畢業(yè)論文：基于單片機的智能巷道清掃機硬件設(shè)計（終稿）

關(guān)鍵詞：智能清掃機單片機紅外遙控傳感器驅(qū)動Thispaperintroducestheroadwaysweeperhardwaredesiginterfacecircuit,sensingcircuitmodule,DCmotacquisitionmodule,themobilecontrolmodule,communicationmoduletheclean-upintegratedchipstocontrolandoptimizeperformanceofthesystem.Designoftheroadwayinthecleaningofthecleawerediscussed.Anintelligentdesign,automation,informationoftheroadwayKeywords:IntelligentRoadwaySweeperMcs-51Infrare長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計I第一章緒論 2.1智能清掃機傳感器系統(tǒng)分析 3.2.1AT89C51主要性能參數(shù)…………………9-3.3看門狗IMP813L電路 3.4.3接觸傳感器檢測電路 3.5繼電器控制電路 3.6驅(qū)動系統(tǒng)電路 20-第四章軟件流程設(shè)計 22-4.1總體軟件流程 22- 23- 25-4.4清掃避障系統(tǒng)流程 25-第五章系統(tǒng)調(diào)試 長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第六章結(jié)論 28-參考文獻 第一章緒論目前，我國有幾個廠家生產(chǎn)清掃機。單從原理到結(jié)構(gòu)，只相當(dāng)于發(fā)達國家70年自從英國的JOHNSTON公司1904年設(shè)計出馬拉的掃路機，美國的ELGIN公司于1914年研制出該公司第一部人力蹬踏的三輪掃路機以來，國外清掃車一ELGIN清掃機功能動作設(shè)計有57項之多，內(nèi)容包括了清掃機工作過程中所80年代以后，國產(chǎn)清掃機基本上采用了國外80年代的先進技術(shù)，如真空技術(shù)、機電一體化技術(shù)的核心的技術(shù)—計算機技術(shù)以及直接制約和影響自動化技術(shù)發(fā)航空工業(yè)總公司第二研究院所在考察了各國先進機型的基礎(chǔ)上，將其優(yōu)點能測試和部級鑒定。其某些技術(shù)為國內(nèi)首創(chuàng)，綜合性能為國內(nèi)領(lǐng)先，達到了90而使承載容積和載荷能力大大增強(荷重比1:2),減少了噪聲，降低了成本。(1)通過傳感器電路知識的學(xué)習(xí)及應(yīng)用和單片機控制技術(shù)以實現(xiàn)智能清掃機的(3)學(xué)習(xí)紅外遙控系統(tǒng)的發(fā)射和接收系統(tǒng)，完成智能清掃機的紅外控制系統(tǒng)(5)在各電路模塊設(shè)計的基礎(chǔ)上完成智能清掃機整個系統(tǒng)的設(shè)計，對智能清掃第二章智能清掃機各系統(tǒng)分析移動機器人傳感器系統(tǒng)常用的傳感器大致可以分為內(nèi)傳感器和外傳感器兩信號(紅外、可見及紫外光輻射)轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。紅外光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變本設(shè)計以AT89C51單片機作為檢測和控制核心來控制驅(qū)動器。并采用了PWM(脈寬調(diào)速)的調(diào)速方法可以很輕松的調(diào)節(jié)電機速度?，F(xiàn)在也有很多控制位置，如果你發(fā)一個轉(zhuǎn)10圈的指令，步進電機就不會轉(zhuǎn)11圈，但是如果是直流電機，由于慣性作用，它可能轉(zhuǎn)11圈半。步進電機的調(diào)速是通過控制電機的頻增加電機的輸出力矩，但是代價是電機速度的減小，比如一個1:250的齒輪箱，會讓你電機的輸出力矩增大250倍，但是速度只有原來的1/250了。首先計算出圖2.1PWM調(diào)制電路方案2:采用軟件延時方式，這一方式在精度上不及方案1,特別是在引入2.3紅外遙控系統(tǒng)分析產(chǎn)的一種用于遙控小卡車的CMOS大規(guī)模集成電路RX6制小卡車的移動。由于編碼和解碼的振蕩頻率必須一致，頻率的大小由OSCI鍵盤編碼調(diào)制鍵盤編碼調(diào)制LED遙控發(fā)射器光/電放大解調(diào)解碼光/電放大解調(diào)解碼遙控接收器圖2.2紅外遙控系統(tǒng)第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計PWM調(diào)速電路清掃部件電機垃圾箱圖3.1硬件設(shè)計總框圖AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4Kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器(PEROM)和128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(ROM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和Flash.4K字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器.1000次擦寫周期.2個16位定時/計數(shù)器.6個中斷源3.2.2AT89C51功能特性概述串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。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。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。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。3.2.3AT89C51引腳功能說明TP11P12P14P15P16T噩568,VCC:電源電壓輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址(低8位)和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。動(吸收或輸出電流)4個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倒高電平，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(I)。動(吸收或輸出電流)4個TTL動(吸收或輸出電流)4個TTL邏輯門電路。對P3拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流(I)。P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2INT0(外中斷0)INT1(外中斷1)TO(定時/計數(shù)器0)P3.5T1(定時/計數(shù)器1)P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)3.3看門狗IMP813L電路第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。復(fù)位脈沖寬度的典型值為200ms,高電平有效則第8腳輸出一個低電平信號。IMP813L的典型應(yīng)用電路：IMP813L的第1腳與第8腳相連。第7腳接單片機的復(fù)位腳(AT89C51的第9腳);某種原因單片機進入死循環(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。電源故障輸入PFI通過一個電阻分壓器監(jiān)測未穩(wěn)壓的直流電源。