論墻面清理智能小車系統(tǒng)設計

Summary：本智能小車作為墻面清理類裝置，首先具有的就是清理功能。根據(jù)需求在小車前方安裝了吸塵裝置，包括機架、安裝在機架上的除塵器和風機、集塵箱。此外還有清理裝置，用來清理蜘蛛網(wǎng)。本裝置還具有在墻上循跡避障的功能。系統(tǒng)采用STM32F103C8T6芯片做為控制器，負責處理、分析采集到的數(shù)據(jù)，得到結果后通過控制L298N電機驅動間接改變車輛移動狀態(tài)，通過線性CCD鏡頭尋找軌跡，通過對返回數(shù)據(jù)進行處理分析，從而實現(xiàn)復雜路線的行駛。Keys：智能小車;循跡避障;墻面清理引言：近年來，隨著自動化技術的發(fā)展及成熟，越來越多的領域開始引入自動化技術。智能小車在各個領域都有廣泛的應用前景：它可以代替人類完成惡劣環(huán)境下的貨物搬運、設備檢測等任務。對智能小車而言,正確地行走在人們所設定的路線并避開障礙物是非常重要的，因此對于智能小車循跡避障系統(tǒng)的設計與研究顯得尤為重要。與此同時，另一種小車：爬墻車也進入了人們的視野，其在墻上行走的功能讓人嘆為觀止。本裝置還吸收了清理的功能，掃地機器人的功能只能用在地面上，那墻上又怎么清理呢？故設計了這種墻面清理多功能小車。本設計的目的就是將幾種功能巧妙地結合到一起，以達到更加完善的效果。所以我認為對其的研究更是有有較高的應用價值，也同樣具有現(xiàn)實意義。1系統(tǒng)總體構成本文設計的小車主要由以下幾個模塊構成：單片機控制系統(tǒng)、行駛暫停電機、清理裝置、吸附裝置，系統(tǒng)構成圖如下所示圖1墻面清理智能小車總體構成圖首先，車身底部的電動機告訴驅動風機葉輪旋轉使空氣高速排出車身，空氣不斷補充到風機系統(tǒng)中，致使車身內部產(chǎn)生瞬時真空和外界大氣壓形成負壓差，在此壓差的作用下，爬墻車緊緊吸附在墻壁、玻璃平面上，從而達到車子爬墻的效果。而基于STM32的智能小車尋跡避障系統(tǒng)硬件設計的研究重點包括小車的智能尋跡電路設計，復雜環(huán)境下的避障。智能小車尋跡避障系統(tǒng)采用STM32F103C8T6芯片做為控制器。系統(tǒng)包括軌跡識別模塊電路、障礙物識別模塊電路、直流電機驅動模塊電路、單片機最小系統(tǒng)等電路。各個模塊采集到的信息輸送至STM32控制器，由控制器負責處理、分析采集到的數(shù)據(jù)，得到結果后，通過控制L298N電機驅動模塊控制電機輸出轉速，改變車輛移動狀態(tài)。2系統(tǒng)硬件組成與實現(xiàn)設計2.1循跡避障控制模塊智能小車尋跡避障系統(tǒng)采用STM32F103C8T6芯片做為控制器。系統(tǒng)包括軌跡識別模塊電路、障礙物識別模塊電路、直流電機驅動模塊電路、單片機最小系統(tǒng)等電路。2.2吸附裝置爬墻車之所以能吸附在光滑的墻壁上，主要是靠著真空負壓原理，依賴車身內先進的離心式風機系統(tǒng)，由車身底部的電動機高速驅動風機葉輪旋轉，使空氣高速排出，而車身底部的空氣不斷地補充到風機系統(tǒng)中，致使車身內部產(chǎn)生瞬時真空，和外界大氣壓形成負壓差，在此壓差的作用下，爬墻車緊緊吸附在墻壁、玻璃等平面上，從而達到使爬墻車附著在墻面等垂直或水平平面上的效果。2.3清理裝置在小車前方安裝了吸塵裝置，包括機架、安裝在機架上的除塵器和風機、集塵箱。此外還有清理裝置，用來清理蜘蛛網(wǎng)。機架：用來固定除塵器、風機、集塵箱等。除塵器：含塵氣體由下部敞開式法蘭進入過濾室，較粗顆粒直接落入灰倉，含塵氣體經(jīng)濾袋過濾，粉塵阻留于袋表，凈氣經(jīng)袋口到凈氣室，由風機排入大氣。當濾袋表面的粉塵不斷增加，程控儀開始工作，逐個開啟脈沖閥，使壓縮空氣通過噴口對濾袋進行噴吹清灰，使濾袋突然膨脹，在反向氣流的作用下，賦予袋表的粉塵迅速脫離濾袋落入灰倉，粉塵由卸灰閥排出。風機：風機是依靠輸入的機械能提高氣體壓力并排送氣體的機械，它是一種從動的流體機械。清理裝置：用作清理蜘蛛網(wǎng)。2.4系統(tǒng)驅動模塊1.12v輸入和電源地接2節(jié)18650供電。單片機輸入輸出控制輸入接最小系統(tǒng)版的4個輸入輸出口，再寫程序控制這幾個輸入輸出口。OUT1和OUT2是一對，分別接小車一側電機兩級，至于電機的兩級具體該怎么接，等后面我們設置完程序運行后，要使它們轉動的方向一致就行了。OUT3和OUT4同理。4.我們通過IN1,IN2,IN3,IN4分別控制OUT1,OUT2,OUT3,OUT4。其中IN1,IN2,IN3,IN4與單片機連接，設置他們的高低電平即可完成對電機驅動簡單的控制。

