教室清掃機(jī)器人設(shè)計(jì)

教室清掃機(jī)器人設(shè)計(jì)摘要近年來，隨著計(jì)算機(jī)??技術(shù)與??人工智??能科學(xué)??的飛速??發(fā)展，??智能機(jī)??器人技??術(shù)逐漸??成為現(xiàn)??代機(jī)器??人研究??領(lǐng)域的??熱點(diǎn)。??其中，??服務(wù)機(jī)??器人開??辟了機(jī)??器人應(yīng)??用的新??領(lǐng)域。??服務(wù)機(jī)??器人的??出現(xiàn)主??要有三??大原因??：一是??勞動力??成本的??上升；??二是人??類想擺??脫枯燥??乏味的??體力勞??動，如??清潔、??家務(wù)??、照顧??病人等??；三是??人口的??老齡和??社會福??利制度??的完善??也為某??些服務(wù)??機(jī)器人??提供了??廣泛的??市場應(yīng)??用前景??。服務(wù)??機(jī)器人??區(qū)別于??工業(yè)機(jī)??器人的??一個(gè)主??要特征??就是服??務(wù)機(jī)器??人是一??種適用??于具體??的方式??、環(huán)境??及任務(wù)??過程的??機(jī)器人??系統(tǒng)，??其活動??空間大??，具有??在非結(jié)??構(gòu)環(huán)境??下的移??動性，??因此服??務(wù)機(jī)器??人大多??數(shù)是移??動機(jī)器??人。隨??著社會??的發(fā)展??需要，??服務(wù)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。服??務(wù)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。清掃機(jī)器人主控芯片采用STM32F103C8T6單片機(jī)，使用藍(lán)牙通信，達(dá)到控制小車前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)和停止，與手機(jī)端上位機(jī)進(jìn)行通信，清掃機(jī)器人具備避障功能，判斷出障礙物的方位和距離，并利用控制電機(jī)馬達(dá)等執(zhí)行器來控制小車做出適當(dāng)?shù)姆较蛐袆?，清掃機(jī)器人自動依照地面設(shè)下的標(biāo)示線移動清掃教室。循跡模塊通過感應(yīng)路面上的黑線或者顏色對小車進(jìn)行控制，使其按照預(yù)設(shè)的路線行駛。清掃機(jī)器人可監(jiān)測當(dāng)前移動速度，顯示，并發(fā)送到手機(jī)端，??達(dá)到清掃??教室的結(jié)果。關(guān)鍵詞：STM32；教室；智能機(jī)器人 目錄TOC\o"1-3"\h\u18735第1章緒論 第1章緒論1.1研究目的及意義教室清掃機(jī)器人的設(shè)計(jì)目??的是減??輕教室??清掃工??作的負(fù)??擔(dān)，提??高教室??清潔的??效率和??質(zhì)量，??同時(shí)為??學(xué)生提??供一個(gè)??更加干??凈、衛(wèi)??生的學(xué)??習(xí)環(huán)境??[1]。通過??機(jī)器人??清掃教??室，可??以減少??人力投??入和人??為疏忽??帶來的??清潔漏??洞，同??時(shí)可以??避免人??員在清??掃過程??中受到??清潔用??品的刺??激或過??度勞累??等不良??影響。??此外，??機(jī)器人??還能夠??在非學(xué)??習(xí)時(shí)段??完成清??潔工作??，避免??影響學(xué)??生的學(xué)習(xí)和教學(xué)秩序[2]。教室清掃機(jī)器人的設(shè)計(jì)具有多方面的意義：首先，它可以大大提高??清掃效??率和質(zhì)??量。相??比于人??工清掃??，機(jī)器??人可以??更快速??地完成??清掃工??作，并??且更加??全面、??細(xì)致地??清潔每??一個(gè)角??落，確??保教室??的衛(wèi)生??狀況達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)[3]。其次，它可以減少人??力資源??的浪費(fèi)??。在傳??統(tǒng)的清??掃模式??下，需??要投入??大量的??人力進(jìn)??行清掃??工作，??而且這??些工作??相對繁??瑣、危??險(xiǎn)，對??工作人??員的身??體和心??理健康??也有影??響。機(jī)??器人的??出現(xiàn)可??以大大??減輕人??力資源??的壓力??，使得??人力資??源得以??更好地??利用[4]。此外，教室清掃機(jī)器??人還可??以提高??學(xué)生的??學(xué)習(xí)效??果。學(xué)??生在整??潔、衛(wèi)??生的環(huán)??境下更??容易保??持清醒??、專注??，提高??學(xué)習(xí)效??果，減??少疾病??傳播的??風(fēng)險(xiǎn)，??保障學(xué)??生健康成長[5]。最后，教室清掃機(jī)器??人的出??現(xiàn)還有??利于推??動智能??制造和??科技進(jìn)??步。機(jī)??器人技??術(shù)的應(yīng)??用可以??促進(jìn)智??能制造??的發(fā)展??，進(jìn)一??步提升??生產(chǎn)力??水平，??為未來??經(jīng)濟(jì)發(fā)??展注入新的動力。1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀分析目前，我國在教室清掃機(jī)器人設(shè)計(jì)的研究已經(jīng)處于世界領(lǐng)先地位。2021年，李書閣;趙鵬舉;曾安在《一種墻面清??掃機(jī)器??人設(shè)計(jì)??研究》??中為了??改進(jìn)裝??修時(shí)膩??子墻面??打磨后??的清掃??方式,??改善工??作環(huán)境??,減輕??工人作??業(yè)負(fù)擔(dān)??,設(shè)計(jì)??一種能??夠協(xié)助??工人完??成墻面??清掃任??務(wù)的機(jī)??器人.??針對施??工現(xiàn)場??環(huán)境和??墻面清??掃作業(yè)??工藝要??求,設(shè)??計(jì)墻面??清掃機(jī)??器人的??機(jī)械系??統(tǒng),能??夠?qū)η??掃刷的??高度和??角度進(jìn)??行無極??調(diào)節(jié),??實(shí)現(xiàn)各??種形狀??結(jié)構(gòu)墻??面的清??掃作業(yè)??.采用??單片機(jī)??控制器??作為機(jī)??器人的??核心控??制系統(tǒng)??,在視??頻圖傳??系統(tǒng)和??遙控系??統(tǒng)等其??它子系??統(tǒng)的配??合下,??可以利??用計(jì)算??機(jī)在潔??凈的工??作場所??控制機(jī)??器人完??成墻面??清掃作??業(yè),具??有較大??的實(shí)用??意義和??推廣價(jià)值[6]。2020年，魯重鋼、劉紅、徐靖、劉東豪在《基??于st??m32??的智能??清掃機(jī)??器人設(shè)??計(jì)》中??，智能??家居是??在互聯(lián)??網(wǎng)影響??之下物??聯(lián)化的??體現(xiàn)。??智能家??居通過??物聯(lián)網(wǎng)??技術(shù)將??家中的??各種設(shè)??備連接??到一起??,與傳??統(tǒng)家具??相比較??,智能??家居的??優(yōu)點(diǎn)更??多地體??現(xiàn)在人??機(jī)信息??交互及??其自動??化方面??,通過??"互聯(lián)??網(wǎng)+"??的方式??將家具??信息與??人進(jìn)行??相互傳??遞,從??而更好??地實(shí)現(xiàn)??家具本??身的功??能。本??次研究??的是智??能清掃??機(jī)器人??系統(tǒng)的??設(shè)計(jì)與??開發(fā),??嘗試去??做一款??低成本??、輕便??、多功??能的清??掃機(jī)器人[7]。2019年，潘文卿、劉興義、王飛飛、宋炳雨、王琳琳在《??一種自??動清掃??機(jī)器人??設(shè)計(jì)》??中實(shí)現(xiàn)??