìn) N N N Y Y Y 圖 36 清掃避障流程圖 左 后轉(zhuǎn)前進(jìn) 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 13 4 自動掃地機(jī)硬件電路設(shè)計 系統(tǒng)總體設(shè)計 本設(shè)計以 AT89C51 單片機(jī)作為檢測和控制核心。 （ 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(jī)調(diào)速模塊來控制左右輪速度，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。 （ 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(qiáng)相對應(yīng)的電流，電流經(jīng) LM358 組成的兩極放大電路放大后，輸出一個模擬電壓，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后輸入單片機(jī)。軟件流程如圖 35 所示。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(jī)的電流值 ； 對輸出脈沖信號的數(shù)據(jù)進(jìn)行 FFT變換 ， 求出基波的頻率 ， 再根據(jù)電機(jī)的具體型號乘以一個系數(shù)得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 驅(qū)動系統(tǒng)流程 首先是系統(tǒng)初始化工作 ， 即設(shè)置寄存器、配置 GPIO、定時器、 A/D 轉(zhuǎn)換器和外部中斷、啟動 A/D 轉(zhuǎn)換。串口中斷用于接收按鍵代碼并設(shè)置相關(guān)標(biāo)志位。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(shè)置相關(guān)標(biāo)志位。 1 min 之內(nèi)無按鍵，則遙控器進(jìn)入低功耗狀態(tài)。 紅外遙控系統(tǒng)流程 發(fā)射電路主程序的流程圖如圖 33 所示主程序中設(shè)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 2021b/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。 （ 3） 當(dāng)接收到前進(jìn)指令時，啟動驅(qū)動系統(tǒng)。本過程主要是通過單設(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 級設(shè) 置 顯 示 、 定 時 、啟 動 停 止 標(biāo) 志 位定 時 顯 示 否 ？2 位 L E D 顯 示 時 間有 鍵 按 下 否 ？1 分 鐘 到 否 ？進(jìn) 入 低 功 耗恢 復(fù) R 5YNNYYN 圖 33 紅外發(fā)射電路流程圖 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 10 片機(jī)控制 各傳感器及傳感器向單片機(jī)反饋來實現(xiàn)。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(jī)控制系統(tǒng)反饋實現(xiàn)。 （ 1） 首先，啟動清掃機(jī)電源 ， 使各模塊持續(xù)供電。 總體軟件流程 開始 圖 32 總流程圖 初始化并開中斷 啟動各電路模塊 收到前進(jìn)命令？ 啟動驅(qū)動系統(tǒng) 遇到障礙？ 前進(jìn) 啟動清掃和避障系統(tǒng) 結(jié)束 Y N Y N 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 9 總流程圖如圖 32 所示，是整個清掃機(jī)運(yùn)行過程的流程圖。 軟件流程設(shè)計 本系統(tǒng)軟件設(shè)計采用匯編語言相結(jié)合的方式。 AT89C51 與其它各部分電路的關(guān)系為 ： 通過紅外接收模塊接收來自遙控器的命令 ； 通過各個傳感器接收外部環(huán)圖 31 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 總框圖 單 片 機(jī) 看門狗電路 PWM調(diào)速電路 紅外接收電路 電機(jī) 液晶 顯示電路 繼電器控制電路 各傳感器電路 清掃部件電機(jī) 垃圾箱蓋 電機(jī) 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 8 境的狀態(tài)信息 ； 通過 2 路 PWM 信號給電機(jī)提供電壓 ， 控制輪子的速度和方向 ；由 I/O 口信號控制三極管進(jìn)而控制繼電器驅(qū)動清掃、吸塵電機(jī) ； 通過捕獲 2 個電機(jī)編碼器信號檢測輪速 ； 通過多個 I/O 口控制 LCD； 利用串口變并口芯片控制多個 LED 指示燈和按鍵等。輪子電機(jī)、吸塵電機(jī)和毛刷電機(jī)使用的都是無刷直流電機(jī) ； 傳感器部分即檢測子系統(tǒng) ， 主要為了保障機(jī)器人能夠安全地工作 ； 輸入輸出部分包括遙控子系統(tǒng)和顯示子系統(tǒng) ， 能夠較好地實現(xiàn)人機(jī)交互的功能 ； 電源部分采用可充電的 12 伏鋰電池。吸塵系統(tǒng)用電機(jī)帶動清掃刷的轉(zhuǎn)動 ， 清掃灰塵并將灰塵集中于吸風(fēng)口處 ， 由吸塵機(jī)構(gòu)制造強(qiáng)大的吸力將灰塵吸入灰塵存儲箱中。執(zhí)行電機(jī)部分是吸塵機(jī)器人的主要構(gòu)成部分 ， 包括行走驅(qū)動子系統(tǒng)和吸塵子系統(tǒng)。 