IECAUC2017114
毛宇陽 王曉利 趙宸 中國民航大學 電子信息與自動化學院
引言:社會生活發(fā)展至今,人們對物質(zhì)和精神生活質(zhì)量的要求不斷提高,壓力也不斷增長,人們都向往更加便捷的生活,通過一些智能產(chǎn)品解放雙手。人們希望有一種機器能夠自動智能地在家打掃衛(wèi)生,智能清潔小車應用而生。設(shè)計的智能清潔小車以紅外傳感器,超聲波傳感器,單片機控制等為依托,對室內(nèi)環(huán)境,障礙物進行探測規(guī)避,將采集到的信息經(jīng)控制中心處理,最后驅(qū)動并完成清潔。
整個系統(tǒng)由STC89C51單片機、超聲波測距傳感器、紅外傳感器、清潔電機模塊等組成。超聲波傳感器與紅外傳感器對工作區(qū)域進行監(jiān)視并測量距離數(shù)據(jù),單片機采集數(shù)據(jù)并計算路徑,下達指令驅(qū)動清潔小車對目標區(qū)域進行清潔工作,清潔的同時小車對下一個目標進行數(shù)據(jù)采集,從而達到對室內(nèi)的整體清潔工作。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
硬件部分采用模塊化設(shè)計來實現(xiàn)各功能,以STC89C51單片機為控制中心,包括電機驅(qū)動模塊、超聲波避障模塊、紅外傳感模塊、清潔電機驅(qū)動模塊。
L293D四倍高電流H橋驅(qū)動程序。 L293D是提供雙向驅(qū)動電流高達1 A,電壓是從4.5 V至36 V的;L293D提供雙向驅(qū)動電流高達600毫安,電壓是從4.5 V至36 V的。兩個設(shè)備是專為驅(qū)動等感性負載繼電器,電磁閥,直流雙極步進和馬達,也可以給其他高電流/高電壓提供電源負載。
兼容所有的TTL輸入。每個輸出都是推拉式驅(qū)動電路,與達林頓三極管和偽達林源。啟用1,2 EN驅(qū)動器和3,4 EN驅(qū)動器。當使能輸入為高電平時,相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動器被啟用和他們的輸出處于活動狀態(tài),并在其輸入端的同相。當使能輸入為低,這些驅(qū)動器被禁用。
其輸出關(guān)閉,在高阻抗狀態(tài)。用適當?shù)臄?shù)據(jù)輸入端,每對驅(qū)動程序的形式一個完整的H橋可逆驅(qū)動器適用于電磁閥或電機應用。
當前方有障礙物時,紅外管發(fā)出的紅外信號經(jīng)紅外接收管接受回來后,經(jīng)集成的芯片放大,比較后,輸出一低電平,點亮模塊上的LED發(fā)光管,同時可以輸出一個低平信號,信號可以作為單片機的信號輸入,檢測控制外部各種驅(qū)動模塊之用。模塊三線制,VCC為電源+5V,OUT為信號輸出端,GND接電源負極。
RPR-220是一種一體化反射型光電探測器。其發(fā)射器是一個砷化鎵紅外發(fā)光二極管,而接收器是一個高靈敏度,硅平面光電三極管。其塑料透鏡可以提高靈敏度,內(nèi)置的可見光過濾器可以減小離散光的影響,體積小結(jié)構(gòu)緊湊。
HC-SR04超聲波測距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能,測距精度可達3mm;模塊包擴超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。采用IO觸發(fā)測距,給至少10us的高電平信號,模塊自動發(fā)送8個40khz的方波,自動檢測是否有信號返回,有信號返回通過IO輸出一高電平,高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間,測試距離=(高電平時間*聲速(340M/S))/2)。
軟件部分采用C語言編寫,單片機通電后程序初始化,隨后將采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸給單片機進行處理,并根據(jù)程序驅(qū)動小車各模塊的正常工作。程序流程如下圖:
圖2 程序流程圖
本系統(tǒng)結(jié)合單片機技術(shù)與傳感器等實現(xiàn)利用小車只能清潔的功能,可以幫助室內(nèi)的衛(wèi)生清潔工作,電路簡單,工作穩(wěn)定,實現(xiàn)成本低,具有一定的研究意義與市場價值。
[1]郭天祥.新概念51單片機C語言教程:入門提高開發(fā)拓展全攻略(第2版) 電子工業(yè)出版社,2009
[2]謝富珍.戈林發(fā),基于51單片機的智能小車設(shè)計[J].新余學院學報,2015(20);6-9.
[3]宋文緒.傳感器與檢測技術(shù)[M].高等教育出版社,2004