【正文】 性高且價廉的方案。同時， AT89C51 可將至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。掉電方 式保存 RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。 GND：接地。當(dāng) P0 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須接上拉電阻。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口： P2 口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。 3 93 83 73 63 53 43 33 22 12 22 32 42 52 62 72 84 04 11 01 13 02 9123456781 31 21 51 43 11 91 891 71 6P 0 0P 0 1P 0 2P 0 3P 0 4P 0 5P 0 6P 0 7P 2 0P 2 1P 2 2P 2 3P 2 4P 2 5P 2 6P 2 7V S SV C CR X DT X DA L E / PP S E NP 1 0P 1 1P 1 2P 1 3P 1 4P 1 5P 1 6P 1 7I N T 1I N T 0T 1T 0E A / V PX 1X 2R E S E TR DW RAT89C51 圖 21 AT89C51 芯片 引腳圖 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 5 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻 的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL門電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。另外，該引腳被略微拉高。 PSEN ：外部程序存儲器的選通信號。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲 器時，這兩次有效的 PSEN 信號將不出現(xiàn)。注意加密方式 1 時， EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。 表 端口引腳第二功能表 端 口 引 腳 第 二 功 能 RXD （串行輸入口） TXD （串行輸出口） 0INT （外中斷 0） 1INT （外中斷 1） T0 （定時 /計數(shù)器 0） T1 （定時 /計數(shù)器 1） WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 6 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 振蕩器特性 ： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 AT89C51 復(fù)位引腳 RST/VP 通過片內(nèi)一個施密特觸發(fā)器 （ 抑制噪聲作用 ） 與片內(nèi)復(fù)位電路相連，施密特觸發(fā)器的輸出在每一個機器周期由復(fù)位電路采樣一次。 復(fù)位不影響 RAM 的內(nèi)容。所以，當(dāng)單片機運行出錯或進入死循環(huán)時，可按復(fù)位鍵重新啟動。同時 ， 為使機器人高效、可靠地完成作業(yè) ， 在其內(nèi)部嵌入路徑覆蓋算法 ， 使它脫離隨機清掃的模式 ， 能夠記憶已走過的路徑和遇到的障礙物位置 ， 不遺漏地進行全區(qū)域清掃和不重復(fù)遇到同一個障礙物 ， 實現(xiàn)高覆蓋率、低重復(fù)率的清掃過程。 主控系 統(tǒng)使用單片機 AT89C51 控制 ， 包括紅外遙控接收模塊 ， 對輸入輸出器件的操作 ， 對執(zhí)行電機的控制 ， 以及對傳感器的響應(yīng)等。行走結(jié)構(gòu)采用輪式結(jié)構(gòu) ， 圓形殼體 ， 底盤為三輪電動小車 ， 前面兩輪由兩個電機獨立驅(qū)動 ， 后輪為萬向輪。在清掃吸塵之后 ， 利用安裝在 殼體下面的清潔布擦除殘留在地面上的細(xì)小灰塵。 系統(tǒng)的主控部分 本設(shè)計選用 AT89C4051 單片機作為控制器。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 31 所示。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。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。 （ 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。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。啟動紅外接收系統(tǒng)，等待接收紅外信號。 （ 4） 當(dāng)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(guān)鍵，此過程包括清掃命令接收判斷及 是否遇到障礙物判斷。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。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。 部分程序如下： MOV TMOD,22 ；設(shè)置定時器 T0 和 T1 工作方式 2 MOV TH0,0F3H ；產(chǎn)生 38kHz 載波信號的時間常數(shù)送給 T0 MOV TL0,0F3H MOV TH1,0E03 ；產(chǎn)生 2022b/s 的波特率的時間常數(shù)送給 T1 MOV TL1,0E0H MOV SCON,60H ；設(shè)置串 口工作于方式 1 ORL PCON,80H ； SMOD 置 1 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(shè)置為高優(yōu)先級 設(shè)置定時、啟動停止標(biāo)志位 設(shè)置調(diào)速和定時控制初值 圖 34 紅外接受電路流程圖 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 11 SETB 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(shè)置為高優(yōu)先級 接收電路主程序的流程圖如圖 34 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)。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(dǎo)通角，并判斷是否有定時，進而控制電機的運轉(zhuǎn)時間 。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。