自动扫地机的设计(附件)
摘 要本文主要设计并制作一个简易自动清扫机。而国内外对于自动扫地机的研究早已从上世纪就已开始，而且成果显著。本自动清扫机具有规划清扫路径、对地面垃圾的自动识别、智能防撞防跌落、自回充电的功能。本文以自动清扫机为研究对象，就其电路系统展开了介绍以及研究，其中囊括主控电路、防撞检测电路、防跌落检测电路、电压检测电路、稳压电路。它能够达到解放人们双手，使人们从烦躁的清扫工作中解放出来，当机器的电量不足时，自动扫地机会自动寻到充电座，然后进行充电，当电池充满后继续工作。本机采用STC89C52单片机为核心控制元件，以科沃斯吸尘电机为主要清扫器件，后通过LM393以及L9110等一系列原器件来组成它的各个电路，虽然它只是一个入门级的单片机，但是它具有低成本、高效率、易于编程的有点，因此有非常大的应用前景。本设计的编程语言采用C语言进行编程，C语言是高级语言，它具有可移植性，能够结构化编程的优点。利用标准C语言为编写工具的程序，大体上都不需要作什么改变便可以移植到不同的微机平台上，而在嵌入式的微控制芯片上，它属于标准C语言的部分也只是很少需要修改，而且程序也非常的通俗易懂。从而设计出一款简易的自动清扫机，便于解决人们在工作生活中的清扫工作。
目 录
1绪论 1
1.1论文选题的目的和意义 1
1.2国内外关于扫地机的研究趋势以及发展现状 1
1.3论文的主要内容 2
2系统硬件电路设计 3
2.1 系统总体设计方案 3
2.2最小系统设计 3
2.3电源电路 8
2.4 防跌落电路 10
2.6 防撞落电路 11
2.7 电源电压检测电路 12
2.8电池充电电路 13
2.9 电机驱动电路 14
2.9.1 电机的选择 14
2.9.2电机驱动电路设计 16
2.10 PCB板的设计 18
2.11硬件电路调试 20
2.11.1 防撞电路的调试 20
2.11.2 防跌电路的调试 21
3 系统软件设计 22
3.1 C语言与汇编语言的优缺点 22
3.2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
系统软件设计 22
3.2.1 主程序设计 22
3.2.2 防撞程序的设计 23
3.2.3 防跌落程序的设计 24
3.2.4 充电寻迹程序的设计 25
4系统调试 27
4.1 存在的问题与解决方案 27
4.2 系统缺陷 28
5总结 29
参考文献 30
致 谢 32
附 录 A 33
附 录 B 34
1绪论
1.1论文选题的目的和意义
在科学技术日新月异的今天，人们的经济以及生活水平都在很大程度上得到了提升，科技的发展减少繁杂重复的劳作，解放我们的双手，自动扫地机就应用而生了，对于大多数家庭尤其是白领家庭，每天忙于工作和生计，当他们回到家中的时候更多的是想好好的休息，而不是琐碎的家务劳动，如果这时家中有一台自动扫地机，那么就可以节省出大部分时间来休息。自动扫地机的应用前景非常之大，同时价格低廉也非常容易普及，能够节省出大量的时间让我们去从事其他事情。所以自动扫地机的设计这一课题的研究具有十分重大的意义。
1.2国内外关于扫地机的研究趋势以及发展现状
国外对于自动扫地机的研究已有几十年的历史，而且国外零部件制造业成熟，可靠性高。因此与国内相比其铲平的可靠新要更高，实用性也要更强。国外也更早的广泛的应用了先进的电子技术，或者是有线或无线控制技术。目前日立、三星、松下都在清扫机器人领域有很大的成就。都已开发出智能型吸尘机器人。
国内在吸尘机器人上的探索研究工作可追溯到上世纪90年代，那时哈工大同香港中文大学一同研发出了一款清扫机器人，该机器功能繁多且工作效率以及使用效果都很理想。浙大更是在1999年研制出国内首款初步只能的清扫机器人。但是他们普遍存在产品单一，功能过于简单而且操作复杂，清扫力不足的重大缺陷。
经过几十年长足的发展，机器人在工业领域已经较为完善，但是在生活家居方面还有很大的进步空间，家居型机器人更是近几年才进入人们的视眼;服务机器人的定义如下：能够实现各类服务功能的机器人，且工作的方式可以是自主或半自主。
