基于51單片機(jī)的家用清潔小車的設(shè)計(jì)及控制指導(dǎo)教師：王漢勝匯報(bào)人：龍少騰班級：機(jī)電二班厚德達(dá)理勵志勤工基于51單片機(jī)的家用清潔小車的設(shè)計(jì)及控制厚德達(dá)理機(jī)械系統(tǒng)組成要素電路系統(tǒng)組成要素軟件系統(tǒng)組成要素目錄研究目的課題設(shè)計(jì)的工作內(nèi)容和要求家用清潔小車總體設(shè)計(jì)構(gòu)想設(shè)計(jì)重點(diǎn)和難點(diǎn)總結(jié)致謝機(jī)械系統(tǒng)組成要素電路系統(tǒng)組成要素軟件系統(tǒng)組成要素目錄研究目的題目：

基于51單片機(jī)的家用清潔小車的設(shè)計(jì)及控制

研究目的：本課題旨在于設(shè)計(jì)一部結(jié)構(gòu)合理，全區(qū)域覆蓋，能夠基本滿足家庭需求且便于使用的智能家庭清掃小車，使它可以替代傳統(tǒng)的家庭人工清掃方式，使家務(wù)清潔電氣化、智能化。題目：基于51單片機(jī)的課題設(shè)計(jì)的工作內(nèi)容和要求：

運(yùn)行機(jī)構(gòu)形式：輪式

最高行進(jìn)速度：0.35m/s

最大工作負(fù)載：2.5kg（總重）清潔方式：吸塵、刷掃掃地刷最大工作負(fù)載：Tmax=60g*cm掃刷速度:

n>100r/min

轉(zhuǎn)彎半徑:任意長度

具有自動路徑規(guī)劃、避障功能

附加功能：定時功能，時間顯示功能課題設(shè)計(jì)的工作內(nèi)容和要求：運(yùn)行機(jī)構(gòu)形式：輪式家用清潔小車總體設(shè)計(jì)構(gòu)想家用清潔小車系統(tǒng)通常由四個部分組成:移動系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和吸、掃塵系統(tǒng)。由于所學(xué)知識和時間有限，本次設(shè)計(jì)雖然在機(jī)械、電路及程序三方面均有涉及，但重點(diǎn)偏向機(jī)械和程序部分。家用清潔小車總體設(shè)計(jì)構(gòu)想家用清潔小車整體外觀圖家用清潔小車整體外觀圖家用清潔小車組成結(jié)構(gòu)圖傳感系統(tǒng)移動系統(tǒng)控制系統(tǒng)吸塵系統(tǒng)掃塵系統(tǒng)家用清潔小車組成結(jié)構(gòu)圖傳感系統(tǒng)移動系統(tǒng)控制系統(tǒng)吸塵系統(tǒng)掃塵系機(jī)械系統(tǒng)組成要素底盤：裝載所有的機(jī)械部件，電子部件及電源；底盤在滿足基本的強(qiáng)度要求前提下，還應(yīng)便于部件安裝、拆卸及調(diào)整。移動機(jī)構(gòu)：保證清潔小車能夠在平面內(nèi)前進(jìn)，后退及轉(zhuǎn)向。清掃機(jī)構(gòu)：用一個電機(jī)，將動力通過三級齒輪減速機(jī)構(gòu)傳遞給兩個清掃刷，使左面清掃刷順時針轉(zhuǎn)動，右面逆時針轉(zhuǎn)動。吸塵機(jī)構(gòu)：產(chǎn)生吸力，將灰塵吸入灰塵存儲箱中。防撞機(jī)構(gòu)：防止撞擊對清潔小車造成傷害，當(dāng)撞擊到障礙物時，進(jìn)行躲避。機(jī)械系統(tǒng)組成要素底盤：裝載所有的機(jī)械部件，電子部件及電源；底

家用清潔小車工作環(huán)境復(fù)雜，經(jīng)常工作于狹小，低矮的過道及櫥柜底部，合理的外形結(jié)構(gòu)能使掃地機(jī)在復(fù)雜的環(huán)境中運(yùn)動靈活?，F(xiàn)以常見的圓形及方形結(jié)構(gòu)作為對比，選擇合適的家用清潔小車外形結(jié)構(gòu)。1.底盤設(shè)計(jì)：家用清潔小車工作環(huán)境復(fù)雜，經(jīng)常工作于狹小，低因?yàn)殡娐钒迮c齒輪固定架，在進(jìn)行調(diào)試時，需要經(jīng)常調(diào)整，故將電路板與齒輪固定架安裝孔設(shè)計(jì)為長條孔，而將其余不需要經(jīng)常調(diào)整的零件安裝孔設(shè)計(jì)為通孔。根據(jù)上述分析，底盤形狀設(shè)計(jì)為圓形；左右開口處安裝輪胎，上部中央通孔安放吸塵器。因?yàn)殡娐钒迮c齒輪固定架，在進(jìn)行調(diào)試時，需要經(jīng)常

