單片機(jī)控制的掃地機(jī)器人系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u5962單片機(jī)控制的掃地機(jī)器人系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)案例 199501.1系統(tǒng)硬件電路總框圖 113881.2系統(tǒng)硬件選擇框圖 2264501.3STM32主控芯片模塊 263031.4檢測模塊 3206511.4.1DHT11傳感器 345771.4.2HC-SR04超聲波測距傳感器 4168941.5播報(bào)模塊 5130661.5.1SYN6288語音合成模塊 5262541.5.2有源蜂鳴器模塊 5131771.6電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 5256011.7微風(fēng)扇器件 6254701.8OLED顯示模塊 71.1系統(tǒng)硬件電路總框圖本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，以STM32F103C8T6單片機(jī)為CPU，通過按鍵輸入模塊、傳感器模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、OLED顯示模塊、播報(bào)模塊多種模塊協(xié)調(diào)互助，完成最后的功能實(shí)現(xiàn)。其中傳感器模塊又可以細(xì)分為溫濕度傳感器、超聲波測距傳感器模塊,。播報(bào)模塊又包含有源蜂鳴器和語音播報(bào)模塊。通過各個(gè)模塊之間的相互聯(lián)系配合完成設(shè)計(jì)目的。系統(tǒng)的功能框圖如圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)框圖超聲波和溫濕度傳感器接收外界信息之后，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器將信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后傳輸給單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)的精確處理后傳輸給顯示模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，完成對空氣溫濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)控播報(bào)和掃地機(jī)器人的移動(dòng)模式。使用可以反復(fù)充電的電池組作為電源，供給整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)用電，更加貼近生活中的情況。按鍵模塊共有五個(gè)獨(dú)立按鍵，第一個(gè)按鍵作用是開關(guān)控制，開啟和關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)的通電情況。第二個(gè)按鍵作用是轉(zhuǎn)換OLED顯示屏的顯示內(nèi)容，使得我們可以進(jìn)入預(yù)約模式，選擇所要預(yù)定的打掃時(shí)間。第三個(gè)按鍵的內(nèi)容是調(diào)節(jié)預(yù)約時(shí)間增加。第四個(gè)按鍵作用是預(yù)約時(shí)間減少；第五個(gè)按鍵的作用是播報(bào)實(shí)時(shí)溫度與濕度。清掃模塊選用的是風(fēng)扇，當(dāng)時(shí)間到達(dá)預(yù)約時(shí)間后開啟轉(zhuǎn)動(dòng)，并且掃地機(jī)器人會(huì)根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測到的室內(nèi)環(huán)境，可以自動(dòng)的調(diào)整自身的清掃路徑。播報(bào)模塊既有語音播報(bào)和蜂鳴器報(bào)警。1.2系統(tǒng)硬件選擇框圖本次課題設(shè)計(jì)使用HC-SR04超聲波測距傳感器，作為室內(nèi)障礙物檢測傳感器；使用DHT11溫濕度傳感器，作為溫濕度的檢測傳感器。同時(shí)，為了在白天更清楚的觀察顯示屏，使用0.96英寸OLED顯示屏，亮度更高；使用STM32F103C8T6作為微控制器。播報(bào)模塊分為兩類，一種是可以直接報(bào)警的蜂鳴器，還有一種是通過SYN6288語音合成模塊進(jìn)行智能語音播報(bào)的模式。具體的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3-2所示。