自動掃地機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)PAGEPAGEI本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書自動掃地機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)DESIGNOFCONTROLSYSTEMOFAUTOMATICSWEEPINGMACHINE學(xué)院（部）：電氣與信息工程學(xué)院專業(yè)班級：電氣#####班學(xué)生姓名：##############指導(dǎo)教師：##############2013年06月04日自動掃地機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要近年來，隨著社會的發(fā)展需要，清潔機(jī)器人已經(jīng)滲透了我們的生活、工作和經(jīng)濟(jì)方面，并且起到了很大的作用。清潔機(jī)器人的研究和發(fā)展對我們的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有很多的影響。這片文章主要通過闡述清潔機(jī)器人在服務(wù)行業(yè)的重要性，對清潔機(jī)器人在各國發(fā)展?fàn)顩r的一些綜述，讓讀者了解將來清潔機(jī)器人發(fā)展對社會發(fā)展的重要性。本文首先介紹了國內(nèi)外自動清潔掃地機(jī)的研究現(xiàn)狀，闡明了本課題研究的目的、意義。然后進(jìn)一步介紹本自動掃地機(jī)的總體結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)分析了該掃地機(jī)各部分結(jié)構(gòu)的工作原理，針對本清潔掃地機(jī)的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，提出了一種能夠保證掃地機(jī)穩(wěn)定工作的單片機(jī)控制方案。本文還添加了市場上沒有出現(xiàn)的的功能，將掃地機(jī)和紅外遙控結(jié)合起來，并與單片機(jī)有機(jī)結(jié)合起來，以達(dá)到對自動掃地機(jī)的各方面的控制和自控制；以及避障系統(tǒng)的改進(jìn)方案。關(guān)鍵詞：掃地機(jī)，單片機(jī)控制，紅外遙控，碰撞

DESIGNOFCONTROLSYSTEMOFAUTOMATICSWEEPINGMACHINEABSTRACTInrecentyears,withthedevelopmentofsociety,thecleaningrobothasinfiltratedourlives,workandtheeconomy,andhasplayedasignificantrole.Researchanddevelopmentofcleaningrobothasalotofinfluenceonoureconomicdevelopment.Thisarticlemainlythroughexpoundingtheimportanceofcleaningrobotintheserviceindustry,thedevelopmentofcleaningrobotinsomecountries,allowingreaderstounderstandtheimportanceofthefuturedevelopmentofcleaningrobotforsocialdevelopment.Thispaperfirstlyintroducestheresearchstatusofautomaticcleaningsweepingmachineathomeandabroad,discussestheresearchpurpose,significance.Andthenintroducetheautomaticsweepingmachinestructure,andadetailedanalysisoftheworkingprincipleofeachpartofstructureofthesweepingmachine,accordingtothecharacteristicsofthecleaningmechanismofsweeper,presentedacanensurethesweepingmachinestableworkingsingle-chipmicrocomputercontrolscheme.Thispaperalsoaddeddidnotappearonthemarketthefunction,thesweeperandinfraredremotecontrolcombinedwithMCU,andorganiccombination,inordertocontrolallaspectsofautomaticsweepingmachineandselfcontrol;andtheobstacleavoidancesystemimprovementprogram.KEYWARDS：Sweepingmachine,microcomputercontrol,infraredremotecontrol,collision目錄摘要 IABSTRACT II1緒論 11.1引言 11.2技術(shù)現(xiàn)狀 11.3研究的目的和意義 11.4研究內(nèi)容 22關(guān)于單片機(jī) 32.1AT89C51簡介 32.2AT89C51主要特性 32.3AT89C51功能特性概述 32.4AT89C51引腳功能說明 42.5AT89C51的基本操作 63自動掃地機(jī)總體設(shè)計(jì) 73.1組成結(jié)構(gòu) 73.2系統(tǒng)的主控部分 73.3軟件流程設(shè)計(jì) 83.3.1總體軟件流程 83.3.2紅外遙控系統(tǒng)流程 103.3.3驅(qū)動系統(tǒng)流程 113.3.4清掃避障系統(tǒng)流程 124自動掃地機(jī)硬件電路設(shè)計(jì) 134.