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基于PIC单片机的自动清洁机器人的设计与实现 指导老师：何波 撰写人：胡俊杰摘要：探究一种可遥控可循迹自动清洁机器人测控系统的设计与实现,采用16 位单片机PIC30F4011 作为核心,遥控模块采用RFC30F作为遥控信号的发射和接收，由红外反射式传感器及相关外围电路构成传感器障碍物检测系统，移动轮通过L298n芯片驱动两独立直流电机来控制。从而使自动清洁机器人实现有遥控和循迹两种工作模式，方便人们的生活起居。关键词：自动清洁机器人；PIC30F4011单片机；遥控与传感；自动控制0 引言室内智能清洁机器人将移动机器人技术和吸尘器技术有机地融合起来,实现室内地面环境的半自动或全自动清洁,替代传统繁重的人工清洁工作,近年来已受到国内外研究人员的重视。PIC30F系列单片机是由美国microchip公司的Pic系列单片机，由于其超小型、低功耗、低成本、多品种等特点，已广泛应用于工业控制、仪器、仪表、通信、家电、玩具等领域。本文主要探究自动清洁机器人的设计与实现，最终通过软硬件的合理设计与实验实现清洁机器人的遥控与自动循迹的两种控制模式，满足一般家具情况下的自主清洁工作的要求。1 系统的设计1.1 硬件系统设计可以把自动清洁机器人系统分化为遥控发射与接收模块、光电传感模块、电机驱动模块等三个模块。其硬件原理如图1所示。该清洁机器人是一个以单片机为核心的运动控制系统.。单片机是系统的主控单元,它以传感器检测到的信号和红外遥控器发送的信号作为系统的输入,控制电机和风机的运转。a. 主控制器. 主要由单片机PIC30F4011组成,主要功能是完成主控程序与其它各模块的接口,是程序运行的载体并实现对整个机器人的控制。b. 电机驱动器. 主要由行走电机驱动器、毛刷电机驱动器和吸尘电机驱动器组成,其中行走电机驱动左右行走轮从而带动清洁机器人的运动,毛刷电机和吸尘电机负责清洁除尘工作。c. 传感器. 主要由两个光电传感器E18-D80NK组成，这些传感器分别用来探测机器人的前向和左向（或右向）有无障碍物，从而由主控模块控制行走电机暂停和左转（或右转）。d. 遥控模块. 通过RFC30F实现遥控信号的发射与接收。e. 状态设置按钮. 负责选择控制机器人遥控或自动循迹工作模式。f. 电源. 提供稳定的电压，供单片机、传感器以及其他模块使用。1.2 软件系统设计 可以分成以下几个部分的任务：A.控制边毛刷电机、吸尘电机. 边毛刷电机和吸尘电机可以同时控制，需要清洁机器人开始清扫工作的时候，点击就开始同时工作，停止清扫的时候电机就停止，通过控制电机转速，来改变吸力的大小。另外，当边毛刷电机被线等物体缠住不能转动时，判断为故障，停止工作。B.探测机器人周边障碍物情况. 在机器人前端和左右两端各有一个红外传感器，在前段有一个超声波传感器对障碍物距离做出判断，然后采取相应的处理。C.控制机器人移动. 通过PWM子程序可以按要求控制电机的转速。可编写后退、右转90°、左转90°等常用功能子程序。D.键盘功能管理. 需要对键盘进行软件去抖动。用发光二极管指示机器人相应的状态。E.状态初始化部分主要为PIC30F4011的系统初始化，以及使用到的各个外设模块等资源的工作模式设定，包括初始化数据读取、开关定时器和外部中断等。1.3 模块设计与制作 A.遥控模块 引脚说明如图2 工作模式由TRX-CE、TX-EN、PWR-UP的设置来确定。 遥控发射与遥控接收电路原理图分别如图3、图4所示B.传感器模块 采用光电传感器E18-D80NK，有三个引脚，1引脚接+5V电源、2引脚信号输出、3引脚接地。应用原理图如图5所示。C.电机驱动模块从单片机输出的信号功率很弱，即使在没有其它外在负载时也无法带动电机，所以在实际电路中我们加入了电机驱动芯片提高输入电机信号的功率，从而能够根据需要控制电机转动。根据驱动功率大小以及连接电路的简化要求选择L298N，其外形、管脚分布如图6所示。 图6 L298N管脚分布图从图中可以知道，一块L298N芯片能够驱动两个电机转动，它的使能端可以外接高低电平，也可以利用单片机进行软件控制，极大地满足各种复杂电路需要。另外，L298N的驱动功率较大，能够根据输入电压de大小输出不同的电压和功率，解决了负载能力不够这个问题。车速调节的方法有两种：一是用步进电机代替小车上原有的直流电机；二是在原有直流电机的基础上，采用PWM调速法进行调速。在一般要求情况下选择后者较为方便。经过多次试验，发现在校车刚启动时由于两个电机并非严格同相同速导致路线有所偏移，故应在启动时应缓慢加速。实验原理如图7.D.自动循迹路径规划其路径的选择可以根据使用环境大小和车身尺寸来调试，基于静态结构化环境模型可以采用内螺旋式“回”字型路径规划和“S”型路径规划，如上图示