2.移動機(jī)構(gòu)：按結(jié)構(gòu)分有輪式，履帶式與步行式。輪式機(jī)器人履帶式機(jī)器人步行式機(jī)器人適合路面狀況較好的環(huán)境使用，如：室內(nèi)。適合路面狀況中等的環(huán)境使用，如：野外，樓梯。適應(yīng)能力最強(qiáng)，但控制復(fù)雜。

2.移動機(jī)構(gòu)：按結(jié)構(gòu)分有輪式，履帶式與步行式。輪式機(jī)器人履

由于移動機(jī)構(gòu)采用獨(dú)立控制，轉(zhuǎn)向方式采用差速轉(zhuǎn)向更易于實(shí)現(xiàn)，故移動機(jī)構(gòu)采用輪式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)向方式為差速轉(zhuǎn)向。由于移動機(jī)構(gòu)采用獨(dú)立控制，轉(zhuǎn)向方式采用差速轉(zhuǎn)向3.清掃機(jī)構(gòu)：采用三級齒輪減速機(jī)構(gòu)，降低輸出速度，增大輸出轉(zhuǎn)矩；并利用錐齒輪可實(shí)現(xiàn)相交軸間傳動的特點(diǎn)，將動力傳遞給掃地刷。齒數(shù)模數(shù)類型Z1100.5直齒圓柱齒輪Z2500.5直齒圓柱齒輪Z3100.5直齒圓柱齒輪Z4500.5直齒圓柱齒輪Z5100.5冠齒輪Z6200.5直齒圓柱齒輪3.1齒輪數(shù)據(jù)：3.清掃機(jī)構(gòu)：采用三級齒輪減速機(jī)構(gòu)，降低輸出速度，增大輸出轉(zhuǎn)3.2.減速機(jī)構(gòu)：3.3.掃地刷：3.2.減速機(jī)構(gòu)：3.3.掃地刷：4.吸塵機(jī)構(gòu):利用吸塵風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的局部負(fù)壓，將灰塵，雜物通過吸塵通道吸收于集塵盒中。4.吸塵機(jī)構(gòu):利用吸塵風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的局部負(fù)壓，將灰塵，雜物5.防撞機(jī)構(gòu):防撞裝置主要由防撞板、微動開關(guān)構(gòu)成，防撞板的作用是緩沖撞擊和觸發(fā)微動開關(guān)，傳遞撞擊信號。5.防撞機(jī)構(gòu):防撞裝置主要由防撞板、微動開關(guān)構(gòu)成，防撞板的作電路系統(tǒng)組成要素（一）控制系統(tǒng)：

采用STC89C52八位單片機(jī)作為控制核心，該單片機(jī)具有成本低，穩(wěn)定性強(qiáng)，功能齊全，軟件資源豐富的特點(diǎn)，適合作為對運(yùn)算速度要求不高場所的控制芯片；驅(qū)動系統(tǒng)：

采用L298電機(jī)驅(qū)動芯片；輸出端采用蓄流二極管泄放感性負(fù)載產(chǎn)生的感應(yīng)電流；并在電機(jī)輸入端并聯(lián)一個0.1μf電容，避免電機(jī)運(yùn)行時，電刷與換向器摩擦產(chǎn)生電火花，損傷電刷；傳感系統(tǒng)：采用TCRT5000紅外對射管，配合L339電壓比較芯片與相關(guān)電阻，組成臺階檢測系統(tǒng)，可通過調(diào)節(jié)L339芯片的基準(zhǔn)電壓，改變距離檢測范圍；采用型號V152-1C25微動開關(guān)檢測障礙物，通過防撞板的變形觸發(fā)微動開關(guān)閉合，進(jìn)而檢測障礙物。電路系統(tǒng)組成要素（一）控制系統(tǒng)：驅(qū)動系統(tǒng)：傳感系統(tǒng)：采用TC電路系統(tǒng)組成要素（二）外部時鐘模塊：

采用DS1302時鐘芯片，內(nèi)部的時鐘/日歷電路提供秒分時日日期月年的信息；通過使用DS1302時鐘芯片可極大地減輕單片機(jī)定時時內(nèi)部資源的占用，定時精度極高，并提供高精度計(jì)時功能；液晶顯示模塊：

采用NOKIA5110LCD作為顯示模塊，通過單片機(jī)模擬串行外設(shè)總線協(xié)議，與NOKIA5110LCD進(jìn)行通信，控制顯示內(nèi)容，該顯示器具有成本低，控制方便，占用端口少等優(yōu)點(diǎn)；按鍵輸入模塊：