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 134.2傳感器系統(tǒng)電路 134.2.1超聲波傳感器檢測電路 134.2.2紅外光電傳感器檢測電路 134.2.2紅外光電傳感器檢測電路 144.2.3接觸傳感器檢測電路 154.3繼電器控制電路 154.4紅外控制系統(tǒng)電路 164.5看門狗IMP813L電路 174.6驅(qū)動系統(tǒng)電路 194.7液晶顯示電路 204.8電源模塊 214.9清掃避障系統(tǒng) 22結(jié)論 25參考文獻(xiàn) 26致謝 281緒論1.1引言自動掃地機(jī)是自動進(jìn)行房間地而清潔的自主吸塵式家庭服務(wù)機(jī)器人，集機(jī)械學(xué)、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、人工智能等諸多學(xué)科為一體。自主吸塵機(jī)器人作為智能移動機(jī)器人實(shí)用化發(fā)展的先行者，其研究始于20世紀(jì)80年代，到目前為止，已經(jīng)產(chǎn)生了一些概念樣機(jī)和產(chǎn)品。吸塵機(jī)器人的發(fā)展，帶動了家庭服務(wù)機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展，也促進(jìn)了移動機(jī)器人技術(shù)、圖像和語音識別、傳感器等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展本次設(shè)計(jì)的題目《自動掃地機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》就是在這種背景下提出的。1.2技術(shù)現(xiàn)狀目前，在一些發(fā)達(dá)國家，早已經(jīng)開始采用服務(wù)機(jī)器人對工廠、車站、機(jī)場和辦公室等寬闊地面進(jìn)行清掃工作。日本的東日本鐵路公司、Shinko電器公司和Howa工業(yè)有限公司聯(lián)合研制出了用于車站地面清掃的機(jī)器人，通過超聲測距傳感器，不斷探測機(jī)器人與墻壁的距離進(jìn)行定位，從而完成對大廳地面的往復(fù)清掃。松下公司的自動吸塵器可清掃磚地、木質(zhì)地板及地毯地面。20世紀(jì)90年代初美國的Denning公司與Windsor工業(yè)公司研制出一種名為“RoboScrub”的吸塵機(jī)器人，它采用超聲波傳感器檢測障礙物，被配有高精度激光導(dǎo)航系統(tǒng)。1999年初，浙江大學(xué)機(jī)械電子研究所開始進(jìn)行智能吸塵機(jī)器人的研究，兩年后設(shè)計(jì)成功國內(nèi)第一個(gè)具有初步只能的自主吸塵機(jī)器人，與蘇州TEK公司合作研發(fā)，2003年系統(tǒng)在自主能力和工作效率上都有了顯著提高。它工作之前，首先進(jìn)行環(huán)境學(xué)習(xí)，利用超聲波測距，與墻保持一定的行走距離，在清潔角落的同時(shí)獲得房間的尺寸信息，從而決定清掃時(shí)間；然后，利用隨機(jī)與局部遍歷規(guī)劃相結(jié)合的算法產(chǎn)生高效的清潔路徑；在清掃結(jié)束后，自行回到充電座，補(bǔ)充動力。國內(nèi)市場上推出了很多自動掃地機(jī)，價(jià)格不算太貴，可以自動清掃，防止樓梯跌落，通過配置虛擬發(fā)射器可以限制清掃的范圍。在清掃結(jié)束后，可以自行回到充電座，但是清掃是隨機(jī)的，不能完全地不多次重復(fù)的掃完整個(gè)房間。1.3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(shí)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。作為智能移動機(jī)器人的一個(gè)特殊應(yīng)用，從技術(shù)方面講，智能化自王式吸塵器比較具體地體現(xiàn)了移動機(jī)器人的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，具有較強(qiáng)的代表性。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，適用于家庭和公共場館的室內(nèi)清潔。因此，開發(fā)自主智能吸塵器既具有科研上的挑戰(zhàn)性，又具有廣闊的市場前景。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(jià)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。使它可以替代傳統(tǒng)的家庭人工清掃方式，使家庭生活電氣化、智能化、使科技更好地為人類服務(wù)。1.4研究內(nèi)容總體方案是設(shè)計(jì)一個(gè)自主控機(jī)器人，在一個(gè)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。盡快遍歷房子的每一個(gè)角落，完成任務(wù)，這個(gè)工作受多個(gè)工作的影響，包括墻腳和家具等。其中在實(shí)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。此次課題主要將掃地機(jī)和紅外遙控結(jié)合起來，可以培養(yǎng)運(yùn)用基本知識進(jìn)行簡單電路設(shè)計(jì)的能力，扎實(shí)基礎(chǔ)理論，掌握電子技術(shù)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)規(guī)律，靈活運(yùn)用模電數(shù)電的知識，與單片機(jī)有機(jī)結(jié)合起來，以達(dá)到對自動掃地機(jī)的各方面的控制和自控制。

