蘭茂偉，姜威，杜中強(qiáng)

四川理工學(xué)院

基于單片機(jī)的智能清潔小車設(shè)計(jì)

蘭茂偉，姜威，杜中強(qiáng)

四川理工學(xué)院

智能清潔小車用STM32F103RNCT6單片機(jī)為控制芯片，本設(shè)計(jì)完成了小車硬件部分的設(shè)計(jì)，軟件部分采用c語言來編寫控制程序，完成了吸塵、灑水、抹地、避障等功能，在家庭及公司使用極為方便，與普通的智能車相比較，由于本設(shè)計(jì)有清潔的功能，所以本智能小車更加有市場前景，使用更加穩(wěn)定可靠。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測試，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。

STM32單片機(jī)；清潔小車；智能

社會生活發(fā)展到如今，有許許多多的關(guān)于清潔的技術(shù)層出不窮，出現(xiàn)了非常多的新型產(chǎn)品和機(jī)械設(shè)備,智能清潔小車是把關(guān)于智能機(jī)器人和吸塵的技術(shù)有機(jī)地融合到一起，就可以完成房間內(nèi)的清潔任務(wù)，代替以往繁雜的室內(nèi)保潔工作，這些年來這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被國內(nèi)外的研究人員重視起來。（隨著人們生活水平不斷提高，）一方面，智能清潔小車可以將移動(dòng)機(jī)器人多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)給體現(xiàn)出來，另一方面，智能清潔小車可以解放人們的雙手，降低人們的勞動(dòng)強(qiáng)度，給人們更多的時(shí)間去做一些更有意義的工作，這就提高了我們的勞動(dòng)效率。我們相信這樣的智能清潔小車具有廣闊的市場前景。

本設(shè)計(jì)的目的是打造一部能滿足普通家庭需要而且性能優(yōu)良，價(jià)格便宜，方便使用的智能清潔小車。使以往需要人工清掃的家庭室內(nèi)保潔讓它來實(shí)現(xiàn)，這就讓人們的生活更加智能，清潔，讓現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)更好地為人類服務(wù)。

一、總體設(shè)計(jì)

智能清潔小車用STM32F103RNCT6單片機(jī)為控制芯片，STM32F103RNCT6較之51單片機(jī)的優(yōu)勢在于STM32F103RNCT6單片機(jī)程序都是模塊化的，因?yàn)樗陨韼Ш枚喙δ?，所以接口相對簡單；工作速度也?1單片機(jī)快。而51的自身功能少,需要外圍元件多,要求對電子器件熟悉程度較高。本清潔小車使用模塊化的設(shè)計(jì)，各模塊可分為：避障模塊、穩(wěn)壓模塊、降壓模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、地面清潔模塊、灑水和抹地模塊[1]。該智能清潔小車基本能做到在自動(dòng)避障的前提下自動(dòng)吸附小塊的垃圾，然后完成灑水和抹地的操作。讓我們的生活在高科技的服務(wù)下更加智能和整潔。其硬件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

二、硬件設(shè)計(jì)

（一）電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

采用步進(jìn)電機(jī)來作為小車的動(dòng)力，步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響[2]。電機(jī)的驅(qū)動(dòng)元件采用DRV8833，這樣就可以精確得對電機(jī)定位，而不需要外加傳感器。下圖為電機(jī)驅(qū)動(dòng)和電源模塊的原理圖。

圖1 硬件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

圖2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)和電源模塊原理圖

（二）避障模塊

小車四周裝有4個(gè)超聲波傳感器，小車在進(jìn)行清潔的過程中就會向四周發(fā)出超聲波，超聲波在遇到前方的障礙時(shí)就會發(fā)生反射，反射回來的超聲波信號就會被超聲波傳感器接收到后傳送給單片機(jī)，然后經(jīng)過單片機(jī)控制小車進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。超聲波傳感器位于小車四周，這樣就可以檢測到小車運(yùn)動(dòng)時(shí)四周的情況，并且對智能清潔小車與障礙物的相對位置做出判斷。

（三）吸塵模塊

用130強(qiáng)磁高速電機(jī)，靠電機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)而使空氣從一端高速排出，而另一端的空氣又源源不斷地進(jìn)入，雜質(zhì)、紙屑在此氣流的作用下被吸進(jìn)內(nèi)置的小盒子內(nèi)，若電機(jī)轉(zhuǎn)速越快，則氣流越快，那么吸塵能力也越強(qiáng)。而且鑒于吸塵部分吸塵器的功率最大，電機(jī)的發(fā)熱量也最大，所以用到一個(gè)溫度開關(guān)，關(guān)斷溫度65攝氏度，由此保護(hù)電機(jī)不被燒壞。

三、軟件設(shè)計(jì)

軟件部分主要使用c語言進(jìn)行編程，對芯片進(jìn)行控制。啟動(dòng)電源智能小車便開始工作，由于房間內(nèi)，各種物品形狀復(fù)雜而且擺放不規(guī)則。為了保證在房間內(nèi)的智能小車能有效地避開障礙物顯得十分重要。在遇到障礙時(shí)的具體避障策略見圖3。

四川省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目《多功能清潔小車》；項(xiàng)目編號：201410622043。