基于单片机的智能扫地机电路系统设计及装配与调试.docx
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基于单片机的智能扫地机电路系统设计及装配与调试
基于单片机的智能扫地机-电路系统设计及装配与调试
摘要
如今,机器越来越智能,随着智能化时代到来,智能机器也给人民带来诸多便利。
家庭智能机器更是应用最广的地方,而智能扫地便能够给人们带来极大的方便,不仅能够给人类带来舒适干净的环境,还能推动社会智能化的发展。
本文主要设计一个简单的智能扫地机。
该扫地机的核心控制元器件是stc89c52,具有编写程序简单,成本普遍较低,功能较多,效率特别高等优点,因此在市场上得到很大的应用。
除此之外,该扫地机能够自动避开障碍物、自动利用风机进行吸尘功能。
该文介绍了扫地机系统的整体制作过程,它主要由单片机主控电路、单片机最小系统电路、红外光电避障电路、按键启动停止电路以及电机驱动电路组成。
通过利用AltiumDesigner集成电路设计软件,进行原理图以及电路板的设计。
其次通过KEIL编程软件为单片机输送程序,来控制整个扫地机的逻辑。
关键字:
智能吸尘机;壁障;stc89c52单片机;L298N
IntelligentSweeperBasedOnMCU
-Circuitsystemdesign,assemblyanddebugging
Abstract
Nowadays,machinesarebecomingmoreandmoreintelligent.Withthecomingofintelligentera,intelligentmachinesalsobringmanyconveniencestopeople.Homeintelligentmachineisthemostwidelyusedplace,andintelligentsweepingcanbringgreatconveniencetopeople.Itcannotonlybringcomfortableandcleanenvironmenttohuman,butalsopromotethedevelopmentofsocialintelligence.
Thispapermainlydesignsasimpleintelligentsweeper.ThecorecontrolcomponentofthesweeperisSTC89C52,whichhastheadvantagesofsimpleprogramming,lowcost,morefunctionsandhighefficiency,soitiswidelyusedinthemarket.Inaddition,thesweepercanautomaticallyavoidobstaclesandusethefanfordustcollection.Thispaperintroducesthewholemanufacturingprocessofthesweepersystem,whichismainlycomposedofthemaincontrolcircuit,theminimumsystemcircuit,theinfraredphotoelectricobstacleavoidancecircuit,thekeystartstopcircuitandthemotordrivecircuit.ByusingtheintegratedcircuitdesignsoftwareofAltiumdesigner,theschematicdiagramandcircuitboardaredesigned.Secondly,thelogicofthewholesweeperiscontrolledbytheprogramofkeil.
Keywords:
intelligentvacuumcleaner;barrier;stc89c52singlechipmicrocomputer;L298N
1概述
1.1产品研究背景
每一项新产品的诞生总是经历着一段研究的过程与背景,智能扫地机同样如此。
由于各类电子元器件和集成电路发明与改进,智能扫地机的功能不断增加,在国内外扫地机种类繁多,不过其相关技术基本相同。
国内很多大学,如武汉科技大学科,清华大学等高等学府对吸尘清洁扫地机进行了大量的探索研究,对于扫地机基本的技术,如如何让电机稳定运行,如何让机器自我感应障碍物,怎么样才能有效吸尘清扫都进行了可行性分析研究并取得有效的成果。
正因为有这些基础研究,让扫地机器人快速服务于社会,不仅给人类带来巨大的便利,还创造初巨大的经济效益。
沃斯扫地机器人在市场上受到广泛欢迎,可谓是性价比与技术比发展相当成熟,究其原因,它简约与基本功能都一应俱全,不哗众取宠。
科沃斯扫地机器人功能基本满足家庭生活需求,不仅能够在红外光电感应基础上进行避障认知房间环境,电机发展可谓相当成熟,应用范围盛广,电机带动小巧轻盈的车轮巡查房间环境的同时可以清扫吸除灰尘,基本功能俱全的同时,其外观简约至上,从而吸引一大批年轻人的喜爱。
总而言之,如何能够让扫地机很好自动认知各类障碍物和提高清扫能力的技术是研究的核心问题,不断改进不断创新便能够更好适应社会服务与社会。
1.2研究的目的和意义
扫地机器人将吸尘与移动的功能通过现代科技技术结合在一起,使他赋予多功能的能力,如同房间内可以自由移动的扫帚,解放了人类的双手,给人类带来诸多便利。
作为智能的,可以移动的,又具备自我辨识障碍物的移动机器人,在智能化的机器人当中,具有极大的代表性,可以启示更多智能化机器怎么样才能更好服务于人类。
