1课题背景研究目意义
11课题背景
扫机器服务机器种代进行清扫房间车间墙壁等提出种应室移动清洁机器设计方案具实价值室清洁机器务够代进行清扫工作需定智清洁机器应该具备力:够导航检测出墙壁房间障碍物够避开够走遍房间部分空间检测出电池电量够返回充电时求外形较紧凑运行稳定噪音具性化接口便操作控制结合扫机器功探讨控制系统硬件设计
12研究目意义
国家农业智装备工程技术研究中心邱权博士介绍说扫机器作种智吸尘器通基传感器检测智运动规划算法原操作吸尘器成运行智化设备通种传感器碰撞开关红外接开关超声传感器摄头等感知身位置状态通智算法决定前务状态根某传感器检验面清洁程度根历史信息确定区域已扫充电座会发出红外线信息电量低定值开始寻找红外信息动充电防跌落基机器底部安装红外传感器检测面距离距离发生变化时机器停止改变路线扫机器智化产品
13工作原理
扫机器机身移动装置机器托红外识超声波测距避障配合芯片控制部电机转动部真空环境吸尘通路线设计室行走中央刷旋转清扫辅边刷直线者字形活动路径扫
2设计求容
1) AT89S52系列单片机核心设计移动清扫机器电机驱动控制电路采红外传感器超声波传感器完成障碍物检测电路设计完成充电站检测电路设计完成避障算法路径规划算法设计
2)键选择清扫模式充电模式
3)显示方式LED 显示前时间机器前工作状态
3系统方案设计
31设计务
1)利AT89S52处理器编程实现电机驱动
2)液晶显示扫机器部参数
3)扫机器显示电量足时线模块发送命令充电桩开始进行充电模式时红外发射光线充电桩扫机器充电接口接时超声波实时测量两者间距离控制扫机器充电桩间距离防止速度快损毁机器
4)键实现充电清扫停止3种模式扫机器进行模式切换
5) protel 绘制详细电路原理图标明元器件型号参数引脚功符号电路图应符合电气求
红外
32系统整体框图
电压控制
超声波
AT89S52
驱动
键
TFT液晶屏
线模块
33 选择方案证
331单片机选择方案证
方案:公司AT89S52作控制器AT89S52种低功耗高性CMOS8位微控制器具8K 系统编程Flash 存储器Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造工业80C51产品指令引脚完全兼容片Flash允许程序存储器系统编程适常规编程器单芯片拥灵巧8 位CPU 系统编程FlashAT89S52众嵌入式控制应系统提供高灵活超效解决方案
方案二:
综述选择方案价格适中操作性强现AT89S52种难度适中选择
332 驱动芯片选择方案证
方案:6612芯片????????????????
方案二:ULN2003非门电路包含7单元二极正极分接达林顿集电极感性负载时该脚接负载电源正极起续流作(感性负载中电路断开会产生反电动势防止损坏达林顿接反相二极构成通路转换电流)外二极作驱动电流断开时电机电感产生反电动势单元二极三极集电极相连产生反电动势时构成放点回路保护三极
方案三:东芝半导体公司TB6612FNG驱动芯片TB6612FNG体积发热需加散热片外围电路较简单需外接电容直接驱动电机
综述选择方案二体积电路简单选择L298作移动驱动电路选ULN2003作清扫电机驱动电路
333线模块选择方案证
方案:选RF903模块作微功率模块传输距离达500米兼具低功耗远距离求外性强增加电源切断模式实现硬件冷启动功抗干扰力强
方案二:选择NRF24l01线模块模块体积功耗
综述选择方案价格低受环境温度综合性更强选择
334时钟模块选择方案证
方案:采点阵式数码显示点阵式数码八行八列发光二极组成显示文字较适合采显示数字显太浪费价格相较高采种作显示
方案二:采TFT液晶显示屏液晶显示屏显示功强显示尺寸巧脚占少适合单片机特点
34硬件电路设计
341原理图设计
342独立式键盘设计
综合扫线控制功模块分清扫模式动充电模式暂停三块应该键供选择独立式键盘设计结构简便设计
独立式键较简单独立输入线相连接图示
独立式键原理图