工作方法：首先我們將OU1和OUT2分別接電機的兩極，這時我們控制單片機使輸入端IN1接入高電平，則相應的OUT1端也就變?yōu)楦唠娖?；將IN2接入低電平后相應的OUT2也就變?yōu)榈碗娖?，OUT1和OUT2間有了電位差，這樣電機就能轉起來了，很簡單。系統(tǒng)包括軌跡識別模塊電路、障礙物識別模塊電路、直流電機驅動模塊電路、單片機最小系統(tǒng)等電路。各個模塊采集到的信息輸送至STM32控制器，由控制器負責處理、分析采集到的數(shù)據(jù)，得到結果后，通過控制L298N電機驅動模塊控制電機輸出轉速，改變車輛移動狀態(tài)。3系統(tǒng)軟件設計圖2STM32

基本功能模塊STM32就是意法半導體公司設計推出的以ARMCortex-M為內核的32位控制器。Cort內核屬于ARM公司設計的“A”、R”、“M”系列處理器當中的“M”系列內核其中，'A'系列內核面向于基于虛擬內存的操作系統(tǒng)和用戶應用，“R”系列內核針對實時系統(tǒng)，而“M”系列內核是基于微控制器的，接下來我們所學習的正是這一款處理器。全世界超過95%的智能手機和平板電腦都是采用的ARM的架構，所以它的市場占有量是很龐大的。

STM32F103C8T6是一款基于ARMCortex-M內核STM32系列的32位的微控制器，程序存儲器容量是64KB，需要電壓2V~3.6V，工作溫度為-40°C~85°C。STM32F103C8T6是一款基于ARM32位的CortextM3內核的單片機，2.0～3.6Ｖ的寬電壓供電范圍，CPU工作頻率最大可達72MHz，具有單周期的乘法指令和硬件除法，以及優(yōu)先級可編程的中斷系統(tǒng)。同時它還具有64KB的Flash存儲器與20KB的SRAM存儲器，另外還集成了非常豐富的片內外設，如看門狗、定時器、GPIO口、DMA控制器、ADC、UART、SPI接口、IIC接口等，具有成本低、速度快、性價比高等優(yōu)點。表1STM32F103C8T6的外設資源圖3電源模塊TIM1的CH1和CH2輸出PWM控制一個輪子的轉速。TIM1的CH3和CH4控制一個輪子的轉速。TIM4的CH1和CH2控制一個輪子的轉速。TIM4的CH3和CH4控制一個輪子的轉速。每一個輪子都可以獨立的控制正轉，反轉和速度。避障模塊用3個引腳，尋跡模塊用3個引腳，測速模塊用4個引腳(定時器的捕獲功能)用于檢測每個輪子的轉速，PB10到PB15用于2.4G的無線通信模塊圖4擴展口指示燈部分：電源指示燈可以通過一個短路帽控制亮滅，以達到節(jié)電的目的。圖5指示燈4結語本智能小車可以同時具有多種功能。作為墻面清理類裝置，首先具有的就是清理功能，考慮到墻上不如地上垃圾種類，主要是蜘蛛網(wǎng)、灰塵。根據(jù)需求在小車前方安裝了吸塵裝置，包括機架、安裝在機架上的除塵器和風機、集塵箱。此外還有清理裝置，用來清理蜘蛛網(wǎng)。本裝置還具有在墻上循跡避障的功能。首先，車身底部的電動機告訴驅動風機葉輪旋轉使空氣高速排出車身，空氣不斷補充到風機系統(tǒng)中，致使車身內部產(chǎn)生瞬時真空和外界大氣壓形成負壓差，在此壓差的作用下，爬墻車緊緊吸附在墻壁、玻璃平面上，從而達到車子爬墻的效果。而基于STM32的智能小車尋跡避障系統(tǒng)硬件設計的研究重點包括小車的智能尋跡電路設計，復雜環(huán)境下的避障。系統(tǒng)采用STM32F103C8T6芯片做為控制器，負責處理、分析采集到的數(shù)據(jù)，得到結果后通過控制L298N電機驅動間接改變車輛移動狀態(tài)，通過線性CCD鏡頭尋找軌跡，通過對返回數(shù)據(jù)進行處理分析，從而實現(xiàn)復雜路線的行駛。智能小車尋跡避障系統(tǒng)采用STM32F103C8T6芯片做為控制器。系統(tǒng)包括軌跡識別模塊電路、障礙物識別模塊電路、直流電機驅動模塊電路、單片機最小系統(tǒng)等電路。各個模塊采集到的信息輸送至STM32控制器，由控制器負責處理、分析采集到的數(shù)據(jù)，得到結果后，通過控制L298N電機驅動模塊控制電機輸出轉速，改變車輛移動狀態(tài)。理論意義1.該裝置從各功能模塊到總體設計都分別從硬件和軟件各個方面進行了可靠性的設計，保證系統(tǒng)的運行可靠。2.新的設計彌補了作業(yè)期間受其他智能家居的影響。3.整個裝置適應性強，使用范圍廣，并且不會產(chǎn)生電磁輻射。應用價值1.該產(chǎn)品適應性強、易于推廣，并且具有極高的應用前景。2.該產(chǎn)品具有硬件成本低廉、電路設計簡單、無電磁輻射等優(yōu)點，可適于各種類型的住宅和人群，為人們在日常生活中清掃房間提供了便利。主要Reference朱偉枝楊亞萍戴金龍.基于STM32的智能小車自動循跡及倒車入庫設計.廣東：廣東理工學院