2關(guān)于單片機(jī)2.1AT89C51簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個(gè)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。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。2.2AT89C51主要特性與MCS-51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(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz三級程序存儲器鎖定128×8位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個(gè)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(shí)鐘電路2.3AT89C51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(gè)I/0口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，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?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。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(gè)硬件復(fù)位。2.4AT89C51引腳功能說明圖2-1AT圖2-1AT89C51芯片引腳圖GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。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。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須接上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)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。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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為低八位地址接收。P2口：P2口是一個(gè)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(gè)TTL邏輯門電路。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(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流（IIL）。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。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。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。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2.1所示：表2.1端口引腳第二功能表端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2（外中斷0）P3.3（外中斷1）P3.4T0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器0）P3.5T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器1）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，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。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。/VPP：當(dāng)保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時(shí)，將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對外部時(shí)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。2.5AT89C51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(shí)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。AT89C51復(fù)位引腳RST/VP通過片內(nèi)一個(gè)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(gè)機(jī)器周期由復(fù)位電路采樣一次。當(dāng)振蕩電路工作，并且在RST引腳上加一個(gè)至少保持2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)，就能使AT89C51完成一次復(fù)位。復(fù)位不影響RAM的內(nèi)容。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。所以，當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行出錯或進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，可按復(fù)位鍵重新啟動。

3自動掃地機(jī)總體設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)具有自主清掃、避障、卡住報(bào)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)。同時(shí)，為使機(jī)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(jī)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(jìn)行全區(qū)域清掃和不重復(fù)遇到同一個(gè)障礙物，實(shí)現(xiàn)高覆蓋率、低重復(fù)率的清掃過程。3.1組成結(jié)構(gòu)圖3-1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)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。