2智障扫地机器人.pptx

扫地机的智能控制系统设计1.1应用技术1. 1 路径规划技术1. 2 多传感器融合技术1.3 电源技术1.2实现功能1.自动检测垃圾并对较脏的区域重点清扫2.自动寻找智能充电座回去充电3.定时清扫 4.当机器被卡住能自动摆脱5.支持遥控，手机APP连接 6.边角清扫程序7.不重复清洁、不留死角和楼梯防跌落功能 2 单片机2.1 AT89C51主要性能参数2. 2 AT89C51功能特性概述2.1 AT89C51主要性能参数1.与MCS-51产品指令系统完全兼容2.有4K字节可重擦写Flash闪速存储器3.有1000次的擦写周期4.全静态操作：0Hz~24MHz5.有128×8字节的内部RAM6.有32个可编程I/O 口7.有2个16位定时/计数器8.有6个中断源9.低功率空闲和掉电模式2. 2 AT89C51功能特性概述AT89C51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可将至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。图2.1 AT89C51芯片3 智能扫地机各系统分析用红外传感器、光电传感器、接触传感器完成自动避障。用光电编码器检测电机的转速。利用PWM技术来动态控制电动机的转动方向和转速。通过软件编程实现清扫机行进、执行清扫任务、绕障、停止的精确控制以及检测数据的存储、显示。通过对电路的优化组合最大限度地利用AT89C51单片机的全部资源。P0口用于数码管显示，P1口用于电动机的PWM驱动控制，P2、P3口用于传感器的数据采集与中断控制。这样做的优点是：充分利用了单片机的内部资源, 降低了总体设计的成本。总系统框图如图3.1所示。看门狗电路单片机液晶显示电路电机清扫部件电机PWM调制电路继电器控制电路垃圾箱盖电机红外线接收电路各传感器控制电路图3.1硬件设计总框图3.1 智能扫地机传感器系统传感器系统是扫地机的感觉器官,负责采集环境障碍物和自身状态的信息，是扫地机的重要组成部分，由多传感器及相关信号处理电路组成。在非结构化环境下，传感器系统为扫地机的正常工作发挥着无可替代的作用。扫地机传感器系统的性能越好，自动避障和路径规划方案就越容易实现，控制系统的程序就更容易编写和执行，扫地机系统的整体性能也就越好。移动机器人传感器系统常用的传感器大致可以分为内传感器和外传感器两大类。扫地机传感器系统的主要任务是提供工作环境下的障碍物信息，以实现扫地机的自主避障。超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。。接触传感器通过与被测物体的接触来确定被测物体的相关信息，如物体的存在与否、物体的形状和位置、接触面的压力分布及大小等等。这个机器人采用超声波传感器、红外光电传感器和接触开关、三种传感器来构建清扫机器的传感器系统。将这些传感器合理布置在清扫机周边位置上，通过相应的信号处理电路与微处理器系统实现数据通讯，控制系统根据获得的传感器系统信息做出避障决策，实现自主避障。3.1.1 测速装置模块测速信号通过在电机的转子上加装带有黑白条纹的圆盘，再利用光电开关得到电机每转一圈产生若干个脉冲信号，据此可以算出电机的实际转速。这种简易的光电开关测速法成本低，性能可靠，可以在电机转速不高，精度没有严格要求的情况下使用，这种测速装置可以构成里程计。根据里程计的返回脉冲数可以计算出电机行走的距离，并间接得到行走速度。3.1.2 碰撞检测碰撞检测采用霍尔元件 EW462，芯片的内部原理框图如图3-4所示，芯片的工作方式如图3-5所示。芯片的供电电压范围为 4.5V~18V，灵敏度高，阻抗低，工作的最大输出电流为 15mA。当芯片的正上方有S极磁场时，霍尔元件输出高电平，当元件偏离磁场后，元件输出低电平。通过控制霍尔元件正上方的磁场极性，可以控制元件输出信号的变化趋势。当极性相反时，元件在偏离磁场时为高电平，正对磁场时为低电平。信号处理霍尔元件施密特触发器电源稳压输出信号图3.2 EW462内部原理示意图3.2 驱动系统驱动器就是驱动扫地机的动力部件，最常用的就是电机。扫地机最主要的控制量就是控制扫地机的移动，扫地机驱动器中最根本的问题就是控制电机，控制电机转的圈数就可以控制扫地机移动的距离和方向、清扫机械的弯曲的程度或者移动的距离等。机器人的工作电机分为行走、吸尘和毛刷电机。机器人行走结构中前面有一个从动转向轮，两侧各有一个驱动轮，由无刷直流电机进行控制。清扫结构主要使用真空吸尘器和由电机带动的旋转毛刷。永磁无