最早的自动清扫机来便是由伊莱克斯、戴森开发的。以传统的吸尘器为基础，伊莱克斯于2002年给出了世界首款全自动清扫机器人，并命名为“三叶虫”。到10年科沃斯、iRobot、福玛特、地贝、Xrobot、海尔、美的、Prosenic、飞利浦和三星等都相继开发出了自己品牌的自动清扫机。自动清扫机从最早出现的功能单一、操作复杂、清洁程度低下、占用空间巨大的笨重型半智能机器人到如今的手推式、按键式、无线远程控制的。从最早的路径单一到现在的复杂路径工作，加 之傻瓜式操作，小巧轻便型的出现。经历了大量的反复试验和研发人员日夜辛勤的努力，最后才有现今的较为成熟的体积小巧，操作简单的智能型清洁机器人。
1.3论文的主要内容
主要内容：本课题是设计一种自动扫地机，从而降低劳动强度，提高劳动效率，美化我们的生活起居环境。
1.3.1自动扫地机功能
（1）规划清扫路径
（2）对地面垃圾的自动识别
（3）智能防撞防跌落
（4）自回充电
1.3.2 性能指标
（1）输入电压：5V~15V
（2）输入电流：1A
（3）运行速度：10m/min
（4）最大工作时间30min
1.3.3 论文的主要内容
第一部分阐述研究的背景、目的、意义。
第二部分详细说明了自动清扫机各部分电路的设计。
第三部分详细描述了PCB板的设计流程。
第四部分详细描述了电路板的焊接以及电路的调试。
第五部分详细说明了程序的设计以及给出运行的流程图。
第六部分组装自动扫地机并调试。
第七部分设计总结。
2系统硬件电路设计
2.1 系统总体设计方案
自动扫地机主要包括：单片机最小系统、红外接收电路、电源电路、防撞电路、防跌落电路、边刷电路、吸尘电路、驱动电路。系统总体框图如图2.1
图2.1 系统总体框图
开启电源，扫地机开始工作。由自动扫地机前端的红外接收电路接收到信号后，将接收到的信号传输至单片机。单片机做出指令，吸尘电机与边刷电机以及驱动电机开始工作，若红外检测电路检测到运行轨迹上有障碍物或者悬空，则单片机下达指令到防撞电路与防跌落电路，令扫地机的运行轨迹发生改变。若检测路况良好则扫地机正常清扫的工作[1]。
当扫地机电池欠压时电源电路中的电压检测电路向单片机传输信号，此时便需要充电。当电池充满后，电压检测电路会向单片机传输信号，提醒此时电池以充满，需要立即停止充电
2.2最小系统设计
单片机是将一个完整计算机系统集成在一块芯片上，计算机构成的主要元器件在其中都是存在的，诸如CPU、内存、内部和外部总线系统，同时还加设了必要的外围设备，像通讯接口、定时器等。随着单片机技术的不断发展和深入，一些单片机还集成了声音、图像和输入/输出系统[2]。
目 录
1绪论 1
1.1论文选题的目的和意义 1
1.2国内外关于扫地机的研究趋势以及发展现状 1
1.3论文的主要内容 2
2系统硬件电路设计 3
2.1 系统总体设计方案 3
2.2最小系统设计 3
2.3电源电路 8
2.4 防跌落电路 10
2.6 防撞落电路 11
2.7 电源电压检测电路 12
2.8电池充电电路 13
2.9 电机驱动电路 14
2.9.1 电机的选择 14
2.9.2电机驱动电路设计 16
2.10 PCB板的设计 18
2.11硬件电路调试 20
2.11.1 防撞电路的调试 20
2.11.2 防跌电路的调试 21
3 系统软件设计 22
3.1 C语言与汇编语言的优缺点 22
3.2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
系统软件设计 22
3.2.1 主程序设计 22
3.2.2 防撞程序的设计 23
3.2.3 防跌落程序的设计 24
3.2.4 充电寻迹程序的设计 25
4系统调试 27
4.1 存在的问题与解决方案 27
4.2 系统缺陷 28
5总结 29
参考文献 30
致 谢 32
附 录 A 33
附 录 B 34
1绪论
1.1论文选题的目的和意义