主控系統(tǒng)使用單片機(jī)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(jī)的控制，以及對傳感器的響應(yīng)等。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)。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(gè)電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動圖3-1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)3.2系統(tǒng)的主控部分本設(shè)計(jì)選用AT89C4051單片機(jī)作為控制器。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(gè)傳感器接收外部環(huán)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(gè)電機(jī)編碼器信號檢測輪速；通過多個(gè)I/O口控制LCD；利用串口變并口芯片控制多個(gè)LED指示燈和按鍵等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。3.3軟件流程設(shè)計(jì)開始圖3-2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)開始圖3-2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YNYN3.3.1總體軟件流程總流程圖如圖3-2所示，是整個(gè)清掃機(jī)運(yùn)行過程的流程圖。其中包括初始化整個(gè)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。（1）首先，啟動清掃機(jī)電源，使各模塊持續(xù)供電。圖3-3紅外發(fā)射電路流程圖（2）啟動各電路模塊，啟動液晶顯示系統(tǒng)，以便顯示清掃機(jī)行進(jìn)速度及運(yùn)行時(shí)間。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(shí)現(xiàn)。啟動清掃機(jī)傳感器系統(tǒng)，此項(xiàng)內(nèi)容主要作用是使清掃機(jī)對周圍環(huán)境有一個(gè)了解，通過對周圍環(huán)境的感知來實(shí)現(xiàn)測距、清掃、避障。本過程主要是通過單圖3-3紅外發(fā)射電路流程圖串口方式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(shí)、啟動停止標(biāo)志位串口方式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(shí)、啟動停止標(biāo)志位設(shè)置調(diào)速和定時(shí)控制初值圖3-4紅外接受電路流程圖（4）當(dāng)遇到障礙時(shí)啟動清掃系統(tǒng)及避障系統(tǒng)，此過程是整個(gè)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。3.3.2紅外遙控系統(tǒng)流程發(fā)射電路主程序的流程圖如圖3-3所示主程序中設(shè)置串口工作方式1和定時(shí)器T1方式2是為了發(fā)射按鍵代碼時(shí)產(chǎn)生2000b/s的波特率；定時(shí)器T0工作方式2是用來在P3.7引腳上輸出38kHz的載波信號。有按鍵下時(shí)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1min的定時(shí)時(shí)間。1min之內(nèi)無按鍵，則遙控器進(jìn)入低功耗狀態(tài)。定時(shí)器T0中斷程序是將P3.7引腳取反產(chǎn)生38kHz的載波信號，此信號為方波信號。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(shí)還包括按鍵去抖動和檢查設(shè)置相關(guān)標(biāo)志位。部分程序如下：MOVTMOD,#22；設(shè)置定時(shí)器T0和T1工作方式2MOVTH0,#0F3H；產(chǎn)生38kHz載波信號的時(shí)間常數(shù)送給T0MOVTL0,#0F3HMOVTH1,#0E03；產(chǎn)生2000b/s的波特率的時(shí)間常數(shù)送給T1MOVTL1,#0E0HMOVSCON,#60H；設(shè)置串口工作于方式1ORLPCON,#80H；SMOD置1SETBEA；CPU開中斷SETBEX0；允許外部中斷0中斷SETBIT0；允許定時(shí)器T0中斷SETBPT0；將定時(shí)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3-4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)。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(shí)，進(jìn)而控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間。3.3.3驅(qū)動系統(tǒng)流程直流電機(jī)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(jī)結(jié)束YN圖3-5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(shí)器、A/D轉(zhuǎn)換器和外部中斷、啟動A/D轉(zhuǎn)換。然后檢測GPIO有沒有啟動信號，檢測到啟動信號后，從另一個(gè)GPIO發(fā)出控制信號給直流電機(jī)加電。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，直流電機(jī)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(jī)結(jié)束YN圖3-5驅(qū)動系統(tǒng)流程3.3.4清掃避障系統(tǒng)流程清掃壁障流程圖如圖3-6，該流程是智能清掃機(jī)執(zhí)行清掃命令及躲避障礙的流程。