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 Y N 圖 35 驅(qū)動系統(tǒng)流程 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 12 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。 清掃避障系統(tǒng)流程 清掃壁障流程圖如圖 36，該流程是智能清掃機執(zhí)行清掃命令及躲避障礙的流程。 （ 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。 （ 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)。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。用超聲波傳感器、紅外光電傳感器、接觸傳感器完成自動避障 。利用 PWM（ 脈寬調(diào)制 ） 技術(shù)動態(tài)控制電動機的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)速。通過對電路的優(yōu)化組合 ， 可以最大限度地利用 AT89C51 單片機的全部資源。這樣做的優(yōu)點是：充分利用了單片機的內(nèi)部資源 ， 降低了總體設(shè)計的成本。圖 41 為發(fā)射波驅(qū)動電路，圖中 J2 的 2 引腳分別接超聲波發(fā)生器的兩個端腳， PULSE 接控制器 口，這里采用了兩級與非門 74LS00 來增強驅(qū)動能力， 電路簡單實用。采用放大器 LM324將接收信號兩級放大，放大信號經(jīng)過比較器 LM339 調(diào)理成方脈沖，再經(jīng)過非門74HC14 整形后送入控制器外部中斷 INT1 口，觸發(fā)外部中斷。 圖 41 發(fā)射波驅(qū)動電路 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 14 紅外光電傳感器檢測電路 本文選用 JY043W 型紅外反射式傳感器。當(dāng)接收管接收到反射回來的紅外光時，接收管導(dǎo)通，比較器 LM324 的 3 端輸入低電平，使得 3 端電壓小于 2 端的門檻電壓，則輸出端 1 腳輸出低電平，指示燈 L3 被點亮。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，環(huán)境適應(yīng)性強。接觸傳感器檢測單元的接口電路如圖 44 所示，圖中 OUT7 接控制器 口端口（另一檢測單元接 口）， R1 為指示燈 L1 的限流電阻， A1為接觸傳感器，其 1 腳接地。OUT1 端輸出的低電平能夠直接被控制器識別。繼電器是一種利用各種物理量的變化，將電量或非電量信號轉(zhuǎn)化為電磁力（有觸頭式）或使輸出狀態(tài)發(fā)生階躍變化（無觸頭式），從而通過其觸頭或突變量促使在同一 圖 45 繼電器控制電路 V C C2 KR 1L 1L E DA 1C o n t a c tO U T 7 圖 44 接觸傳感器檢測單元接口電路 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 16 電路或另一電路中的其它器件或裝置動作的一種控制元件。被轉(zhuǎn)化或施加于繼電器的電量或非電量稱為繼電器的激勵量，當(dāng)繼電器被激勵，從一個起始位置達(dá)到預(yù)定的工作位置，并完成電路的切換動作，稱為繼電器的工作特性，包括吸合和松開，保持與釋放狀態(tài)。 智能清掃機是把垃圾送到垃圾箱，在 執(zhí)行清掃動作時垃圾箱閉合，向垃圾箱投放垃圾時需要打開，將垃圾送到垃圾漏斗。另一個控制垃圾箱蓋閉合。 89C51的 P1 初始值為 0FFH，所以加一個 74LS04 反相器使得繼電器初始不產(chǎn)生閉合，使用 MC1413 為無源驅(qū)動器， IN4007 組成繼電器的續(xù)流二極管。 紅外控制系統(tǒng)電路 紅外發(fā)射電路由 455KHZ 的晶振 CRY，反相器 74HC04 及電阻、電容構(gòu)成的振蕩器產(chǎn)生 455KHZ的方波信號。再經(jīng)過 D 觸發(fā)器構(gòu)成的 2 分頻 /整形電路變成 38KHZ 的方波信號。與非門的另一輸入端接 38KHZ 的載波信號。這樣就達(dá)到了用串行口 TX 輸出的串行數(shù)據(jù)信號直接調(diào)制載波，進行紅外數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康摹? 設(shè)計中采用一 種高效能的紅外接收器 —— TFMS5380。同一組件內(nèi)已裝上了接收二級管和前置放大器。 （ 2） 超敏感度和傳送距離。 （ 4） 無外置組件需要。 （ 6） TTL 及 CMOS 兼容，適用于微處理器操作控制。 （ 8） 低功耗。 TFMS5380 適用于數(shù)據(jù)傳送、電視機、錄像機、組合音響及衛(wèi)星接收器等 。如圖 47 所示 該接收電路要求被接收的紅外光波長在 950um 左右，被調(diào)制信號的脈沖寬度不小于 600us。實驗證明， TFMS5380 的性能良好，完全可以滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?IMP813L 剛好能滿足這些要求，下面具體介紹該芯片的性能特點及使用方法。 IMP813L 的性能特點： IMP813L 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 48 所示，具有以下主要性能特點：由圖可知該芯片具有以下主要性能特點： （ 1） 復(fù)位輸出。 （ 2） 看門狗電路輸出。 （ 3） 手動復(fù)位輸入，低電平有效，即第 1 腳輸入一個低電平，則 第 7 腳產(chǎn)生復(fù)位輸出。當(dāng)?shù)?4 腳電壓低于 時，第 5 腳輸出一個低電平信號。圖中單片機以 AT89C51 為例，IMP813L 的第 1 腳與第 8 腳相連。在軟件設(shè)計中， 不斷輸出脈沖信號，如果因某種原因單片機進入死循環(huán)，則 無脈沖輸出。另外，當(dāng)電源電壓低于門限值 時，IMP813L 也產(chǎn)生復(fù)位輸出，使單片機處于復(fù)位狀態(tài)，不執(zhí)行任何指令，直至電源電壓恢復(fù)正常，可有效防止因電源電壓較低時單片機產(chǎn)生錯誤的動作。當(dāng) PFI 低于1． 25V 時，電源故障輸出腳第 5 腳 PF0 變低，可引起 AT89C51 中斷，進行電源IM P 813 LW D IPF OR ESETGN DVc cPF IMR W D O圖 48 IMP813L 芯片 安徽理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 19 故障處理，或?qū)⒅匾獢?shù)據(jù)保存下來。 IMP813L 是一體積小、功耗低、性價比高的帶看門狗和電源監(jiān)控功能的復(fù)位芯片；它使用簡單、方便，它所提供的復(fù)位信號為高電