自動清??掃機(jī)器??人的基??本功能??;接著??,詳細(xì)??設(shè)計(jì)了??行走系??統(tǒng),清??掃系統(tǒng)??和安全??系統(tǒng)的??關(guān)鍵部??件,選??擇電機(jī)??,對蝸??輪蝸桿??傳動機(jī)??構(gòu)進(jìn)行??設(shè)計(jì)校??核,并??對清掃??邊刷,??滾刷,??拖地裝??置,消??毒裝置??等進(jìn)行??設(shè)計(jì).??裝置體??積小巧??、結(jié)構(gòu)??緊湊、??清掃全??面、安??全性高??,能夠??較好的??適應(yīng)幼??兒園等??兒童活??動場所??對自動??清掃機(jī)??器人的需要[8]。國際上對教室清掃機(jī)器人設(shè)計(jì)的研究已經(jīng)頗有成效。2020年，Karakurt,Tolga在《DesignofDeLroAutonomousDeliveryRobotandAIBasedLocalization》中基于用戶體驗(yàn)的2個(gè)智能滲??透機(jī)器??人之間??存在著??顯著差??異，這??可能是??界面設(shè)??計(jì)區(qū)別??的結(jié)果??。接口??布局，??術(shù)語和??圖形符??號及其??可見性??，信息??傳輸和??反饋都??影響了??結(jié)果。??然后我??們使用??不同的??設(shè)計(jì)理??論來分??析和評??估這些方面，提出一些改進(jìn)措施[19]。2019年，AbdullahA.Hayat;

RizuwanaParween;

MohanR.Elara;

K.Parsuraman;

PrathapS.Kandasamy在《AnalysisofHumanExerciseHealthMonitoringDataofSmartBraceletBasedonMachineLearning》中對于每個(gè)轉(zhuǎn)向??軸，使??用兩個(gè)??輪內(nèi)電??機(jī)來獲??得獨(dú)立??的轉(zhuǎn)向??作用。??這賦予??了運(yùn)動??靈活性??，并使??系統(tǒng)為??全向，??并允許??機(jī)器人??沿人行??道沿任??何方向??方便地??移動。??與使用??汽油供??電的現(xiàn)??有解決??方案相??比，它??使用車??載電池??供電，??產(chǎn)生的??噪音更??少。介??紹了建??模和轉(zhuǎn)??向運(yùn)動??學(xué)，以??及所遵??循路徑??的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并討論了支持機(jī)器人功能的討論[20]。2021年，AitorIbarguren在《Designofflexibletrackinspectionrobotinminingface》中設(shè)計(jì)了檢??查機(jī)器??人的主??體結(jié)構(gòu)??和柔性??軌道的??機(jī)械結(jié)??構(gòu)，并??且還確??定了它??們的安??裝方法??。其次??，靈活??的軌道??由運(yùn)動??學(xué)模擬??。靈活??躲避障??礙物進(jìn)??行打掃[21]。1.3主要研究內(nèi)容本課程設(shè)計(jì)是一種教室清掃機(jī)器人的設(shè)計(jì),這個(gè)設(shè)計(jì)是針對教室清掃機(jī)器人設(shè)計(jì)的問題做研究。主芯片采用STM32F103C8T6，使用藍(lán)牙通信??模塊，??利用手??機(jī)端作??為上位??機(jī)。機(jī)??器人可??以躲避??障礙物??、還可??以自動??依照地??面設(shè)下??的標(biāo)示??線移動??清掃教??室、監(jiān)??測當(dāng)前??移動速??度顯示??并發(fā)送??至手機(jī)??端。工??作人員??可通過??手機(jī)端??控制機(jī)??器人移??動，達(dá)??到清掃??教室的結(jié)果。實(shí)現(xiàn)的功能如下，1.清掃機(jī)器人主控芯片采用STM32F103C8T6，使用藍(lán)牙通信，與手機(jī)端上位機(jī)進(jìn)行通信；2.清掃機(jī)器人具備避障功能；3.清掃機(jī)器人自動依照地面設(shè)下的標(biāo)示線移動清掃教室；4.清掃機(jī)器人可監(jiān)測當(dāng)前移動速度，顯示，并發(fā)送到手機(jī)端；5.工作人員可通過手機(jī)端控制清掃機(jī)器人移動清掃教室。1.4功能需求分析1.4.1技術(shù)支持（1）硬件部分需要單片機(jī)STM32F103C8T6、藍(lán)牙遠(yuǎn)程APP模塊、手機(jī)端作為上位機(jī)；（2）軟件平臺程序用Keiluvision5；（3）編程語言用C語言；（4）可以通過手機(jī)端控制清掃機(jī)器人移動達(dá)到清掃教室的功能。1.4.2預(yù)期結(jié)果本設(shè)計(jì)是一種教室清掃機(jī)器人的設(shè)計(jì),這個(gè)設(shè)計(jì)是針對教室清掃機(jī)器人設(shè)計(jì)的問題做研究。主芯片采用STM32F103C8T6，使用藍(lán)牙通信??模塊，??利用手??機(jī)端作??為上位??機(jī)。機(jī)??器人可??以躲避??障礙物??、還可??以自動??依照地??面設(shè)下??的標(biāo)示??線移動??清掃教??室、監(jiān)??測當(dāng)前??移動速??度顯示??并發(fā)送??至手機(jī)??端。工??作人員??可通過??手機(jī)端??控制機(jī)??器人移??動，達(dá)??到清掃??教室的結(jié)果。實(shí)現(xiàn)的功能如下，1.清掃機(jī)器人主控芯片采用STM32F103C8T6，使用藍(lán)牙通信，與手機(jī)端上位機(jī)進(jìn)行通信；2.清掃機(jī)器人具備避障功能；3.清掃機(jī)器人自動依照地面設(shè)下的標(biāo)示線移動清掃教室；4.清掃機(jī)器人可監(jiān)測當(dāng)前移動速度，顯示，并發(fā)送到手機(jī)端；5.工作人員可通過手機(jī)端控制清掃機(jī)器人移動清掃教室。1.5總體方案設(shè)計(jì)第一步：通過圖書館和網(wǎng)絡(luò)查詢到所需要的資科，要各個(gè)硬件器件的詳細(xì)資料，包括STM32F103C8T6芯片的資料、傳感器模塊的詳細(xì)資料及其介紹和各個(gè)品種的優(yōu)缺點(diǎn)[9]。第二步：確定系統(tǒng)使用各個(gè)模塊，理清模塊之間的關(guān)系，收集相關(guān)軟硬件資料；第三步：規(guī)劃研究，確定系統(tǒng)組成部分結(jié)構(gòu)，勾畫出大體系統(tǒng)框架圖并在結(jié)構(gòu)框架圖的基礎(chǔ)上提出原理框圖；第四步：利用軟件完成硬件電路部分設(shè)計(jì)并畫出各部分模塊的電路圖，將各系統(tǒng)部件通過接口電路集合在一起，并畫出原理電路圖；第五步：根據(jù)系統(tǒng)控制過程完成軟件模塊設(shè)計(jì)部分，繪制出總的流程圖；第六步：準(zhǔn)備進(jìn)行模擬仿真，檢查各系統(tǒng)是否能夠按照預(yù)定要求完整實(shí)現(xiàn)控制功能，梳理各模塊之間的關(guān)系并整理論文[10]。