智能化吸扫机器人之所以能够有很好的市场,因为它不仅帮助人类降低了其生活中的劳累程度,让工作下班回家的人类带来轻松的环境,而且还大大地提高劳动的效率,适用于各类复杂的生活环境,有效地吸扫地上灰尘。
因此,研究智能的自动化的吸扫机器人具有技术上研究意义,又能够给社会带来很大的改变与巨大的经济效益。
结合各类现代化的红外传感器以及电机驱动移动等领域的重要技术,本人研究的智能吸尘机器人将要设计为价格上倾向于普通老百姓,可以满足普通家庭基本生活清扫的,简单方便操作的,简约时尚,使它能够替代人类的扫帚,能够让家庭生活更加轻松方便,让人类更好的轻松工作,全心全意为人类服务,给社会带来更多便利。
1.3课题的主要内容
1.3.1扫地机器人功能
(1)自动吸尘
(2)自动识别障碍
(3)自动转弯
1.3.2功能参考
(1)电池供电:
12V
(2)稳压输出:
5v
1.3.3论文的主要内容
第一部分主要介绍智能扫地机的背景,研究的目以及研究的意义。
第二部分详细介绍了智能扫地机各部分研究的电路以及各元器件的作用。
第三部分详细描述了各元件封装的绘制以及PCB板的设计流程。
第四部分详细描述了焊接过程以及和部分电路检测。
第五部分介绍程序编写的过程。
第六部分详细的介绍说明智能扫地整机装配及调试。
第七部分设计总结。
2、电路设计与理论分析
2.1硬件设计总体概要
将单片机最小系统电路组,按键启动停止电路,红外光电避障电路,直流无刷电机电路,风扇吸尘电路以及下载端电路围绕着stc89c52组合成一个系统,总框架如下2.1所示。
图2.1硬件系统总框图
2.2电源电路设计
所有电子产品中,电源的起着关键的作用,如同一座房子的根据,只有电源稳定才能为后续提供更多功能作保证,输出的纹波趋向平滑则性能才能良好工作。
该智能吸尘机人采用L298N电机驱动模块中的内置的L7805CV稳压芯片来获得稳定的5V电压.通过L298N和L7805CV主控芯片和稳压芯片结合,充分减小因电源不稳定的干扰,提高整体驱动电路的稳定。
L7805CV具备众多的高质量性能:
相关抵偿的元器件可以省略不接;在内部设置了限流庇护的电路,它可以避免负载短路而导致损坏元器件;在内部还集成了功耗限制电路,可以阻拦损坏输出启动的晶体管。
L7805CV可以输出4.75-5.25V的电压,静止状态的电流大约在4.2-8mA,最大的输出电流约在1.5A,纹波抑止比大概在78dB。
其采用TO-220的封装形式,如下图2.2所示,从左到右分别为引脚1是输入端,引脚2是接地端,引脚3是输出端。
图2.27805稳压芯片
由用6节干电池提供12V的输入电源,经过220uF/25V电解电容,注意正负极之分,不能接反,否则容易爆炸。
该电解电容可以滤除主要的输入低频纹波,还能够缓冲断电时间,防止瞬间电压变化,保护7805芯片。
然后经过0.1uF高频电容去除大纹波的电流能够不发热。
然后经由三端稳压芯片7805稳压,再次经过0.1uF高频电容和220uF/25V的电解电容进行滤除杂波,输出的电压固定在5V左右。
电解电容和瓷片电容并联接在电路可以有效的滤除高频和低频纹波,而且有效地抑制了其他电源中的杂波。
即电源开关电解电容瓷片电容7805稳压芯片电解电容瓷片电容输出5V电压。
关键词:
电解电容滤除低频纹波,瓷片电容滤除高频纹波。
所需原器件如表2.1
表2.1稳压电路元器件
元器件名称
型号
数量
电解电容
25V/220
2
瓷片电容
0.1uF
2
稳压芯片
L7805CV
1
电源电池
12V
1
图2.3稳压电源电路
2.3总控制电路
2.3.1STC89C52RC单片机简介
STC89C52是一个微型MCU控制电子元器件,应用范围特别广泛。
它持有高性能CMOS8位微控制器,更持有体制内可以编程的Flash存储器,存储容量为8K。
STC89C52发挥了MCS-51核心技术,持续经典技术,也做了众多变革可以让芯片持有传统51单片机不持有的功效。
为了让STC89C52能够灵活的嵌入到各类智能产品中,却能够高效运行,让其具备了8位CPU配合在系统可编程Flash。
STC89C52RC微型芯片的运作形式:
1:
STC89C52能够支持节约电能的形式,能够把频率降低到0Hz的静止环境。
2:
不工作状态下,典型功耗电流只有2mA,CPU停止运转,接连作业的有RAM、中止、定时计数、串行端口。
3:
突然断电情况下:
冻结了振荡器,RAM内容不会丢失,单片机将停止运行,若要运行可进行硬件复位或者等待下一个中断。
1)主要的特征
1.有两种工作的电压分别为3V和5V
2.工作的频率在40MHz以下
3.容量为8K应用程序
4.有E二次方PROM功能
5.机上有T0-T3的16位定时计数器
6.单片机上有512字节RAM
7.时钟和机器的周期有两种选择;6,12
8.内置32个输入输出口
2)STC89C52RC主要的引脚功用内容
芯片共有40个引脚,其中有32根可编程I/O引脚,分为四组每组8位;双个电源脚位;四个控制脚位,两个电源脚位。
芯片白点为1号脚位,逆时针开始到最后一个脚位。
VCC,连接电源电压为5V
GND,VSS:
连接在地段
RST/和VPP(第九号脚位):
复位引脚:
将引脚拉高两个机器周期会复位微控制器。
EA和VPP(第三十一号脚位):
贯穿流程存储器的表里选择通以低电平,凭借外面准则存储器读取指令,如果发现是较高电平,便是里面读取程序。
PO的引脚端口(第三十二到三十九):
八位能够输入进来和输出外部的引脚线,P0.0至P0.7
P1的引脚端口(Pin1--Pin8):
8位可输入输出I/O端口线,P1.0至P1.7
P2的引
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