當(dāng)PFI低于1.25V時，電源故障輸出腳第5腳PFO變低，可引起AT89C51中斷，進行電源故障處理，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p1.4V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,力。圖3.5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)生器的兩個需要對此信號進行放大、整形，其信號接收電路如圖3.6所示，圖中J1的1、222526圖3.5發(fā)射波驅(qū)動電路圖3.6回波接收電路電路如圖3.7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。:1D圖3.7紅外光電傳感器檢測電路244333.8接觸傳感器檢測單元接口電路長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計為接觸傳感器，其1腳接地。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。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真圖3.9繼電器控制電路一個接帶動清掃部件的電動機。另一個控制垃圾箱蓋閉合。經(jīng)考慮采用4123無長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計的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，TLP521,把控制部分和驅(qū)動部分隔離開來。單片機輸出端口的電流一般只有器保護電路由8個高速大電流肖恩特二極管1N5822(圖中D1~D8)組成，用來程程本 mm址piuMLap_pP于kTx于圖3.10驅(qū)動系統(tǒng)電路器芯片74HC245和光電耦合器之后輸入電機驅(qū)動芯片L298N,控制電機動作。當(dāng)需要調(diào)速時只需改變PWM調(diào)速脈沖(本設(shè)計中由單片機P1.3和P1.6端口產(chǎn)生)的占空比即可，理論上可以實現(xiàn)256級調(diào)速。長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計3.7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0長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計c解調(diào)3.8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，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個字的DM-162液晶模塊，通過與單片機連接，編程，完成顯示時間及清掃機行進速度的功能。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。那么這個主要是在程序設(shè)計的過程中，進行初始化所決定的。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。然后進行每個字符的寫入顯示。在使用的過程中，還得注意的一點是，可能是顯示驅(qū)動電壓的不穩(wěn)定性，或者是由于液晶字符顯示部件DM-162、電源供電部分。單片機部分：采用AT89C51芯片實現(xiàn)對DM-162的控制顯示字符顯示模塊：選擇2行16個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，同時加載10K電位器以適EbibDP2.s6圖3.13液晶顯示系統(tǒng)電路3.9電源模塊電池組可反復(fù)充電800次以上，質(zhì)量輕，體積小，輸出電流為2A時可連續(xù)工作統(tǒng)電源電壓穩(wěn)定在耗能部件所需的電壓范圍。本設(shè)計選擇5V穩(wěn)壓模塊為移動機構(gòu)系統(tǒng)電路提供不共地5V電源。機載電源模塊為整個機器人系統(tǒng)提供必需的電力，圖3.14為該模塊選用的制模塊電路提供5V工作電壓，即圖中S_5V所示，電機的工作電壓由直流電源電機驅(qū)動模塊不共地的5V電壓，即圖中的VCC所示。圖中J4、J5為電源電壓 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15V左右。采用WRB1205S-1W芯片為主控制器和其它功能部分成芯片，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芯片為電機驅(qū)動控制模塊提供單獨的5V電壓，由于輸入電壓較高，發(fā)熱較大，因此需要加裝第四章軟件流程設(shè)計NYNY(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。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)向單片機控制系統(tǒng)反饋實現(xiàn)。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。本過程主要是通過單片機控制各傳感器及傳感器向單片機反饋來實現(xiàn)。啟動紅外接收系統(tǒng)，等待接收紅外信號。(3)當(dāng)接收到前進指令時，啟動驅(qū)動系統(tǒng)。此過程包括清掃命令接收判斷及是否遇到障礙物判斷。方式1,T0方式2啟動停止標(biāo)志位Y2位LED顯示時間YNYN圖4.2紅外發(fā)射電路流程圖發(fā)射電路主程序的流程圖如圖4.2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2000b/s的波特率；定時器T0工作方式2是用來在P3.7引腳上輸出38kHz的載波信號。有按鍵下時產(chǎn)生外部中斷0,寄則遙控器進入低功耗狀態(tài)。定時器T0中斷程序是將P3.7引腳取反產(chǎn)生38kHz;設(shè)置定時器TO和T1工作方式2;產(chǎn)生38kHz載波信號的時間常數(shù)送給TO;產(chǎn)生2000b/s的波特率的時間常數(shù)送給T1;設(shè)置串口工作于方式1;允許外部中斷0中斷;允許定時器TO中斷;將定時器TO中斷設(shè)置為高優(yōu)先級串口方式1和串口方式1和T1方式2外部中斷0和串口開中接收電路主程序的流程圖如圖4.3所示，接收電路串口和T1的工作方式與長春理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計初始化NY直流電機上電數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)送至單片機首先是系統(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。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。從A/D轉(zhuǎn)換器里讀取電流信號數(shù)出基波的頻率，再根據(jù)電機的具體型號乘以一個系數(shù)得到電機的轉(zhuǎn)速。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。軟件流程如圖4.3所示。清掃壁障流程圖如圖4.4,該流程是智能清掃機執(zhí)行清掃命令及躲避障礙的物?YY清掃NNNY圖4.4清掃避障流程圖接收管接收，產(chǎn)生一個與光強相對應(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。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。第五章系統(tǒng)調(diào)試(3)打開清掃機電源開關(guān)，使清掃機各電路(4)按下紅外遙控器的開始按鈕，此時清掃機開始沿直線行進，當(dāng)清掃機(6)將清掃機放到初始位置重新測試。當(dāng)清掃機遇到第一個經(jīng)測試本課題設(shè)計的基于單