第2章系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)方案在功能結(jié)構(gòu)模塊??設(shè)計(jì)的??基礎(chǔ)上??，系統(tǒng)??設(shè)計(jì)會??詳細(xì)展??現(xiàn)每個(gè)??功能模??塊具體??的實(shí)現(xiàn)??流程，??并詳細(xì)??描述出??系統(tǒng)功??能模塊??的輸入??、輸出??和處理??過程，??這可以??有效避??免在系??統(tǒng)實(shí)施??階段對??程序進(jìn)??行設(shè)計(jì)??時(shí)，用??特定傳??感器進(jìn)??行硬件??設(shè)計(jì)，??從而實(shí)??現(xiàn)系統(tǒng)??的整體功能[11]。本設(shè)計(jì)是STM32F103C8T6單片機(jī)為控制核心，由紅外避障模塊，藍(lán)牙模塊，測速模塊組成，實(shí)現(xiàn)教室清掃機(jī)器人設(shè)計(jì)。系統(tǒng)框圖如下圖：圖2-1結(jié)構(gòu)框圖2.2功能需求分析系統(tǒng)的功?能???分析??，是??分析用??戶提出??的?具???體問題的??功?能??需求，??分析提出的這??些?功??能是否??????合理?，通???過現(xiàn)有??的?技??術(shù)能實(shí)??現(xiàn)這些??需求。??為了系??統(tǒng)的完??整性需??求?分??析是必???不可??少的?，因?此，在??需求分???析問題過??程中，其??分?析??的??問題越??透?徹??系統(tǒng)功能就越完整[12]。傳感器與計(jì)算機(jī)技術(shù)??和通信??技術(shù)被??稱為信??息技術(shù)??的三大??支柱，??因?yàn)橛??件系統(tǒng)??不能直????接??獲取所??需的各??種信息??，因此??硬件系??統(tǒng)中獲??取數(shù)據(jù)??信息常??常通過??傳感器??來實(shí)???現(xiàn)。傳??感器在??硬件系??統(tǒng)中將???測量??測得的??生物量??，物理??量，化??學(xué)?量??等。???利用生??物，物??理和化??學(xué)效應(yīng)??將其轉(zhuǎn)??換為???需的電??量。本??系統(tǒng)采??用的模塊如下[13]。紅外避障模塊：紅外避障模塊需??要能夠??準(zhǔn)確地??檢測機(jī)??器人周??圍的障??礙物，??避免誤??判和漏??判；為??了避免??機(jī)器人??在清掃??時(shí)被卡??住或碰??撞到障??礙物，??紅外避??障模塊??需要能??夠在多??個(gè)方向??上檢測??障礙物??；紅外??避障模??塊需要??具有高??靈敏度??，能夠??在檢測??到障礙??物時(shí)及??時(shí)發(fā)出??信號；??由于教??室光線??變化較??大，紅??外避障??模塊需??要具備??良好的??光線抗??干擾能??力，以??保證檢??測的準(zhǔn)??確性和??穩(wěn)定性??；不同??教室的??布局和??大小不??同，紅??外避障??模塊需??要能夠??調(diào)節(jié)檢??測范圍??，以適??應(yīng)不同??的環(huán)境??；教室??清掃機(jī)??器人系??統(tǒng)是長??時(shí)間運(yùn)??行的，??紅外避??障模塊??需要具??有高可??靠性，??能夠長??期穩(wěn)定??運(yùn)行。??總之，??紅外避??障模塊??是教室??清掃機(jī)??器人系??統(tǒng)中非??常重要??的一個(gè)??組成部??分，需??要具備??高精度??、多方??位檢測??、高靈??敏度、??光線抗??干擾能??力強(qiáng)、??可調(diào)節(jié)??檢測范??圍和高??可靠性??等功能??，以保??證機(jī)器??人能夠??順利完??成清掃??任務(wù)，??并避免??與障礙??物發(fā)生??碰撞和卡頓的情況[14]。測量移動速度模塊：測速模塊需要能??夠精確??測量機(jī)??器人的??速度和??行駛距??離，以??便控制??系統(tǒng)能??夠準(zhǔn)確??控制機(jī)??器人的??行駛方??向和速??度；測??速模塊??需要具??有高靈??敏度，??能夠及??時(shí)、準(zhǔn)??確地檢??測機(jī)器??人的運(yùn)??動狀態(tài)??；測速??模塊需??要具有??高實(shí)時(shí)??性，能??夠及時(shí)??反饋機(jī)??器人的??速度和??行駛距??離，以??保證控??制系統(tǒng)??的穩(wěn)定??性和可??靠性；??由于教??室環(huán)境??復(fù)雜，??測速模??塊需要??具備良??好的抗??干擾能??力，能??夠在各??種復(fù)雜??的環(huán)境??下正常??工作；??測速模??塊可以??采用超??聲波和??紅外線??的雙重??檢測方??式，能??夠更加??準(zhǔn)確地??測量機(jī)??器人的??速度和??行駛距??離；測??速模塊??需要能??夠調(diào)節(jié)??檢測范??圍，以??適應(yīng)不??同的環(huán)??境和機(jī)??器人運(yùn)??動狀態(tài)??；測速??模塊需??要具有??良好的??接口和??易于集??成的特??點(diǎn)，能??夠方便??地與其??他模塊??進(jìn)行協(xié)??調(diào)工作???？傊??，測速??模塊是??教室清??掃機(jī)器??人系統(tǒng)??中非常??重要的??一個(gè)組??成部分??，需要??具備高??精度、??高靈敏??度、高??實(shí)時(shí)性??、良好??的抗干??擾能力??、雙重??檢測、??可調(diào)節(jié)??檢測范??圍和易??于集成??和使用??等功能??，以保??證機(jī)器??人能夠??精確、??穩(wěn)定地??測量速??度和行??駛距離??，完成??清掃任務(wù)[15]。2.3器件選型2.3.1單片機(jī)型號選型51單片機(jī)的存儲器??容量較??小，只??能處理??比較簡??單的應(yīng)??用程序??。對于??復(fù)雜的??應(yīng)用程??序，可??能需要??使用外??部存儲??器或選??擇其他??微控制??器。單??片機(jī)只??支持八??位處理??器架構(gòu)??，這限??制了其??處理速??度和能??力，對??于需要??更高性??能的應(yīng)??用程序??，可能??需要選??擇其他??微控制??器。相??比其他??微控制??器，單??片機(jī)缺??乏一些??硬件模??塊，如??模擬轉(zhuǎn)??換模塊??、US??B接口??、以太??網(wǎng)接口??等，這??些模塊??需要通??過外部??芯片實(shí)??現(xiàn)[16]。由??于該單??片機(jī)的??開發(fā)歷??史較長??，一些??新的開??發(fā)工具??和技術(shù)??可能不??支持它??。這使??得對于??一些特??定的應(yīng)??用程序??，可能??需要花??費(fèi)更長??的時(shí)間??和精力??來開發(fā)??和調(diào)試??。單??片機(jī)的AD、EEPROM等功能需要靠擴(kuò)展和延伸，其增加了硬件和軟件的負(fù)擔(dān)；雖然I/O腳使用較為簡單，但高電平無輸出能力，這也是該系列單片機(jī)的軟肋；運(yùn)行速度過慢，其中特別是雙數(shù)據(jù)指針，如果能改進(jìn)能給編程帶來很大的便利。51單片機(jī)保護(hù)能力很差，很容易燒壞芯片，目前在教學(xué)場合和對性能要求不高的場合大量被采用[17]。32位單片機(jī)使用更寬??的數(shù)據(jù)??總線和??地址總??線，可??以處理??更大的??數(shù)據(jù)和??更復(fù)雜??的指令??，提供??更高的??處理速??度和處??理能力??。具有??更大的??存儲器??容量，??可以存??儲更多??的程序??和數(shù)據(jù)??，滿足??更復(fù)雜??的應(yīng)用??程序的??需要。??單片機(jī)??通常配??備更多??的硬件??模塊，??如多個(gè)??定時(shí)器??、控制??器、以??太網(wǎng)接??口、U??SB接??口等，??這些硬??件模塊??可以提??高系統(tǒng)??性能并??簡化軟??件設(shè)計(jì)??。該單??片機(jī)通??常提供??更多的??外設(shè)接??口，并??且該單??片機(jī)使??用更先??進(jìn)的制??造工藝??，功耗??更低、??可靠性??更高，??同時(shí)可??實(shí)現(xiàn)更??小的封??裝，便??于集成??到更小??的設(shè)備??中。由??于該單??片機(jī)的??市場需??求日益??增加，??有很多??成熟的??開發(fā)工??具和支??持，方??便開發(fā)??者使用??和調(diào)試??。綜上??所述，??32位??單片機(jī)??在處理??速度、??存儲器??容量、??硬件模??塊、外??設(shè)接口??、制造??工藝和??開發(fā)工??具等方??面都有??明顯的??優(yōu)勢，??適用于??更復(fù)雜??的應(yīng)用程序[18]。