4 条输入线接单片机 IO 口键 K1 时+5V 通电阻 R1 然通键 K1 终进入 GND 形成条通路条线路全部电压加 R1 电阻KeyIn1 引脚低电松开键线路断开会电流通 KeyIn1+5V 应该等电位高电通 KeyIn1 IO 口高低电判断否键
343蜂鸣器报警电路
图示GPIO口输出电流限蜂鸣器蜂鸣时需较电流GPIO输出口法满足求8550提供1A输出电流足驱动蜂鸣器GPIO口控制8550导通截止控制蜂鸣器
F1写入逻辑1时F1输出高电(+33V)8550基极电流0时Q1处截止状态电源加蜂鸣器正极蜂鸣器蜂鸣
F1写入逻辑0时F1输入低电(0V)8550发射极基极间产生电流时Q1导通蜂鸣器开始蜂鸣
344移动驱动电路
L298部原理图
L298 引脚符号功
引 脚
功
SENSASENSB
分两H桥电流反馈脚时直接接
ENA ENB
端输入PWM信号
IN1IN2IN3IN4
输入端TTL逻辑电信号
OUT1OUT2OUT3OUT4
输出端应输入端逻辑
VCC
逻辑控制电源45~7V
VSS
电机驱动电源值需输入低电电压高
GND
L298逻辑功
IN1
IN2
ENA
电机状态
X
X
0
停止
1
0
1
时针
0
1
1
逆时针
0
0
0
停止
1
1
0
停止
端高电时输入端IN1PWM信号IN2低电信号时电机正转输入端IN1低电信号IN2PWM信号时电机反转IN1IN2相时电机快速停止端低电时电动机停止转动
直流电动机电压控制驱动中半导体功率器件(L298)分两种方式:线性放驱动方式开关驱动方式线性放驱动方式
半导体功率器件工作线性区优点控制原理简单输出波动线性邻电路干扰缺点功率器件工作线性区功率低散热问题严重开关驱动方式半导体功率器件工作开关状态通脉调制(PWM)控制电动机电压实现电动机转速控制
345清扫电机驱动电路
高耐压电流复合晶体IC—ULN2003ULN2003 高耐压电流复合晶体阵列七硅NPN 复合晶体组成
该电路特点:
ULN2003 达林顿串联27K 基极电阻5V 工作电压TTLCMOS电路直接相连直接处理原先需标准逻辑缓器处理数
ULN2003 工作电压高工作电流灌电流达500mA够关态时承受50V 电压输出高负载电流行运行
ULN2003 采DIP—16SOP—16塑料封装
ULN2003部集成消线圈反电动势二极驱动继电器双列16脚封装NPN晶体矩阵驱动电压50V电流500mA输入电压5V适TTLCOMS达林顿驱动电路 ULN集成达林顿IC部集成消线圈反电动势二极输出端允许通电流200mA饱压降VCE 约1V左右耐压BVCEO 约36V户输出口外接负载根参数估算采集电极开路输出输出电流直接驱动继电器固体继电器直接驱动低压灯泡通常单片机驱动ULN2003时拉2K电阻较合适时COM引脚应该悬空接电源
ULN2003非门电路包含7单元单独单元驱动电流达500mA9脚悬空1脚输入16脚输出负载接VCC16脚间9脚
ULN2003 高压电流达林顿晶体阵列系列产品具电流增益高工作电压高温度范围宽带负载力强等特点适应类求高速功率驱动系统
346超声波测距模块
基超声波距离传感器避障
目前市场部分扫机器采超声波传感器实现避障超声波传感器红外传感器间区红外线感应属光学感应技术超声波感属声学感应系统范畴
超声波音频发射头够发出超 20KHz 音频信号音频信号碰障碍物会反弹回波机器接收器接受障碍物反弹回波通分析回波信号判断前方障碍物超声波感应技术优点透明类障碍物具高识率正确识意颜色障碍物全黑环境正常工作
347红外模块
红外线检测技术优点:技术成熟成低廉寿命长工作性高优质红外线价格低廉具工作寿命长电气性稳定等优点红外线身属见光完全黑暗环境中正常工作日常清洁中具备较高工作性红外线检测技术缺点:红外线透明半透明障碍物具备较强穿透性机器法感应矿泉水瓶落式玻璃门等物体外光波具易黑色物体吸收白色物体反射特性通常情况采该检测技术扫机器深色障碍物前法正确接收红外反射信号 然红外线检测技术存缺点作目前成熟障碍物检测技术然相长段时间存观目前市场销售扫机器产品会发现扫机器采红外传感器碰撞传感器融合方式实现避障