在科学技术日新月异的今天，人们的经济以及生活水平都在很大程度上得到了提升，科技的发展减少繁杂重复的劳作，解放我们的双手，自动扫地机就应用而生了，对于大多数家庭尤其是白领家庭，每天忙于工作和生计，当他们回到家中的时候更多的是想好好的休息，而不是琐碎的家务劳动，如果这时家中有一台自动扫地机，那么就可以节省出大部分时间来休息。自动扫地机的应用前景非常之大，同时价格低廉也非常容易普及，能够节省出大量的时间让我们去从事其他事情。所以自动扫地机的设计这一课题的研究具有十分重大的意义。
1.2国内外关于扫地机的研究趋势以及发展现状
国外对于自动扫地机的研究已有几十年的历史，而且国外零部件制造业成熟，可靠性高。因此与国内相比其铲平的可靠新要更高，实用性也要更强。国外也更早的广泛的应用了先进的电子技术，或者是有线或无线控制技术。目前日立、三星、松下都在清扫机器人领域有很大的成就。都已开发出智能型吸尘机器人。
国内在吸尘机器人上的探索研究工作可追溯到上世纪90年代，那时哈工大同香港中文大学一同研发出了一款清扫机器人，该机器功能繁多且工作效率以及使用效果都很理想。浙大更是在1999年研制出国内首款初步只能的清扫机器人。但是他们普遍存在产品单一，功能过于简单而且操作复杂，清扫力不足的重大缺陷。
经过几十年长足的发展，机器人在工业领域已经较为完善，但是在生活家居方面还有很大的进步空间，家居型机器人更是近几年才进入人们的视眼;服务机器人的定义如下：能够实现各类服务功能的机器人，且工作的方式可以是自主或半自主。
最早的自动清扫机来便是由伊莱克斯、戴森开发的。以传统的吸尘器为基础，伊莱克斯于2002年给出了世界首款全自动清扫机器人，并命名为“三叶虫”。到10年科沃斯、iRobot、福玛特、地贝、Xrobot、海尔、美的、Prosenic、飞利浦和三星等都相继开发出了自己品牌的自动清扫机。自动清扫机从最早出现的功能单一、操作复杂、清洁程度低下、占用空间巨大的笨重型半智能机器人到如今的手推式、按键式、无线远程控制的。从最早的路径单一到现在的复杂路径工作，加 之傻瓜式操作，小巧轻便型的出现。经历了大量的反复试验和研发人员日夜辛勤的努力，最后才有现今的较为成熟的体积小巧，操作简单的智能型清洁机器人。
1.3论文的主要内容
主要内容：本课题是设计一种自动扫地机，从而降低劳动强度，提高劳动效率，美化我们的生活起居环境。
1.3.1自动扫地机功能
（1）规划清扫路径
（2）对地面垃圾的自动识别
（3）智能防撞防跌落
（4）自回充电
1.3.2 性能指标
（1）输入电压：5V~15V
（2）输入电流：1A
（3）运行速度：10m/min
（4）最大工作时间30min
1.3.3 论文的主要内容
第一部分阐述研究的背景、目的、意义。
第二部分详细说明了自动清扫机各部分电路的设计。
第三部分详细描述了PCB板的设计流程。
第四部分详细描述了电路板的焊接以及电路的调试。
第五部分详细说明了程序的设计以及给出运行的流程图。
第六部分组装自动扫地机并调试。
第七部分设计总结。
2系统硬件电路设计
2.1 系统总体设计方案
自动扫地机主要包括：单片机最小系统、红外接收电路、电源电路、防撞电路、防跌落电路、边刷电路、吸尘电路、驱动电路。系统总体框图如图2.1
图2.1 系统总体框图
开启电源，扫地机开始工作。由自动扫地机前端的红外接收电路接收到信号后，将接收到的信号传输至单片机。单片机做出指令，吸尘电机与边刷电机以及驱动电机开始工作，若红外检测电路检测到运行轨迹上有障碍物或者悬空，则单片机下达指令到防撞电路与防跌落电路，令扫地机的运行轨迹发生改变。若检测路况良好则扫地机正常清扫的工作[1]。
当扫地机电池欠压时电源电路中的电压检测电路向单片机传输信号，此时便需要充电。当电池充满后，电压检测电路会向单片机传输信号，提醒此时电池以充满，需要立即停止充电
2.2最小系统设计
单片机是将一个完整计算机系统集成在一块芯片上，计算机构成的主要元器件在其中都是存在的，诸如CPU、内存、内部和外部总线系统，同时还加设了必要的外围设备，像通讯接口、定时器等。随着单片机技术的不断发展和深入，一些单片机还集成了声音、图像和输入/输出系统[2]。
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