2.3.2紅外傳感器模塊選型紅外接近傳感器是一種常見的非接觸式傳感器，用于檢測物體是否靠近。其工作原理是通過紅外線發(fā)射器將紅外線照射到物體上，物體反射回來的紅外線被接收器接收并轉(zhuǎn)化成電信號，最終通過處理模塊來實(shí)現(xiàn)物體距離的測量，GP2Y0A41SK的工作距離為4cm-30cm，檢測范圍為50度，適合于近距離的物體檢測。E18-D80NK是一種常見的紅外反射傳感器，是E18系列傳感器的一種。其具有小巧、靈敏、精準(zhǔn)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于許多電子產(chǎn)品中，采用光電傳感器原理實(shí)現(xiàn)物體距離檢測，可以通過輸出端口輸出數(shù)字信號，靈敏度高、響應(yīng)速度快。其檢測距離范圍為1-80cm，適用于近距離測距。本設(shè)計(jì)考慮到各種因素，為了檢測距離較短，適用于近距離物體檢測，體積小，易于集成，可以方便地安裝在各種硬件平臺上，靈敏度高，可以檢測到物體的細(xì)微變化，最終選擇了紅外反射傳感器E18-D80NK。2.3.3藍(lán)牙模塊選型HC-06是一種常見的藍(lán)牙串口模塊，它是基于藍(lán)牙2.0標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)牙串口透明傳輸模塊。這種模塊具有體積小、功耗低、通信距離、接口簡單等優(yōu)點(diǎn)，可以被廣泛地應(yīng)用于Arduino、RaspberryPi等單片機(jī)系統(tǒng)，HC-06藍(lán)牙模塊只能作為從設(shè)備進(jìn)行通信，不能作為主設(shè)備進(jìn)行掃描和連接。此外，在使用HC-06藍(lán)牙模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，需要進(jìn)行一定的數(shù)據(jù)校驗(yàn)和錯誤處理，以確保數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。CC2541是一種低功耗藍(lán)牙芯片，由德州儀器（TI）公司推出。CC2541采用ARMCortex-M3內(nèi)核，集成了藍(lán)牙4.0協(xié)議棧及相關(guān)硬件電路，可以作為藍(lán)牙模塊進(jìn)行使用。它是一種小型、低功耗、高度集成的藍(lán)牙模塊，支持BLE（BluetoothLowEnergy）協(xié)議，可以與iOS和Android設(shè)備進(jìn)行連接。本設(shè)計(jì)考慮到各種因素，是一個(gè)較為簡單的模塊，主要應(yīng)用場景為低成本的藍(lán)牙通信，它只支持藍(lán)牙2.0規(guī)范下的SPP（串口協(xié)議）模式，為了體積小、功耗低、通信距離最終選擇HC-06藍(lán)牙模塊。第3章系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)教室清掃機(jī)器人設(shè)計(jì)，全部模塊主要包含紅外避障模塊，循跡模塊，藍(lán)牙模塊，測速模塊，原理圖如圖3-1所示。3-1系統(tǒng)總體原理圖3.2系統(tǒng)主要功能模塊設(shè)計(jì)教室清掃機(jī)器人設(shè)計(jì)主要包括了紅外避障模塊，藍(lán)牙模塊，測速模塊以及單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)。3.2.1紅外避障功能模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)LM393比較器的紅外線避??障模塊??是其中??較容??易設(shè)置??的通用??輸入/??輸出接??口模塊??之一。??它有三??個(gè)管腳??分別是??：電源??正極/??電源負(fù)??極/輸??出極；??有一對??發(fā)射與??接收管??；單個(gè)??模塊電??壓范圍??3.??3-5??V，紅??外測量??距離是??2-??30c??m。接??到信號??輸出的??狀態(tài)是??：有障??礙物和??無障礙??物。此??模塊工??作的功??能是用??來發(fā)射??和接收??紅外線??來做比??較，當(dāng)??接收端??接收到??了信號??后，輸??出引腳??就會輸??出低電??平電壓??，如果??接收端??并沒有??接收到??信號，??那么輸??出引腳??不輸出??。這上??面設(shè)置??了一個(gè)??可以調(diào)??整的電??位器，??是用來??調(diào)整紅??外測試??距離。??使用的??時(shí)候要??先旋轉(zhuǎn)??電位器??來調(diào)整??。在我??的設(shè)計(jì)??中，此??模塊所??起的作??用是發(fā)??現(xiàn)機(jī)器??人所行??進(jìn)的路??線上有??沒有阻??擋物，??如果有??阻擋物??的話則??會通過??模塊的??功能給??機(jī)器人??輸出一??個(gè)信號??，進(jìn)而??機(jī)器人??再反饋??給其他??的功能??模塊進(jìn)??行相應(yīng)??的行動??。紅外??線避障模塊??實(shí)物如圖3-2所示。其原理圖如圖3-3所示。圖3-2紅外避障模塊實(shí)物圖圖3-3紅外避障模塊原理圖3.2.2無線通信功能模塊設(shè)計(jì)SIM900A它是一個(gè)設(shè)計(jì)尺寸密集??的全球??移動通??信系統(tǒng)??模塊，??它是一??個(gè)立基??于意法??—愛立??信芯片??，結(jié)構(gòu)??上應(yīng)用??了A??RM9??26E??J-S??架構(gòu)??，計(jì)算??性能非??常的強(qiáng)??大，可??以應(yīng)用??在好多??跟蹤系??統(tǒng)與定??位系統(tǒng)??上。它??的制作??尺寸非??常的微??小，是??毫米級??別；消??耗的整??個(gè)的功率比較低；它的支持電壓：3.2～4.8V；能夠在不同的用戶之間利用AT指令來設(shè)置命令，支持頻段為900/1800Mhz。SIM900A的主要功能是通過??安裝在??上面的??SI??M卡??接收信??號后傳??輸指令??或是發(fā)??送指令??，而在??我的遠(yuǎn)??程控制??掃地機(jī)??器人中??主要的??作用就??是接收??控制端??手機(jī)發(fā)??送的短??信并且??發(fā)動指??令來控??制機(jī)器??人作出??相應(yīng)的??反應(yīng)，??也就是??作為信??號接收??并處理裝置。GPRSSIM900A的實(shí)物圖如圖3-4所示。圖3-4SIM900A模塊3.2.3單片機(jī)型號選擇STM32系列32位單片機(jī)，以ARM的Cortex-M為基礎(chǔ)，它可以支持32位的多種用途，包括高性能，實(shí)時(shí)功能，數(shù)字信號處理，以及低功耗，低壓運(yùn)行，并具有一個(gè)完整的，易于使用的發(fā)展。圖3-5STM32單片機(jī)圖3.2.4循跡模塊電度表脈沖數(shù)據(jù)采樣:電能表的脈沖也就是指其計(jì)量參數(shù)輸出，其為校表、遠(yuǎn)程抄表提供參數(shù)。2、障礙檢測：障礙檢測就是指檢測是否有障礙物，然為運(yùn)動提供信號。3、黑白線探測：探測器上的紅外線發(fā)光二極管持續(xù)發(fā)出紅外線，如果發(fā)出的紅外線沒有被折射，或者折射的紅外線沒有足夠的亮度，則光敏三極管將關(guān)閉，這時(shí)，組件的輸出將會是一個(gè)低電平；指示器二極管始終處于關(guān)閉的狀態(tài)。當(dāng)被探測對象進(jìn)入探測區(qū)域后，紅外光被充分地折射，光敏三極管飽和，這時(shí)，該組件的輸出為高電平；圖3-6循跡傳感器3.2.5測速功能模塊設(shè)計(jì)教室清掃機(jī)器人系統(tǒng)中的??測速模??塊是用??于測量??機(jī)器人??的速度??和行駛??距離的??重要組??成部分??。以下??是教室??清掃機(jī)??器人系??統(tǒng)中測??速模塊??的硬件設(shè)計(jì)要點(diǎn)：電機(jī)編碼器：測速模塊需??要安裝??電機(jī)編??碼器，??用于實(shí)??時(shí)監(jiān)測??電機(jī)的??轉(zhuǎn)速和??運(yùn)動狀??