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单片机0500 智能扫地机器人相关功能研究——自动充电功能研究

项目介绍

摘要

计算机微电子信息技术正在快速进步, 随之,机器人技术的开发速度也越来越快, 而且机器人的智能程度也越来越高, 应用范围也是得到了极大的扩展, 例如宇宙探测工农业生产军事医疗交通娱乐等领域, 我们到处都能看到它的身影,机器人在各个领域都有着广阔的发展空间和应用前景。机器人, 以往我们只能在科幻小说电影等创作中看到的它,现在已经越来越与我们人类的生活关系密切了。本文设计的是一个智能机器人,提到智能,自然少不了单片机。本次设计采用的是52单片机,它是所有单片机的鼻祖,大学里面老师教学用的它,生活中很多产品也是由它控制,它的价格低廉但功能强大。智能清洁机器人的设计遵循两个原则,一个是经济性,一个是实用性。基于单片机的智能清洁机器人具有三大功能,循迹、避障以及清洁。本文对扫地机器人的自动回冲技术进行对比研究,对研究的方案进行确定,包括控制器的选择,电机模块的选择,电机驱动的选择等等。其次对各模块的电路进行设计,绘制电路图,介绍各模块电路原理。最后介绍焊接调试基础以及编程基础。

关键字:单片机;电源电路;红外传感器;软件设计。

第二章 智能扫地机器人硬件电路的设计

2.1STC89C52单片机核心系统电路的设计

 STC89C52RCSTC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K字节系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核,但是做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上,拥有灵巧的8 CPU 和在系统可编程Flash,使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能:8k字节Flash512字节RAM 32 I/O 口线,看门狗定时器,内置4KB EEPROMMAX810复位电路,316 位定时器/计数器,4个外部中断,一个7向量4级中断结构(兼容传统515向量2级中断结构),全双工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU 停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。

第四章 智能扫地机器人程序的设计

4.1 系统程序设计

由于扫地机器人的系统对运行速度的要求并不高,因此选择用C语言来进行编程。本系统的软件设计主要由初始化程序、主程序、防撞子程序、防跌落程序子程序、充电寻迹子程序等子程序组成。

4.2程序的初始化

         一般的情况下是在上电的时候程序进行初始化,还有就是程序跑飞和出现异常时也要初始化,初始化的目的就是把所有用到的标志位、变量回到初始值,以及引脚的分配,配置寄存器写入需要的值,像时钟的选择(内部、外部)一般在上电时就做好,以后不是特殊需要是不改动的,引脚功能的分配也是一上来就设置好,之后如果可以就不改动,如果经常性的改可能会引发异常。

4.3 主程序的设计

       系统初始化后就执行主程序,进入主程序先执行电压检测程序,如发现电池电压不足,就执行充电寻迹程序,找到充电座后执行充电程序,待电池充满后返回执行主程序。再清扫程序,如发现前方有障碍物,则执行避障程序,避开障碍物后继续执行清扫程序;

如发现前方地面为悬空,则执行防跌落程序,避开悬空区后继续执行清扫程序。程序流程图如图所示。

4.4 防撞程序的设计

         防撞程序用于控制电机正反转从而确保机身不会撞到障碍物,从障碍物的旁边绕开,当探头1前方有障碍物时,机身右转100ms后返回壁障程序;探头2前方有障碍物时,机身右转100ms后返回壁障程序 ;当探头3前方有障碍物时,机身反转100ms后左转100ms壁障程序;当探头4前方有障碍物时,机身左转100ms后返回壁障程序;当探头5前方有障碍物时,机身左转100ms后返回壁障程序。程序流程如图所示。

4.5 防跌落程序的设计

防跌程序当扫地机器人,机身下方出现悬空时,防跌程序起作用,使扫地机器人自动远离悬空区域。探头1处于万向轮前方,当前方悬空时,扫地机器人后退100ms,再向左转100ms后返回防跌落程序;探头2处于左轮后方,当后方悬空时,扫地机器人前进100ms,再向右转100ms后返回防跌落程序;探头3右轮后方,当后方悬空时,扫地机器人前进100ms,再向左转100ms后返回防跌落程序。程序流程如图所示。

 

4.6 自动回冲循迹程序的设计

当电池电压处于欠压时,扫地机器人关闭风扇的电机启用充电寻迹程序,在红外线接收头没有收到充电座的红外发射信号时,执行防撞和防跌程序。当接受到信号后立马执行充电循迹程序。此时关闭防撞功能,充电座必须要放在放在没有障碍物的墙边。程序流程图,如图所示。


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