組成結(jié)構(gòu) 自動掃地機(jī)由 5 部分組成 ： 系 統(tǒng)主控制部分、執(zhí)行電機(jī)部分、傳感器部分、輸入輸出部分和電源部分 。 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 7 3 自動掃地機(jī)總體設(shè)計 總體設(shè)計目標(biāo)是設(shè)計一個具有自主清掃、避障、 卡住報警、塵倉滿倉檢測等功能 ， 能夠在無人干預(yù)情況下自主完成室內(nèi)清掃工作 ， 也可以人為通過紅外遙控器控制其狀態(tài)的機(jī)器人系統(tǒng)。復(fù)位后， PC 指向 0000H 單元，使單片機(jī)從起始地址 0000H 單元開始重新執(zhí)行程序。當(dāng)振蕩電路工作，并且在 RST 引腳上加一個至少保持 2 個機(jī)器周期的高電平時，就能使 AT89C51 完成一次復(fù)位。 AT89C51 的基本操作 在 X1 和 X2 之間接一只石英振蕩晶體構(gòu)成了單片機(jī)的時鐘電路，它還有另一種接法， 是把外部振蕩器的信號直接連接到 XTAL1 端， XTAL2 端懸空不用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件， XTAL2 應(yīng)不接。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 EA /VPP ：當(dāng) EA 保 持 低 電 平 時 ， 則 在 此 期 間 外 部 程 序 存 儲 器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器 周期兩次 PSEN 有效。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表 所示： ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。當(dāng) P3 口寫入 ―1‖后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。對端口寫 ―1‖，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部 信號拉低時會輸出一個電流（ IIL）。在 FLASH編程和校驗時， P1 口作為低八位地址接收。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的低八位。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 4 AT89C51 引腳功能說明 VCC：供電電壓。空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 AT89C51 主要特性 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz 三級程序存儲器鎖定 1288 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 5 個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 AT89C51 功能特性概述 AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4K字節(jié) Flash閃速存儲器， 128字節(jié)內(nèi)部 RAM，32 個 I/0 口線，兩個 16 位定時 /計數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51是一 種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡版本。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 1000 次。 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 3 2 關(guān)于單片機(jī) AT89C51 簡介 AT89C51 是一種 帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲器（ FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。其中在實現(xiàn)生活中的家用吸塵器機(jī)器人清理房間的過程中，利用了機(jī)器人自身的多傳感系統(tǒng)、運(yùn)動控制系統(tǒng)和自主蔽障系統(tǒng)等。 研究內(nèi)容 總體方案是設(shè)計一個自主控機(jī)器人，在一個平面結(jié)構(gòu)的房間內(nèi)運(yùn)動，移動機(jī)器人本體，完成自主移動、避障、遍歷房間功能。 融合現(xiàn)代傳感器以及機(jī)器人領(lǐng)域的 關(guān)鍵技術(shù)，本課題旨在開發(fā) 一部價格便 宜，全區(qū)域蓋，能夠充分滿足家庭需求且方便適用的智能家鹿清掃機(jī)器人。性市場前景角度講，自主吸塵器將大大降低勞動強(qiáng)度、提高勞動效率，適 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 2 用于家庭和公共場館的室內(nèi)清潔。 研究的目的和意義 自動掃地機(jī) 將移動機(jī)器人技術(shù)和吸塵器技術(shù)有機(jī)地融臺起來，實現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境 （地面）的半自動或全自動清潔，替代傳統(tǒng)繁重的人工清潔工作近年來已受到國 內(nèi)外的研究人員重視。 國內(nèi)市場上推出了很多自動掃地機(jī)，價格不算太貴，可以自動清掃，防止樓梯跌