態(tài)，以??便計(jì)算??機(jī)控制??系統(tǒng)能??夠準(zhǔn)確??地測量??機(jī)器人??的速度??和行駛距離[20]。光電傳感器：測速模塊還需要??配置光??電傳感??器，用??于檢測??機(jī)器人??輪胎的??轉(zhuǎn)動情??況，并??產(chǎn)生相??應(yīng)的脈??沖信號??，以便??計(jì)算機(jī)??控制系??統(tǒng)計(jì)算??機(jī)器人??的速度和行駛距離。微控制器：測速模塊需要??配置微??控制器??，用于??處理光??電傳感??器和編??碼器產(chǎn)??生的信??號，計(jì)??算機(jī)器??人的速??度和行??駛距離??，并將??測量結(jié)??果反饋??給計(jì)算??機(jī)控制系統(tǒng)。顯示屏：為了方便操作和??監(jiān)測機(jī)??器人的??運(yùn)行狀??態(tài)，測??速模塊??可以配??置顯示??屏，用??于顯示??機(jī)器人??的速度??和行駛??距離等信息。電源管理模塊：測速模塊還需??要配置??電源管??理模塊??，用于??管理模??塊的電??源供應(yīng)??，并確??保模塊??在運(yùn)行??過程中??的穩(wěn)定??性和可靠性。殼體設(shè)計(jì)：測速模塊需要采??用合適??的殼體??設(shè)計(jì)，??以保護(hù)??模塊內(nèi)??部的電??子元件??不受機(jī)??器人運(yùn)??動中的??外部干??擾和碰??撞的影響。總之，教室清掃機(jī)器人??系統(tǒng)中??的測速??模塊需??要具備??電機(jī)編??碼器、??光電傳??感器、??微控制??器、顯??示屏、??電源管??理模塊??等硬件??組件，??以確保??機(jī)器人??能夠精??確、穩(wěn)??定地測??量速度??和行駛??距離。??在硬件??設(shè)計(jì)過??程中，??還需要??考慮模??塊的殼??體設(shè)計(jì)??，以保??護(hù)內(nèi)部電子元件的安全。圖3-7光電測速傳感器3.3本章小結(jié)基于STM32單片機(jī)的教室清掃機(jī)器人系統(tǒng)分析，基于現(xiàn)有的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件系統(tǒng)功能均可實(shí)現(xiàn)；將整個(gè)系統(tǒng)劃分為兩個(gè)功能模塊進(jìn)行分析，使得對系統(tǒng)的分析能夠細(xì)致入微，同時(shí)也有利于后續(xù)工作的進(jìn)行。

第4章軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1軟件主流程圖功能模塊系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)是滿足需求設(shè)計(jì)的，如果能告訴所有處理特別程序需要的設(shè)備，如果該系統(tǒng)對投入、產(chǎn)出和模塊作了準(zhǔn)確的描述，就能使程序更有效地避免該系統(tǒng)的應(yīng)用階段。主程序首先對單片機(jī)進(jìn)行初始化，使得相應(yīng)的IO口以及中斷寄存器置位，以滿足接下來的操作。圖4-1系統(tǒng)軟件主流程圖4.2紅外避障模塊流程當(dāng)系統(tǒng)初始化完成后，開始正常工作。系統(tǒng)上接收來自上位機(jī)的信號，控制系統(tǒng)工作運(yùn)行，前進(jìn)遇到障礙物左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)90°避開障礙物位置繼續(xù)前進(jìn)。流程圖如下。圖4-2紅外避障模塊流程圖4.3測速模塊流程當(dāng)系統(tǒng)初始化完成后，開始正常工作。系統(tǒng)上接收來自上位機(jī)的信號，控制系統(tǒng)工作運(yùn)行，前進(jìn)過程中測量移動速度并上傳到手機(jī)端，流程圖如下。圖4-3紅測速模塊流程圖4.4軟件主流程圖KeiluVision5是一款集成開發(fā)環(huán)境（IDE），適用于嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)，是由ARM公司開發(fā)。它支持多種ARM微控制器，例如ARM7、ARM9、Cortex-M系列等，它同時(shí)也支持多種外部設(shè)備、傳感器和其他外圍設(shè)備。KeiluVision5是一款功能強(qiáng)大的工具，適用于嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)、編譯和調(diào)試，具有以下特點(diǎn)：它是集成多種編程語言，支持C、C++、匯編等，自帶調(diào)試器，支持單片機(jī)在線調(diào)試和仿真，支持多種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS），用于多任務(wù)處理，提供一系列組件和庫文件，方便編寫更加復(fù)雜的程序，提供直觀簡潔的用戶界面，易于使用和學(xué)習(xí)，支持第三方軟件集成，如Git、Subversion等，方便進(jìn)行版本控制和協(xié)同開發(fā)?？傊?，KeiluVision5是一個(gè)非常常用的、面向嵌入式系統(tǒng)的IDE，提供了一個(gè)完整的開發(fā)平臺，使用戶可以在同一個(gè)軟件中輕松地完成從開發(fā)到部署的所有任務(wù)。圖4-4Keiluvision5軟件界面4.5紅外避障模塊程序的設(shè)計(jì)教室清掃機(jī)器人系統(tǒng)中的紅外避障模塊的軟件設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的避障功能，以確保機(jī)器人能夠在遇到障礙物時(shí)及時(shí)停止或轉(zhuǎn)向。以下是紅外避障模塊的軟件設(shè)計(jì)要點(diǎn)：傳感器數(shù)據(jù)讀取：紅外避障模塊需要讀取紅外傳感器的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)的處理，以確定機(jī)器人周圍的障礙物情況。數(shù)據(jù)處理包括濾波、數(shù)據(jù)校驗(yàn)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等。算法設(shè)計(jì)：紅外避障模塊需要根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)相應(yīng)的算法，判斷機(jī)器人是否遇到障礙物，并做出相應(yīng)的反應(yīng)。常見的算法包括閾值比較法、滑動窗口法等?？刂品磻?yīng)：紅外避障模塊需要根據(jù)算法判斷的結(jié)果控制機(jī)器人的運(yùn)動。通常，遇到障礙物時(shí)，機(jī)器人需要停止或轉(zhuǎn)向以避免碰撞。因此，紅外避障模塊需要實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制反應(yīng)功能。通信接口：紅外避障模塊需要與控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，因此需要配置相應(yīng)的通信接口。常見的通信接口包括UART、SPI、I2C等。程序設(shè)計(jì)：紅外避障模塊需要編寫相應(yīng)的程序，實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)讀取、算法設(shè)計(jì)、控制反應(yīng)和通信接口等功能。程序設(shè)計(jì)需要考慮模塊的穩(wěn)定性、可靠性和可維護(hù)性等因素。總之，教室清掃機(jī)器人系統(tǒng)中的紅外避障模塊的軟件設(shè)計(jì)需要考慮傳感器數(shù)據(jù)讀取、算法設(shè)計(jì)、控制反應(yīng)、通信接口和程序設(shè)計(jì)等方面，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的避障功能。在軟件設(shè)計(jì)過程中，還需要考慮模塊的穩(wěn)定性、可靠性和可維護(hù)性等因素。