盧一文

摘要：掃地機(jī)器人，是一種智能掃地工具，它可以根據(jù)人們的需求，設(shè)置并清潔某一區(qū)域。本文介紹了掃地機(jī)器人的硬件組成及避障原理，即通過紅線避障傳感器探測(cè)障礙，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)避障。

關(guān)鍵詞：STC89C52;單片機(jī);E18-D80NK-N;紅外避障傳感器。

中圖分類號(hào)：TP312 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ?文章編號(hào)：1007-9416（2019）02-0000-00

1 系統(tǒng)的功能分析及體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)由STC89C52單片機(jī)電路、2路紅外避障傳感器模塊、2路按鍵控制電路、L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、12V電池盒電路、風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路組成。

具體流程：（1）智能小車接電，按下啟動(dòng)按鍵，小車前行并且風(fēng)扇開始轉(zhuǎn)動(dòng)，開始吸塵;（2）當(dāng)左側(cè)紅外傳感器監(jiān)測(cè)到障礙的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)控制驅(qū)動(dòng)模塊右轉(zhuǎn)彎;（3）當(dāng)右側(cè)紅外傳感器監(jiān)測(cè)到障礙的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)控制驅(qū)動(dòng)模塊左轉(zhuǎn)彎;（4）按下停止按鈕后，系統(tǒng)會(huì)接收到停止命令，小車所有系統(tǒng)停止工作。

2 模塊電路的設(shè)計(jì)

2.1 STC89C52單片機(jī)模塊

為CMOS8位微控制器，呈現(xiàn)出高性能、低功耗的特征，擁有8K系統(tǒng)內(nèi)置的圖像存儲(chǔ)器。由于考慮實(shí)際使用的便捷性，選擇的存儲(chǔ)器具有高密度存儲(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)，與相關(guān)設(shè)備能夠進(jìn)行兼容，保證了設(shè)備使用的多樣化。且存儲(chǔ)器可以進(jìn)行編程，實(shí)際上 具有的配置能夠滿足工作的需求，包括可編程flash和一個(gè)八位中心處理器，在系統(tǒng)工作過程中可以高效的進(jìn)行工作，并且能夠靈活的為嵌入式控制系統(tǒng)提供相關(guān)方案。

的標(biāo)準(zhǔn)功能如下所示：8k字節(jié)，256字節(jié)，32位 口線，還包括看門狗定時(shí)功能，包括三個(gè)計(jì)數(shù)器，兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，時(shí)鐘電路，全雙工串行口。同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)0Hz的靜態(tài)工作，為了實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約，在系統(tǒng)中設(shè)置有節(jié)能模式，具體的模式有兩種，分別是空閑模式與掉電模式。在系統(tǒng)處于空閑模式當(dāng)中時(shí)，處理器停止工作，但是運(yùn)行狀態(tài)與串口可以繼續(xù)工作。如果系統(tǒng)處于掉電模式工作狀態(tài)下，系統(tǒng)會(huì)保存的狀態(tài)，對(duì)振蕩器進(jìn)行凍結(jié)處理，系統(tǒng)停止所有的工作，直到對(duì)其進(jìn)行復(fù)位。

2.2 E18-D80NK-N紅外避障傳感器模塊

是光電傳感器，實(shí)現(xiàn)了發(fā)射、接收一體化。調(diào)制后，系統(tǒng)將光信號(hào)發(fā)出。為了降低可見光對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生的影響，可以使用反射光接收頭對(duì)其進(jìn)行解調(diào)輸出。通過透鏡使其能夠?qū)Π耸迕拙嚯x以內(nèi)的問題進(jìn)行檢測(cè)。使用電位器對(duì)障礙物進(jìn)行檢測(cè)調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)高精度的障礙檢測(cè)功能。傳感器所具有的優(yōu)點(diǎn)有：成本低廉、探測(cè)距離足夠長(zhǎng)、操作簡(jiǎn)單方便等。[1]