（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(gè)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(gè)模擬電壓，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后輸入單片機(jī)。（2）由接觸傳感器感知障礙物性質(zhì)，判斷其是否是清掃機(jī)可清掃的垃圾。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。（3）若不可清掃，判斷其為墻角類障礙，此時(shí)累加器累加判斷為墻角的次數(shù)。遇到障礙物？是垃圾清掃累加遇到墻角次數(shù)遇墻角數(shù)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)NNNYYY圖3-6清掃避障流程圖左后轉(zhuǎn)前進(jìn)

4自動掃地機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)作為檢測和控制核心。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。用光電編碼器檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)速。利用PWM（脈寬調(diào)制）技術(shù)動態(tài)控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)速。通過軟件編程實(shí)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。通過對電路的優(yōu)化組合，可以最大限度地利用AT89C51單片機(jī)的全部資源。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，P2、P3口用于傳感器的數(shù)據(jù)采集與中斷控制。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是：充分利用了單片機(jī)的內(nèi)部資源，降低了總體設(shè)計(jì)的成本。4.2傳感器系統(tǒng)電路4.2.1超聲波傳感器檢測電路超聲波發(fā)射脈沖是由P3.7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。圖4-1為發(fā)射波驅(qū)動電路，圖中J2的1、2引腳分別接超聲波發(fā)生器的兩個(gè)端腳，PULSE接控制器P3.7口，這里采用了兩級與非門74LS00來增強(qiáng)驅(qū)動能力，電路簡單實(shí)用。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4-2所示，圖中J1的1、2引腳分別接超聲波接收器的兩個(gè)端腳，INT1接控制器P3.3口。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。為了濾去干擾信號，電路中還適當(dāng)接入了一些電容。圖4-1發(fā)射波驅(qū)動電路

4.2.2紅外光電傳感器檢測電路圖4-1發(fā)射波驅(qū)動電路圖4-3紅外光電傳感器檢測電路圖4-2回波接收電路本文選用JY043W型紅外反射式傳感器。紅外光電傳感器檢測單元信號處理電路如圖4-3所示，圖中J17為紅外光電傳感器接口（其引腳1、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P2.0口（另外五路檢測單元分別接控制器的P2.1~P2.4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）。當(dāng)接收管接收到反射回來的紅外光時(shí)，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，則輸出端圖4-3紅外光電傳感器檢測電路圖4-2回波接收電路4.2.3接觸傳感器檢測電路圖4-5繼電器控制電路圖4-4接觸傳感器檢測單元接口電路接觸傳感器通過與目標(biāo)物體的接觸來識別障礙物。這種傳感器結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。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RV-163-1C25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。接觸傳感器檢測單元的接口電路如圖4-4所示，圖中OUT7接控制器P2.7口端口（另一檢測單元接P2.8口），R1為指示燈L1的限流電阻，A1為接觸傳感器，其1腳接地。當(dāng)觸碰到障礙物時(shí)，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圖4-5繼電器控制電路圖4-4接觸傳感器檢測單元接口電路4.3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(gè)部門，可謂無所不見。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。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(shí)現(xiàn)自動控制和保護(hù)的目的。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(gè)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)。當(dāng)輸入量變化到高于它的吸合值或低于它的釋放值時(shí)，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。圖4-6紅外發(fā)射電路智能清掃機(jī)是把垃圾送到垃圾箱，在執(zhí)行清掃動作時(shí)垃圾箱閉合，向垃圾箱投放垃圾時(shí)需要打開，將垃圾送到垃圾漏斗。