采用四個常開按鈕，配合限流電阻構(gòu)成按鍵輸入電路，功能選擇；電路系統(tǒng)組成要素（二）外部時鐘模塊：液晶顯示模塊：按鍵輸入模軟件系統(tǒng)組成要素（一）液晶顯示模塊程序：包括nokia_5110.c子程序和main1.c中顯示部分子函數(shù)，nokia_5110.c是5110LCD的驅(qū)動程序，包括初始化函數(shù)，清屏函數(shù)，英文、中文顯示函數(shù)，數(shù)據(jù)寫入函數(shù)等;main1.c中顯示部分子函數(shù)通過調(diào)用nokia_5110.c中英文、中文顯示子函數(shù)，更新5110LCD的顯示內(nèi)容。按鍵輸入模塊函數(shù)：判斷“啟動”，“停止”，“翻頁”，“確定”中哪個按鍵被按下。軟件系統(tǒng)組成要素（一）液晶顯示模塊程序：包括nokia_51傳感檢測模塊函數(shù)：通過檢測對應(yīng)端口狀態(tài)值，判斷哪些紅外傳感器或微動開關(guān)輸出狀態(tài)發(fā)生改變，進(jìn)而做出相應(yīng)規(guī)避動作；電機(jī)控制模塊程序：設(shè)定三種清掃模式，對每種清掃模式下的運(yùn)動速度，運(yùn)動方向，運(yùn)動時間進(jìn)行控制；軟件系統(tǒng)組成要素（二）外部時鐘模塊函數(shù)：DS1302驅(qū)動程序，包括初始化函數(shù)，初始時間設(shè)置函數(shù)，時間寫入、讀出等函數(shù)。傳感檢測模塊函數(shù)：通過檢測對應(yīng)端口狀態(tài)值，判斷哪些紅外傳感器按鍵輸入液晶顯示模式選擇清掃定時歡迎界面開始清掃設(shè)置階段按鍵輸入液晶顯示模式選擇清掃定時歡迎界面開始清掃設(shè)置階段清掃階段清掃模式圓形模式多邊形模式自動模式清掃階段清掃模式圓形模式多邊形模式自動模式程序要素調(diào)速：采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，調(diào)節(jié)占空比的大小，控制電機(jī)輸入端電壓，進(jìn)而控制電機(jī)運(yùn)行速度。一對電機(jī)通過獨(dú)立調(diào)速可進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，差速轉(zhuǎn)向，清掃模式調(diào)節(jié)等作用。避障：避障由個兩個動作構(gòu)成：人機(jī)交互：利用NOKIA5110LCD作為人機(jī)交互界面，用戶根據(jù)液晶顯示屏提示信息，在按鍵上進(jìn)行輸入，可提供清掃模式選擇，當(dāng)前時間顯示與清掃定時功能。后退轉(zhuǎn)向發(fā)現(xiàn)障礙避障

延時+傳感信號

確保后退至轉(zhuǎn)向位置模糊控制+模式識別確保轉(zhuǎn)向合理延時：后退至轉(zhuǎn)向位置。傳感信號：后退至安全位置模糊控制：轉(zhuǎn)向幅度的模糊化，保證合理轉(zhuǎn)向模式識別：障礙類型的識別，保證合理轉(zhuǎn)向程序要素調(diào)速：采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，調(diào)節(jié)占空比的大小，控制電傳感器狀態(tài)：狀態(tài)轉(zhuǎn)向狀態(tài)1000不轉(zhuǎn)向狀態(tài)2100小右轉(zhuǎn)狀態(tài)3110中右轉(zhuǎn)狀態(tài)4001小左轉(zhuǎn)狀態(tài)5011中左轉(zhuǎn)狀態(tài)6010中左轉(zhuǎn)狀態(tài)7101大左轉(zhuǎn)狀態(tài)8111大右轉(zhuǎn)傳感器狀態(tài)：狀態(tài)轉(zhuǎn)向狀態(tài)1000不轉(zhuǎn)向狀態(tài)2100小右轉(zhuǎn)狀設(shè)計(jì)重點(diǎn)和難點(diǎn)在直徑300，厚4.7的底盤上，對清掃機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、吸塵機(jī)構(gòu)、掃塵機(jī)構(gòu)、電路板、傳感器、電池及線路的設(shè)計(jì)和布置，不能發(fā)生干涉；對安裝孔類型，大小及位置的合理設(shè)計(jì)。

清掃后的垃圾如何處理，以及如何布置吸塵，吸塵通道和集塵裝置。

保證電路焊接可靠，無虛焊，漏焊發(fā)生。程序能有效地控制清掃小車進(jìn)行清掃，并有效地躲避臺階及障礙物。設(shè)計(jì)重點(diǎn)和難點(diǎn)在直徑300，厚4.7的底盤上，對清掃三維建模圖三維建模圖裝配圖裝配圖電路圖電路圖實(shí)物圖實(shí)物圖總結(jié)

本課題的設(shè)計(jì)及控制如上所述，總體來說，該設(shè)計(jì)方案具體可行，但仍有一些地方還需進(jìn)一步改進(jìn)，如垃圾收集處理機(jī)構(gòu)、防撞板材料、電源裝置等，多謝各位老師能提出改進(jìn)方案！總結(jié)本課題的設(shè)計(jì)及控制如上所述，總體來說，