E18紅外避障傳感器模塊內(nèi)部電路圖如圖1所示，其中R1電阻為分壓電阻，將紅外避障傳感器檢測(cè)到的障礙信息轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號(hào)，模擬量信號(hào)接入LM393比較器后，即可與LM393比較器芯片2號(hào)引腳所接的分壓電阻分壓后的模擬電壓進(jìn)行比較，進(jìn)而得出DO數(shù)字信號(hào)（即高低電平信號(hào)）。C1、C2為濾波電容，C1電容對(duì)電源進(jìn)行濾波，讓電源輸出更穩(wěn)定。C2電容對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行濾波，保證模擬信號(hào)輸出的穩(wěn)定性。R2、R3均為限流電阻，來保護(hù)LED燈，防止LED燈燒壞，LED燈均為低電平有效。R5也為限流電阻，保護(hù)紅外發(fā)射頭，以防燒壞。使用限流元件可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定的工作，采用R4上拉電阻可以很好的解決這個(gè)問題，同時(shí)能夠保證其他信號(hào)通過電阻鉗位。保證LM393比較器輸出的高低電平信號(hào)在與單片機(jī)引腳連接時(shí)電平信號(hào)的讀取更加穩(wěn)定。

2.3 按鍵電路模塊

為了保證系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單快捷，在系統(tǒng)外部設(shè)置輕觸按鍵，輕觸按鍵屬于按鍵的一個(gè)種類，具體可以將其理解成是電子開關(guān)。在實(shí)際操作時(shí)，使用手指輕觸對(duì)應(yīng)功能即可實(shí)現(xiàn)操作，在該元件內(nèi)部設(shè)置有彈力金屬片。按鍵在人機(jī)交換中有著廣泛的使用，所以選擇合適類型的按鍵能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全，在設(shè)置引腳的時(shí)候可以將其設(shè)置為高電平，按鍵導(dǎo)通后，單片機(jī)引腳由高電平轉(zhuǎn)換為低電平。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的手動(dòng)輸入。

2.4 L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

L298N驅(qū)動(dòng)模塊，采用ST公司的L298N芯片，功率部分的供電電壓介于之間，屬于電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片（類型為雙H），每一個(gè)H結(jié)構(gòu)都能夠向系統(tǒng)提供2A的電流輸出，采用電源對(duì)控制部分供電，通過該模塊的安裝，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)的直接控制，同時(shí)保證了對(duì)應(yīng)輸出的穩(wěn)定提供，也使直流電機(jī)的速度能夠方便地加以控制，支持為單片機(jī)電路系統(tǒng)提供電源。

直流電機(jī)控制信號(hào)真值表：

以電機(jī)A為例，高電平H：低電平：L。

輸入信號(hào)功能：IN1=H;IN2=L：電機(jī)A正轉(zhuǎn)。IN1=L;IN2=H：電機(jī)A反轉(zhuǎn)。ENA=H;IN1=IN2：電機(jī)A緊急停車。ENA=L;IN1=X;IN2=X：電平電機(jī)A停車情況可以自由選擇。

該模塊通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了其具有穩(wěn)定的工作性能，符合設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 BD681風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路模塊

散熱風(fēng)扇在工作的過程中將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，最終實(shí)現(xiàn)散熱目的，在實(shí)際應(yīng)用過程中，能夠?qū)ο到y(tǒng)的溫度進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)。風(fēng)扇的控制不能依靠單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，故選擇大功率三極管BD6081來實(shí)現(xiàn)對(duì)馬達(dá)的控制，電阻為限流電阻，限流作用，實(shí)現(xiàn)三極管的穩(wěn)定工作。如果檢測(cè)引腳處電平為高電平，則導(dǎo)通三極管，風(fēng)扇啟動(dòng)，反則不啟動(dòng)。

2.6 程序流程圖

在進(jìn)行程序編寫與調(diào)試的過程中使用到了C語(yǔ)言與Keil uVision4工具，工作流程如圖2。

參考文獻(xiàn)

[1]田鵬，李澤滔.基于單片機(jī)的紅外避障系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2015（06）：40-42.

Design and Implementation of Sweeping Robot Based on Single Chip Microcomputer

LU Yi-wen

（Zijin College， Nanjing University of Technology，Nanjing Jiangsu? 210046）

Absrtact：Sweeping robot is an intelligent sweeping tool， which can set and clean a certain area according to people's needs.？This paper introduces the hardware composition and obstacle avoidance principle of the sweeping robot， that is， to detect obstacles by red-wire obstacle avoidance sensor and control the motor steering to achieve obstacle avoidance.

Key words： STC89C52;MCU;E18-D80NK-N;infrared obstacle avoidance sensor