本設(shè)計(jì)共需2個(gè)繼電器控制接觸器，一個(gè)接帶動清掃部件的電動機(jī)。另一個(gè)控制垃圾箱蓋閉合。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。89C51的P1初始值為0FFH，所以加一個(gè)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。電路圖如圖圖4-6紅外發(fā)射電路4.4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。經(jīng)脈沖分頻器74LS92，六分頻成為75.83KHZ的脈沖信號。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。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。與非門的另一輸入端接38KHZ的載波信號。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。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(jìn)行紅外數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康?。發(fā)射電路的調(diào)制采用的是時(shí)分制幅度鍵控調(diào)制方式。圖4-7TFMS5380構(gòu)成的接收電路設(shè)計(jì)中采用一種高效能的紅外接收器——TFMS5380。TFMS5380是近期市場上最高效能的紅外接收器。同一組件內(nèi)已裝上了接收二級管和前置放大器。TFMS5380特點(diǎn)：（1）單一的接收器和前置放大器的組合。（2）超敏感度和傳送距離。（3）內(nèi)置PCM頻率過濾器。（4）無外置組件需要。（5）超強(qiáng)光及電場干擾屏蔽。（6）TTL及CMOS兼容，適用于微處理器操作控制。（7）可選頻率由30KHZ至56KHZ。（8）低功耗。（9）ISO9000認(rèn)可。TFMS5380適用于數(shù)據(jù)傳送、電視機(jī)、錄像機(jī)、組合音響及衛(wèi)星接收器等。TFMS5380圖4-7TFMS5380構(gòu)成的接收電路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。TFMS5380的應(yīng)用電路非常簡單。實(shí)驗(yàn)證明，TFMS5380的性能良好，完全可以滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?.5看門狗IMP813L電路幾乎所有的單片機(jī)都需要復(fù)位電路，對復(fù)位電路的基本要求是：在單片機(jī)上電時(shí)能可靠復(fù)位，在下電時(shí)能防止程序亂飛導(dǎo)致EPROM中的數(shù)據(jù)被修改；另外，單片機(jī)系統(tǒng)在工作時(shí)，由于干擾等各種因素的影響，有可能出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象導(dǎo)致單片機(jī)系統(tǒng)無法正常工作，為了克服這一現(xiàn)象，除了充分利用單片機(jī)本身的看門狗定時(shí)器（有些單片機(jī)無看門狗定時(shí)器）外，還需外加看門狗電路；除此以外，有些單片機(jī)系統(tǒng)還要求在掉電瞬間單片機(jī)能將重要數(shù)據(jù)保存下來，因掉電的發(fā)生往往是根隨機(jī)的，因而此類單片機(jī)系統(tǒng)需要電源監(jiān)控電路，在掉電剛發(fā)生時(shí)能告知單片機(jī)。IMP813L剛好能滿足這些要求，下面具體介紹該芯片的性能特點(diǎn)及使用方法。圖4-8IMP圖4-8IMP813L芯片第1腳為手動復(fù)位輸入，低電平有效；第2、3腳分別為電源和地；第4腳為電源故障輸入；第5腳為電源故障輸出；第6腳為看門狗輸入，第7腳為復(fù)位輸出，第8腳為看門狗輸出。IMP813L的性能特點(diǎn)：IMP813L的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖4-8所示，具有以下主要性能特點(diǎn)：由圖可知該芯片具有以下主要性能特點(diǎn)：（1）復(fù)位輸出。系統(tǒng)上電、掉電以及供電電壓降低時(shí)，第7腳產(chǎn)生復(fù)位輸出，復(fù)位脈沖寬度的典型值為200ms，高電平有效，復(fù)位門限的典型值為4.65V。（2）看門狗電路輸出。如果在1.6s內(nèi)沒有觸發(fā)該電路（即第6腳無脈沖輸入），則第8腳輸出一個(gè)低電平信號。（3）手動復(fù)位輸入，低電平有效，即第1腳輸入一個(gè)低電平，則第7腳產(chǎn)生復(fù)位輸出。（4）1.25V門限值檢測器，第4腳為輸入，第5腳為輸出。當(dāng)?shù)?腳電壓低于1.25V時(shí)，第5腳輸出一個(gè)低電平信號。IMP813L的典型應(yīng)用電路：IMP813L的典型應(yīng)用電路如圖4-9所示。圖中單片機(jī)以AT89C51為例，IMP813L的第1腳與第8腳相連。第7腳接單片機(jī)的復(fù)位腳（AT89C51的第9腳）；第6腳與單片機(jī)的P1.4相連。在軟件設(shè)計(jì)中，P1.4不斷輸出脈沖信號，如果因某種原因單片機(jī)進(jìn)入死循環(huán)，則P1.4無脈沖輸出。于是1.6s后在IMP813L的第8引腳輸出低電平，該低電平加到第1腳，使IMP813L產(chǎn)生復(fù)位輸出，使單片機(jī)有效復(fù)位，擺脫死循環(huán)的困境。另外，當(dāng)電源電壓低于門限值4.65V時(shí)，IMP813L也產(chǎn)生復(fù)位輸出，使單片機(jī)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(shí)單片機(jī)產(chǎn)生錯誤的動作。電源故障輸入PFI通過一個(gè)電阻分壓器監(jiān)測未穩(wěn)壓的直流電源。當(dāng)PFI低于1．