圖4-3為紅外避障模塊軟件設(shè)計(jì)：圖4-5紅外避障模塊軟件設(shè)計(jì)4.6測移動速度程序的設(shè)計(jì)教室清掃機(jī)器人系統(tǒng)中的測速模塊的軟件設(shè)計(jì)主要涉及測量機(jī)器人的速度和行駛距離的算法設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理。以下是測速模塊的軟件設(shè)計(jì)要點(diǎn)：算法設(shè)計(jì)：測速模塊需要根據(jù)電機(jī)編碼器和光電傳感器的輸入數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)相應(yīng)的算法，計(jì)算機(jī)器人的速度和行駛距離。常見的算法包括脈沖計(jì)數(shù)法、微分法、積分法等。數(shù)據(jù)處理：測速模塊需要處理從電機(jī)編碼器和光電傳感器獲得的原始數(shù)據(jù)，通過算法計(jì)算出機(jī)器人的速度和行駛距離，并將計(jì)算結(jié)果傳遞給控制系統(tǒng)。數(shù)據(jù)處理還需要考慮噪聲濾波和數(shù)據(jù)校驗(yàn)等問題，以提高數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。通信接口：測速模塊需要與控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，因此需要配置相應(yīng)的通信接口。常見的通信接口包括UART、SPI、I2C等。程序設(shè)計(jì)：測速模塊需要編寫相應(yīng)的程序，實(shí)現(xiàn)算法設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理和通信接口等功能。程序設(shè)計(jì)需要考慮模塊的穩(wěn)定性、可靠性和可維護(hù)性等因素?？傊?，教室清掃機(jī)器人系統(tǒng)中的測速模塊的軟件設(shè)計(jì)需要考慮算法設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理、通信接口和程序設(shè)計(jì)等方面，以確保模塊能夠精確、穩(wěn)定地測量機(jī)器人的速度和行駛距離，并將測量結(jié)果傳遞給控制系統(tǒng)。在軟件設(shè)計(jì)過程中，還需要考慮模塊的穩(wěn)定性、可靠性和可維護(hù)性等因素。圖4-6測移動速度軟件設(shè)計(jì)4.7本章小結(jié)對系統(tǒng)的功能進(jìn)行分析，論述各個(gè)功能模塊的需求，對其中功能模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)行流程化，可以使得系統(tǒng)具有完整性，可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，利于后期的系統(tǒng)開發(fā)，簡化后期的工作。第5章系統(tǒng)測試5.1系統(tǒng)實(shí)物圖本設(shè)計(jì)是一種教室清掃機(jī)器人的設(shè)計(jì),這個(gè)設(shè)計(jì)是針對教室清掃機(jī)器人設(shè)計(jì)的問題做研究。主芯片采用STM32F103C8T6，使用藍(lán)牙通信??模塊，??利用手??機(jī)端作??為上位??機(jī)。機(jī)??器人可??以躲避??障礙物??、還可??以自動??依照地??面設(shè)下??的標(biāo)示??線移動??清掃教??室、監(jiān)??測當(dāng)前??移動速??度顯示??并發(fā)送??至手機(jī)??端。工??作人員??可通過??手機(jī)端??控制機(jī)??器人移??動，達(dá)??到清掃??教室的結(jié)果。圖5-1系統(tǒng)總體實(shí)物圖5.2測試原理機(jī)器人智能小車開機(jī)通電，手機(jī)端打開藍(lán)牙進(jìn)行匹配連接，打開軟件搜索設(shè)備與機(jī)器人智能小車控制連接，系統(tǒng)初始化完成，開始正常工作。連接成功控制小車前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)和停止，當(dāng)障礙物出現(xiàn)在小車行進(jìn)路徑上時(shí)，傳感器會收集到障礙物的相關(guān)信息，判斷出障礙物的方位和距離，并利用控制電機(jī)馬達(dá)等執(zhí)行器來控制小車做出適當(dāng)?shù)姆较蛐袆?，前進(jìn)過程中測速模塊監(jiān)測機(jī)器人智能小車前進(jìn)速度并通過藍(lán)牙模塊上傳到手機(jī)端。循跡模塊通過感應(yīng)路面上的黑線或者顏色對小車進(jìn)行控制，使其按照預(yù)設(shè)的路線行駛。循跡小車配備紅外線傳感器，傳感器能夠檢測路面上的黑線或顏色，來按照預(yù)設(shè)的路線行駛。圖5-2可以進(jìn)行方向變換，具備避障功能，沿著規(guī)劃的路線行駛等5.3測試目的在這一部分調(diào)試中，因?yàn)闀r(shí)間比較有限，我們無法制做出真實(shí)的PCB來調(diào)試系統(tǒng)軟件，因此只有應(yīng)用Proteus模擬仿真軟件來系統(tǒng)模擬的一部分作用。對軟件進(jìn)行測試，目的就是要找到一個(gè)系統(tǒng)中潛在的漏洞，有些人以為在測試中找到的漏洞越少就好，其實(shí)不然，如果能夠在測試中找到更多的漏洞，那么就會對軟件的完整性產(chǎn)生很大的幫助。軟件測試是一種旨在找出更多缺陷，而非展示其正常運(yùn)行的功能。5.4測試原則在進(jìn)行軟件測試時(shí)，要遵守以下四條基本原理：首先，要根據(jù)系統(tǒng)的要求進(jìn)行測試；越早越好。當(dāng)你寫一個(gè)測試案例的時(shí)候，要注意一些諸如特殊值，邊界值等的情況。在撰寫測試用例時(shí)，必須包含正確與不正確的輸入條件。對測試中的成簇現(xiàn)象給予足夠的關(guān)注。5.5功能測試教室清掃機(jī)器人的設(shè)計(jì)中清掃機(jī)器人具備避障功能,，掃地機(jī)器人能夠沿著規(guī)劃的路線行駛，并且可以顯示當(dāng)前的移動速度，發(fā)送給手機(jī)端。第6章總結(jié)與展望6.1總結(jié)本章主要是對整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)過程展開了總結(jié)講述，以及在系統(tǒng)開發(fā)完成之后的心得體會。在整個(gè)開發(fā)工程中，從開始的選題到最后項(xiàng)目完成，讓我獲益良多。本設(shè)計(jì)中的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)是通過手機(jī)進(jìn)而來對機(jī)器人進(jìn)行操作。手機(jī)端發(fā)送指令到機(jī)器人進(jìn)行操作。從選擇部分，選擇方案，對部件進(jìn)行安裝，編寫編程，經(jīng)過無數(shù)次的試驗(yàn)，終于完成。這個(gè)課程讓我對智能機(jī)器人的發(fā)展有了更深的了解，對電子部件有了更深的了解。雖然畢業(yè)論文的內(nèi)容很多，設(shè)計(jì)的過程也很多，可是我得到的卻是很多。該系統(tǒng)適用于不同的環(huán)境，有不同的部件的選擇指標(biāo)，有不同的安裝方法，在對該設(shè)計(jì)的逐漸了解中，我也逐漸了解到了很多其它很多種類的應(yīng)用。從最初的不知道該怎么從哪里入手，到順順利利地完成了這篇畢業(yè)論文，讓我有了踏入社會的自信，也讓我對自己有了更深一步的了解。同時(shí)還要創(chuàng)新的精神，當(dāng)你覺得一種做法可能可以實(shí)現(xiàn)的時(shí)候就應(yīng)該勇于嘗試，遇到問題的時(shí)候應(yīng)該多問多想，不輕易放棄。在以后的工作和學(xué)習(xí)中，要勤奮踏實(shí)，善于思考，才能在競爭激烈的社會中提升自我的實(shí)用價(jià)值。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我一個(gè)很好的學(xué)習(xí)機(jī)會，我在這里面學(xué)習(xí)到很多東西，受益匪淺。