、圖3-2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)選擇框圖1.3STM32主控芯片模塊圖3-3STM32F103C8T6最小系統(tǒng)板實(shí)物展示圖此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主控芯片選擇的是STM32F103C8T6,但是在設(shè)計(jì)之初時(shí)設(shè)想的是51系列芯片，但是相比51系列使用STM32F103C6T6作為中控芯片擁有更快地運(yùn)算速度，接口兼容性，來完成整個(gè)電路的仿真設(shè)計(jì)。圖3-3是關(guān)于STM32最小系統(tǒng)板實(shí)物圖。1.4檢測模塊1.4.1DHT11傳感器圖3-4DHT11傳感器實(shí)物圖圖3-5DHT11傳感器模塊電路接口圖本次選擇的DHT11溫濕度傳感器響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、功耗低、價(jià)格低、性價(jià)比極高。可以同時(shí)檢測周圍環(huán)境的濕度和溫度，相較于其他選擇，其測量范圍大，基本覆蓋日常生活中所處的溫濕度。設(shè)有固定螺栓孔,方便安裝。DHT11是一個(gè)可以檢測溫濕度的，具有較高靈敏度的傳感器，在現(xiàn)實(shí)生活中有著廣泛的應(yīng)用。DHT22和DHT11兩相對比之下，雖然DHT22顯得更加準(zhǔn)確，但是DHT11也有著價(jià)格便宜，采集率更高的優(yōu)點(diǎn)，因此，本次設(shè)計(jì)選擇了DHT11.1.4.2HC-SR04超聲波測距傳感器圖3-6HC-SR04實(shí)物展示圖圖3-7HC-SR04傳感器電路接口圖HC-SR04特性：本模塊測度距離精準(zhǔn)，性能穩(wěn)定，效率高，盲區(qū)小。本模塊使用方法簡單,一個(gè)發(fā)射口發(fā)出一個(gè)持續(xù)一段時(shí)間的高電平,就可以在接收口等待高電平的輸出。輸出發(fā)出就可以打開定時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí),當(dāng)這個(gè)口變?yōu)榈碗娖降臅r(shí)候就輸出定時(shí)器的數(shù)值,這個(gè)時(shí)間就是這次測距的時(shí)間,然后可以計(jì)算出距離。這樣持續(xù)的測量,就可以達(dá)到實(shí)時(shí)掃描的效果。1.5播報(bào)模塊1.5.1SYN6288語音合成模塊圖3-9SYN6288語音模塊實(shí)物圖SYN6288語音模塊具有：可正確識別具體數(shù)值、長串號碼、時(shí)間日期及單位符號；可合成想要的的文本，同時(shí)支持字母的合成；清楚、自然、精準(zhǔn)的語音效果；完全可以滿足本次設(shè)計(jì)中，對于語音播報(bào)的硬件要求。支持休眠功能，在進(jìn)入休眠時(shí)降低能耗，進(jìn)一步延長了本設(shè)計(jì)的工作時(shí)間；支持音量調(diào)整；可以調(diào)節(jié)播報(bào)聲音大小。1.5.2有源蜂鳴器模塊圖3-9蜂鳴器實(shí)物圖本次設(shè)計(jì)在蜂鳴器的選擇上，選擇有源蜂鳴器。可以發(fā)現(xiàn)有源蜂鳴器的報(bào)警系統(tǒng)速度更加的快，也顯得更加地高效快捷，控制起來更加方便。1.6電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊圖3-102電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)物圖電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊供電電壓高，為吸塵風(fēng)扇提供強(qiáng)筋動(dòng)力，可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，并且可分別實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)和調(diào)速的功能，充分利用風(fēng)扇的吸塵作用，非常適合本次設(shè)計(jì)的掃地機(jī)器人。表3-1直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)邏輯真值表圖3-11驅(qū)動(dòng)板模塊電路接口圖1.7微風(fēng)扇器件圖3-12微風(fēng)扇展示圖本次選擇的臺(tái)達(dá)風(fēng)扇具有兩大大核心特色：(1)能動(dòng)：大風(fēng)量，低振動(dòng)，高速低噪，動(dòng)力強(qiáng)勁；(2)能靜：高效散熱，拒絕噪音，高品實(shí)惠，靜音健康；1.8OLED顯示模塊圖3-13OLED電路圖OLED最大的優(yōu)點(diǎn)在于不需要背光的支撐，在充滿電的情況下，可以自動(dòng)產(chǎn)生光，具有較高的視角、高對比度、低功耗、快速反應(yīng)、色域?qū)?、制程簡單等?yōu)點(diǎn)。對比OLE