25V時(shí)，電源故障輸出腳第5腳PF0變低，可引起AT89C51中斷，進(jìn)行電源故障處理，或?qū)⒅匾獢?shù)據(jù)保存下來。把分壓器接到未穩(wěn)壓的直流電源是為了更早地對電源故障告警。IMP813L是一體積小、功耗低、性價(jià)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)位信號為高電平，因而是應(yīng)用于復(fù)位信號為高電平場合的單片機(jī)系統(tǒng)的理想芯片。圖4-9IMP813L的典型應(yīng)用電路4.6圖4-9IMP813L的典型應(yīng)用電路驅(qū)動系統(tǒng)電路包括驅(qū)動器、光電隔離模塊以及驅(qū)動器保護(hù)電路等部分，如圖4-2所示。在具體電路中，由于單片機(jī)使用5V弱電，而電機(jī)的驅(qū)動電壓為12V或者更高，考慮到單片機(jī)會受到驅(qū)動部分的干擾，因此采用了光電耦合器TLP521，把控制部分和驅(qū)動部分隔離開來。單片機(jī)輸出端口的電流一般只有20mA左右，不足以或者不能穩(wěn)定地驅(qū)動光電耦合器TLP521工作，因此采用芯片74HC245來增強(qiáng)驅(qū)動能力，為光電耦合器TLP521提供合適的驅(qū)動電流。驅(qū)動器保護(hù)電路由8個(gè)高速大電流肖恩特二極管1N5822（圖中D1~D8）組成，用來消除電機(jī)在起停、制動及換向時(shí)產(chǎn)生的反電勢。保護(hù)二極管最好采用高速大電流的開關(guān)管，否則反向恢復(fù)時(shí)間太長，L298N內(nèi)部H橋的上下兩個(gè)三極管會因?yàn)殚_閉時(shí)序交叉，導(dǎo)致同時(shí)打開而短路，長期使用狀態(tài)下會造成L298N發(fā)熱或燒毀。按照圖4-10所示電路，系統(tǒng)工作時(shí)，單片機(jī)P1口輸出的控制信號經(jīng)過驅(qū)動器芯片74HC245和光電耦合器之后輸入電機(jī)驅(qū)動芯片L298N，控制電機(jī)動作。當(dāng)需要調(diào)速時(shí)只需改變PWM調(diào)速脈沖（本設(shè)計(jì)中由單片機(jī)P1.3和P1.6端口產(chǎn)生）的占空比即可，理論上可以實(shí)現(xiàn)256級調(diào)速。4.7液晶顯示電路液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。這里采用2行16個(gè)字的DM-162液晶模塊，通過與單片機(jī)連接，編程，完成顯示時(shí)間及清掃機(jī)行進(jìn)速度的功能。DM-162液晶顯示模塊的字符顯示，可分為好幾種顯示模式，這主要取決于對具體的應(yīng)用。如靜態(tài)的顯示，還是動態(tài)的左移或者右移顯示。那么這個(gè)主要是在程序設(shè)計(jì)的過程中，進(jìn)行初始化所決定的。因此，在使用之前先確定使用的目的，選擇好顯示的方式，當(dāng)然得找出相應(yīng)的顯示字符的字符代碼及在DM-162液晶顯示模塊的相應(yīng)顯示位置的RAM地址。然后進(jìn)行每個(gè)字符的寫入顯示。在使用的過程中，還得注意的一點(diǎn)是，可能是顯示驅(qū)動電壓的不穩(wěn)定性，或者是由于驅(qū)動電壓的過高，會形成一種“鬼影”的現(xiàn)象，因此需要手動對10K的電位器進(jìn)行對比度調(diào)整以達(dá)到顯示的良好效果。液晶顯示模塊電路如圖4-11所示。它由以下幾個(gè)部件組成：單片機(jī)AT89C51、液晶字符顯示部件DM-162、電源供電部分。單片機(jī)部分：采用AT89C51芯片實(shí)現(xiàn)對DM-162的控制顯示。字符顯示模塊：選擇2行16個(gè)字的顯示容量。電源部分：+5V電壓供電，維持系統(tǒng)的正常工作，同時(shí)加載10K電位器以適應(yīng)不用亮度的顯示字符即對比度的調(diào)整。圖4-11圖4-11液晶顯示系統(tǒng)電路4.8電源模塊電源模塊是清掃機(jī)系統(tǒng)的生命源，一般情況下，都是采用無線纜的機(jī)載可充電電池作為直流電源，如鉛酸電池、鎳氫電池、鋰錳電池、鎳鎘電池、鋰離子電池和聚合物電池等。清掃機(jī)電能消耗主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一是驅(qū)動和控制電路的消耗，二是清掃系統(tǒng)工作時(shí)的消耗。耗能部件所需的電壓、電流以及對電源的穩(wěn)定性要求等都存在不同，在設(shè)計(jì)電源模塊的供電方案時(shí)，需要分別加以考慮。在選擇合適的直流電源時(shí)需要重點(diǎn)考慮以下兩個(gè)方面的因素：質(zhì)量和體積：清掃機(jī)系統(tǒng)機(jī)載電源的質(zhì)量應(yīng)盡可能輕，體積應(yīng)盡可能小，以節(jié)約電能消耗并便于安裝。額定電壓和容量：根據(jù)耗能部件對電壓、電流的要求大致確定機(jī)載電源的額定電壓和容量等參數(shù)。經(jīng)過分析對比，選用額定電壓為14.4V，容量為2200mAh的鎳鎘電池組。該電池組可反復(fù)充電800次以上，質(zhì)量輕，體積小，輸出電流為2A時(shí)可連續(xù)工作1個(gè)小時(shí)以上。選定機(jī)載直流電源后，還需要選擇合適的電源穩(wěn)壓芯片，以將系統(tǒng)電源電壓穩(wěn)定在耗能部件所需的電壓范圍。本設(shè)計(jì)選擇5V穩(wěn)壓模塊WRB1205S-1W為控制系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)提供5V電源，選擇三端穩(wěn)壓芯片L7805為移動機(jī)構(gòu)系統(tǒng)電路提供不共地5V電源。圖4-12機(jī)載電源模塊供電電路機(jī)載電源模塊為整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)提供必需的電力，圖4-12圖4-12機(jī)載電源模塊供電電路系統(tǒng)電源采用14.4V可充電鎳鎘電池組，可充電次數(shù)約800次，充滿電后的輸出電壓可達(dá)15V左右。采用WRB1205S-1W芯片為主控制器和其它功能部分提供5V電壓，WRB1205S-1W芯片為寬電壓輸入、隔離穩(wěn)壓輸出的電源轉(zhuǎn)換集成芯片，輸入電壓范圍9~18V，輸出5V，最大輸出電流200mA，自然冷卻，使用方便。