6.2展望隨著科技的不斷發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，教育領(lǐng)域也不例外。教室清掃機(jī)器人系統(tǒng)就是一種利用機(jī)器人技術(shù)來完成教室清潔工作的系統(tǒng)。未來，教室清掃機(jī)器人系統(tǒng)有望得到更廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，具有以下幾個(gè)展望：1.自主性增強(qiáng)：未來的教室清掃機(jī)器人系統(tǒng)將會擁有更強(qiáng)的自主性，能夠根據(jù)教室的布局、大小和清潔需求，自動規(guī)劃清掃路線，并完成清掃任務(wù)。同時(shí)，機(jī)器人還將能夠通過機(jī)器視覺等技術(shù)，識別并避開教室中的障礙物，從而實(shí)現(xiàn)更高效、更準(zhǔn)確的清潔。2.智能化：未來的教室清掃機(jī)器人系統(tǒng)將會擁有更高的智能化程度，能夠通過人工智能技術(shù)學(xué)習(xí)、自我調(diào)整和優(yōu)化清掃策略，提高清潔效率和質(zhì)量。同時(shí)，機(jī)器人還將能夠通過智能傳感器和監(jiān)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對教室環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測和反饋，從而更好地適應(yīng)不同環(huán)境下的清掃需求。3.多功能化：未來的教室清掃機(jī)器人系統(tǒng)將不僅僅是一款單一的清潔工具，而是可以承擔(dān)更多的功能和服務(wù)。例如，機(jī)器人還可以擔(dān)任課堂助手的角色，為老師和學(xué)生提供一些基礎(chǔ)的服務(wù)和幫助，如提供學(xué)習(xí)資料、輔助課堂講解等。4.網(wǎng)絡(luò)化：未來的教室清掃機(jī)器人系統(tǒng)將與網(wǎng)絡(luò)相連，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和管理。通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，老師和學(xué)生可以通過手機(jī)或電腦對機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和監(jiān)控，實(shí)時(shí)掌握教室清潔狀況。同時(shí)，機(jī)器人還可以通過網(wǎng)絡(luò)與其他機(jī)器人實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作，提高清潔效率和質(zhì)量?？傊?，教室清掃機(jī)器人系統(tǒng)的未來展望是十分廣闊的，隨著科技的不斷進(jìn)步和應(yīng)用，相信未來的機(jī)器人系統(tǒng)會越來越智能化、自主化、多功能化和網(wǎng)絡(luò)化，為教育教學(xué)提供更好的服務(wù)和支持。

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附錄B程序#include"delay.h"#include"sys.h"#include"timer.h"#include"usart.h"#include"oled.h"#include"bmp.h"#definePB5PBout(5)//PC13 #definePB6PBout(6)//#definePB7PBout(7)#definePB8PBout(8)#defineLEDPCout(13)#definebeepPBout(9)//蜂鳴器#definePB12GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_12)//左循跡傳感器#definePB13GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_13)//右循跡傳感器#definePB14GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_14)//避障傳感器#definePC15GPIO_ReadInputDataBit(GPIOC,GPIO_Pin_15)unsignedcharfs_fg=0;externu8point;unsignedintdis_jl=0;unsignedintjl_r[2]={0,0};unsignedcharlc[]="0000.0CM";//路程unsignedcharsp_d[]="000cm/s";unsignedcharly_da=0;//u16hw=0;u16msHcCount=0;//定時(shí)器中斷計(jì)數(shù)//unsignedcharfm_flg=0;unsignedintsp_count=0;//外部中斷脈沖計(jì)數(shù)unsignedintnext_lc=0;//總里程//unsignedcharkz_flg=0;//unsignedchart_sp=0;unsignedintlc_sp1=0;//脈沖計(jì)數(shù)1unsignedintlc_sp2=0;//脈沖計(jì)數(shù)2//unsignedcharsetval1=18,setval2=80;voiddde(u16time){u16i=0; while(time--) {i=12000; while(i--); }}voidGPIO_Config(void)//配置PA2,PA3{GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;/*GPIOAclockenable*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);///*GPIOAConfiguration:TIM3channel1and2asalternatefunctionpush-pull*/GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;//復(fù)用推挽輸出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_13; //LED0-->PC.13端口配置 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; //推挽輸出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; //IO口速度為50MHz GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure); //根據(jù)設(shè)定參數(shù)初始化GPIOC.13 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_1;//GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING; //??GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; //50M????GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); // GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_15; //LED0-->PC.13端口配置// GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU; //推挽輸出// //GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; //IO口速度為50MHz// GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8; //LED0-->PC.13端口配置 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; //推挽輸出 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; //IO口速度為50MHz GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure); //根據(jù)設(shè)定參數(shù)初始化GPIOC.13 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;// PB9設(shè)為輸出腳，峰鳴器GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; //??GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; //50M????GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_8;//摁鍵初始化GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU; //??//GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; //50M????GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_12|GPIO_Pin_13|GPIO_Pin_14;//紅外避障傳感器輸入GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU; //??//GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; //50M????GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure); beep=1;}voidsend(unsignedchardata){USART1->DR=data;while((USART1->SR&0X40)==0);//等待發(fā)送結(jié)束}voidsen3_str(unsignedchar*dat){while(*dat!='\0'){send(*dat); dat++;}}voidqianjin()//前進(jìn)子函數(shù){PB5=1; PB6=0; PB7=1; PB8=0; TIM_SetCompare3(TIM2,21500); TIM_SetCompare4(TIM2,19000);}voidht()//后退子函數(shù){PB5=0; PB6=1; PB7=0; PB8=1; TIM_SetCompare3(TIM2,21500); TIM_SetCompare4(TIM2,21500);}voidzz()//左轉(zhuǎn)彎子函數(shù){PB5=1; PB6=0; PB7=1; PB8=0; TIM_SetCompare3(TIM2,15000); TIM_SetCompare4(TIM2,38000); //dde(800); //qianjin();}voidyz()//右轉(zhuǎn)子函數(shù){PB5=1; PB6=0; PB7=1; PB8=0; TIM_SetCompare3(TIM2,36000); TIM_SetCompare4(TIM2,15000); //dde(800); //qianjin();}voidtz()//停止子函數(shù){PB5=0; PB6=0; PB7=0; PB8=0; TIM_SetCompare3(TIM2,0); TIM_SetCompare4(TIM2,0);}voidzz1(){PB5=0; PB6=1; PB7=1; PB8=0; TIM_SetCompare3(TIM2,20000); TIM_SetCompare4(TIM2,20000);}voidyz1(){PB5=1; PB6=0; PB7=0; PB8=1; TIM_SetCompare3(TIM2,20000); TIM_SetCompare4(TIM2,20000);} voidEXTIX_Init(void){ EXTI_InitTypeDefEXTI_InitStructure; NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);//外部中斷，需要使能AFIO時(shí)鐘 //KEY_Init();//初始化按鍵對應(yīng)io模式//GPIOC0中斷線以及中斷初始化配置 GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB,GPIO_PinSource1); EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line1; EXTI_InitStructure.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt; EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Rising_Falling;//上升沿和下降沿觸發(fā) EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd=ENABLE; EXTI_Init(&EXTI_InitStructure); //根據(jù)EXTI_InitStruct中指定的參數(shù)初始化外設(shè)EXTI寄存器////GPIOc1中斷線以及中斷初始化配置// GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOC,GPIO_PinSource1);// EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line1;// EXTI_InitStructure.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt; // EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Rising_Falling;//上升沿和下降沿觸發(fā)// EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd=ENABLE;// EXTI_Init(&EXTI_InitStructure); //根據(jù)EXTI_InitStruct中指定的參數(shù)初始化外設(shè)EXTI寄存器////GPIOc2 中斷線以及中斷初始化配置// GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOC,GPIO_PinSource2);// EXTI_InitStructure.EXTI_Line=EXTI_Line2;// EXTI_InitStructure.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt; // EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Rising_Falling;//上升沿和下降沿觸發(fā)// EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd=ENABLE;// EXTI_Init(&EXTI_InitStructure); //根據(jù)EXTI_InitStruct中指定的參數(shù)初始化外設(shè)EXTI寄存器 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=EXTI1_IRQn; //使能按鍵所在的外部中斷通道 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0x03; //搶占優(yōu)先級2， NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0x01; //子優(yōu)先級1 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE; //使能外部中斷通道 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);}voidjs_jl(){if(msH