采种技术产品特征:机器碰撞栏前端圈茶黑色感应窗传感器安装感应窗部该检测系统检测原理:机器工作程中遇障碍物时红外传感器发射光波会受阻碍产生回波机器部红外接收器检测回波会认前方存障碍物命令减缓机器前进速度慢速碰撞障碍物确定障碍物位置进行避障行基红外线碰撞传感器障碍检测系统目前扫机器中成熟范围广障碍检测系统技术
348线通信模块
RF903模块性特点:
1) 433MHz开放ISM频段免许证
2) 高工作速率50kbps高效GFSK调制抗干扰力强特适合工业控制场合
3) 125频道满足点通信跳频通信需置硬件CRC检错点点通信址控制
4) 低功耗336V工作机模式状态仅25uATXMODE+10dBm情况电流40mARXMODE14mA收发模式切换时间 < 650us
5) 模块软件设址收机址时会输出数(提供中断指示)直接串接种单片机软件编程非常方便
6) 增加电源切断模式实现硬件冷启动功
7) SPI兼容控制接口低功耗务周期模式带唤醒定时器RF905SE编程接口类似
8) 增加RSSI功通SPI接口获取前接收信号强度(0255)供前设备做出决策低某数值50报警提示户前信号质量较低等
9) 作微功率模块传输距离达500米兼具低功耗远距离求
349电量剩余检测电路
检测电池剩余电量ADC模块模块12位逐次逼型模拟数字转换器逐次逼型模数转换器基工作原理转换开始前先寄存器清零开始转换时钟脉首先寄存器高位置成1输出数字100…0数码数模转换器转换成相应模拟电压U0送较器中Ux进行较U0>Ux说明数字高位 1清U0<Ux 说明数字够应高位1保留然样方式次高位置成1较确定1否应该保留样逐位较直低位止较完毕寄存器中状态求数字量输出见逐次逼转换程天称量未知质量物体时操作程样砝码质量半
图采压电阻输入电压12V分压5V者33V然输入AD转换模块保护转换模块安全输入电压钳位保护电路进入AD模块转换模块10位AD模块进入数字量然进计算电池实际电压实际电压数字量*Vi*34096vi电池充满电时输入芯片电压通种方式够计算出电池剩余电量
3410降压电路
DF1117 系列稳压器提供1A直流输出运行输入输出相差1V环境输出电流时电压差设计提供13V着输出电流减减芯片焊接校准参考电压1种限流起衡作调整器电源电路超负载化
DF1117 兼容三终端系统接口提供SOT223TO252两种封装形式
特性:三端调整电压稳压 15V18V 25V285V33V 50V输出直流1A工作电压差1V线路调整率:02
负载调整率:04封装形式:SOT223TO252
应范围:高效率线性标准器快速整流校准器5V33V线性校准器电池充电器现行型计算机系统接口终端笔记电源设备 电池动力仪器
3411 液晶显示屏
全新18寸串口SPI彩屏模块分辨率:128X160驱动IC:ST7735模块接口:4线SPI接口支持模拟SPI硬件SPI少需4IO驱动
模块特点:
1支持Arduino种单片机直插需接线
2集成稳压IC支持5V者33V供电
3板载电转换方案真正完美兼容5V33VIO电支持种单片机IO连接
4集成SD卡扩展电路
5预留SPIFLASH字库电路方便扩展应
35软件设计
初始化模块
351程序设计
调转换模块检测电路
电量否足够
N
Y
蜂鸣器持续报警
调液晶显示
程序显示电量
动寻回充电
清扫键
352清扫模式设计
输出PWM波启动移动电机
调编码器程序控制移动电机转速
调转换模块检测电路
转速快
转速慢
减少PWM脉输出
增PWM输出
353充电模式程序设计
充电键
启动RF903发出充电信号
否收信号
N
Y
调液晶显示
程序未准备
调液晶显示
程序已准备
调车旋转程序
启动红外接收程序
否收
红外信号
N
Y
停止旋转控制车运行完成充电接
继续旋转
354停止模式程序设计
停止模式键
关闭清扫电机
关闭移动电机
关闭中断服务程序
文档香网(httpswwwxiangdangnet)户传
《香当网》用户分享的内容,不代表《香当网》观点或立场,请自行判断内容的真实性和可靠性!
该内容是文档的文本内容,更好的格式请下载文档