由于其性能穩(wěn)定，使用可靠，因此成本稍高。采用L7805芯片為電機(jī)驅(qū)動控制模塊提供單獨(dú)的5V電壓，由于輸入電壓較高，發(fā)熱較大，因此需要加裝散熱片。4.9清掃避障系統(tǒng)本自動掃地機(jī)的清掃避障系統(tǒng)利用的是在房間內(nèi)按照坐標(biāo)的形式，橫向和縱向結(jié)合的清掃路徑。圖沿X軸方向的遍歷圖圖沿Y軸方向的遍歷圖在本設(shè)計(jì)中，掃地機(jī)的路徑大體分為兩類：①面覆蓋的過程，機(jī)器人走直線，相當(dāng)于一個(gè)”迂回推進(jìn)”的過程；②從當(dāng)前點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的尋徑過程，從定位的準(zhǔn)確性考慮，路徑段也為直線。開始的時(shí)候機(jī)器人選擇房間的一個(gè)角落（2座墻壁的交接點(diǎn)，便于機(jī)器人定位）作為初始點(diǎn)，坐標(biāo)為（0，0），即機(jī)器人上的p點(diǎn)坐標(biāo)為（0，0）（本文中的坐標(biāo)都是指p點(diǎn)坐標(biāo)），沿一側(cè)墻的方向建立X軸，第一次清掃沿X軸的方向，完成后，返回原點(diǎn)，沿Y軸方向進(jìn)行第二次清掃。這樣既保證了清潔質(zhì)量，又在很大程度上避免了1次清掃所帶來的死角問題。而且由于2個(gè)方向的互補(bǔ)性，并不需要為了遍歷的完整性而采用更為煩雜的路徑，通過2次數(shù)據(jù)融合就可以得到較為精確的環(huán)境信息機(jī)器人的路徑為迂回前進(jìn)的路徑段，每個(gè)路徑段的間隔為機(jī)器人清潔機(jī)構(gòu)的清掃直徑，碰到障礙物后，機(jī)器人的轉(zhuǎn)向90°并且側(cè)移20cm，在轉(zhuǎn)向90°，這個(gè)動作由控制系統(tǒng)做好保存，直接調(diào)用，記為micro1。（在前進(jìn)過程中，發(fā)生碰撞時(shí)，機(jī)器人的轉(zhuǎn)向所采取的方向，取值可以為”左”或者”右”圖沿X軸方向的遍歷圖圖沿Y軸方向的遍歷圖前可行的方法就是—通過建立被控制對象的模糊模型來實(shí)現(xiàn)模糊控制器。所謂建立被控制對象的模糊模型就是用“如果一一那么”的形式來描述被控對象的動態(tài)特性。一條“如果—那么”表達(dá)式就是一條控制規(guī)則，因此被控制對象的模型是由多條控制規(guī)則組成的，這樣通過該模型就可以從輸入推理得出輸出。具體到本課題，模糊規(guī)則設(shè)定如下：規(guī)則1：如果機(jī)器人前方為階梯（沿X軸方向遍歷），那么它應(yīng)該左轉(zhuǎn)一前行一再左轉(zhuǎn)；（把此類型障礙物當(dāng)作墻來處理）規(guī)則2：如果機(jī)器人前方有障礙物（沿X軸方向遍歷），同時(shí)左側(cè)也有障礙物，那么它應(yīng)該原地轉(zhuǎn)彎180度；（記為左轉(zhuǎn)為不可行）規(guī)則3：如果機(jī)器人懸空，那么它應(yīng)該執(zhí)行電源關(guān)操作規(guī)則4：如果機(jī)器人前方為階梯（沿Y軸方向遍歷），那么它應(yīng)該從右轉(zhuǎn)一前行一再右轉(zhuǎn)；（把此類型障礙物當(dāng)作墻來處理）規(guī)則5：如果機(jī)器人前方有障礙物（沿Y軸方向遍歷），同時(shí)右側(cè)也有障礙物，那么它應(yīng)該原地轉(zhuǎn)彎180度；（記為右轉(zhuǎn)為不可行）規(guī)則6：如果機(jī)器人右前方?jīng)]有障礙物，那么它應(yīng)該直線前行；規(guī)則7：如果機(jī)器人沿X軸方向遍歷完成，那么執(zhí)行沿Y軸方向的遍歷；（完成與否的判定根據(jù)是否有連續(xù)兩次轉(zhuǎn)彎不可行）規(guī)則8：如果機(jī)器人完成了沿X軸和Y軸方向的遍歷，那么小車執(zhí)行回充電插座充電。

結(jié)論本文是對自動掃地機(jī)的設(shè)計(jì)，在查看大量相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，針對自動掃地機(jī)的行走機(jī)構(gòu)，紅外控制機(jī)構(gòu)，各傳感器機(jī)構(gòu)以及主控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了一系列的研究設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)是用單片機(jī)AT89C51實(shí)現(xiàn)對各模塊的控制。并且通過本設(shè)計(jì)，讓我對次單片機(jī)及其他所用到的芯片等有了深刻的認(rèn)識，更好的設(shè)計(jì)出了一款有我思想的自動掃地機(jī)。本文分析了自動掃地機(jī)的移動方式，針對掃地機(jī)的盡量不重復(fù)掃和盡量遍歷整個(gè)房間以及掃地的干凈程度的特點(diǎn)，提出了掃地機(jī)橫向和縱向結(jié)合的清掃路徑，以及碰到障礙物按照碰撞奇偶次數(shù)的不同進(jìn)行方向不同的轉(zhuǎn)向理念，從而實(shí)現(xiàn)掃地機(jī)的各種功能。

參考文獻(xiàn)[1]張西良,丁飛等.能力風(fēng)暴機(jī)器人AS-UⅡ目標(biāo)搜索研究[J].機(jī)器人技術(shù),2006.10[2]叢爽,錢輝環(huán).廣茂達(dá)機(jī)器人幾個(gè)實(shí)際應(yīng)用問題的解決方案[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2003.6[3]郭洪紅.工業(yè)機(jī)器人運(yùn)用技術(shù).北京:科學(xué)出版社,2008[4]章小兵,宋愛國.地面移動機(jī)器人的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用用,2005,2;19-23.[5]李磊,葉濤,譚民,陳細(xì)軍.移動機(jī)器人技術(shù)研究現(xiàn)狀與未來[J].機(jī)器人,2002(9),V(24),N(5);475-480.[6]高學(xué)山,徐殿