某單片機(jī)控制清潔小車的軟硬件聯(lián)調(diào)案例分析目錄TOC\o"1-3"\h\u11083某單片機(jī)控制清潔小車的軟硬件聯(lián)調(diào)案例分析 1262591.1硬件焊接 110601.1.1車體組裝 178441.1.2電路系統(tǒng)焊接 244101.1.3清潔模塊安裝 3246131.1.4避障模塊安裝 3308621.1.5設(shè)計(jì)實(shí)物圖 4297641.2電路焊接調(diào)試 4299501.2.1焊接問題 538811.3清潔小車功能測(cè)試 5173591.3.1單功能測(cè)試 5214641.3.2整體性能測(cè)試 5131821.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 6對(duì)清潔小車軟硬件進(jìn)行聯(lián)調(diào)，測(cè)試設(shè)計(jì)整體性能。1.1硬件焊接1.1.1車體組裝對(duì)清潔小車車體結(jié)構(gòu)進(jìn)行搭建用到了以下原件：PCB材質(zhì)黑色方型底盤，四個(gè)直流減速電機(jī)，電機(jī)固定件，四個(gè)輪胎，四個(gè)固定銅柱，固定螺絲與螺母若干。對(duì)以上原件進(jìn)行拼接，得到如圖1.1小車車體。它是本次設(shè)計(jì)的主體結(jié)構(gòu)，之后所有的功能都要圍繞著它展開，車體的穩(wěn)定與否也決定著整體設(shè)計(jì)工作時(shí)的效果。圖1.1小車車體結(jié)構(gòu)1.1.2電路系統(tǒng)焊接清潔小車以STC89C52作為核心，在使用時(shí)要對(duì)單片機(jī)的最小系統(tǒng)進(jìn)行焊接。用到了以下元件：STC89C52單片機(jī)芯片，40P芯片座，五個(gè)觸點(diǎn)開關(guān)，一個(gè)自鎖開關(guān)，12MHZ晶振，四個(gè)可拼接接線柱，電容若干，電阻若干，二極管若干，一個(gè)DC插座，一個(gè)電源指示燈，三個(gè)模式指示燈，一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。電路正面圖如1.2所示，電路反面圖如1.3所示。圖1.2電路正面圖圖1.3電路反面圖1.1.3清潔模塊安裝清潔小車的清潔模塊主要由一個(gè)清潔電機(jī)和一個(gè)清潔風(fēng)扇組成，它們一起工作，電機(jī)進(jìn)行清掃，風(fēng)扇進(jìn)行吸塵。如圖1.4所示圖1.4清潔模塊實(shí)物圖1.1.4避障模塊安裝在避障模塊使用了三個(gè)PMM18-C301NA紅外傳感器，在對(duì)其進(jìn)行安裝時(shí)，我用熱熔膠將它們固定在了清潔小車的底板上，如圖1.5所示圖1.5避障模塊實(shí)物圖1.1.5設(shè)計(jì)實(shí)物圖再將上述模塊進(jìn)行組合焊接后得到總體設(shè)計(jì)實(shí)物，如圖1.6所示。圖1.6總體設(shè)計(jì)實(shí)物圖1.2電路焊接調(diào)試在進(jìn)行電路的焊接時(shí)，我們秉著由低至高，由小到大的原則。在焊接時(shí)要控制焊接時(shí)間，最長(zhǎng)時(shí)間不能超過4秒。在對(duì)芯片進(jìn)行焊接前要先焊接一個(gè)IC座，然后再裝IC。在對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行焊接時(shí)，要保證焊點(diǎn)的圓潤(rùn)飽滿，不能有毛刺、虛焊、假焊等情況的發(fā)生。1.2.1焊接問題焊接完電路后，進(jìn)行加電檢測(cè)時(shí)，接通電源后卻發(fā)現(xiàn)電源指示燈卻沒有點(diǎn)亮，而且有異味。當(dāng)我觸摸穩(wěn)壓芯片7805時(shí)，發(fā)現(xiàn)它變得非常熱，我立即關(guān)閉了電源。在使用萬用表測(cè)量電源的正極和負(fù)極后發(fā)現(xiàn)電阻非常小。仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)是自己將穩(wěn)壓器芯片引腳顛倒連接了，將作為輸入引腳的接成了輸出端。發(fā)現(xiàn)問題后，我立即更換了新的穩(wěn)壓器芯片，確保引腳連接正確，上電后電源指示燈正常點(diǎn)亮，測(cè)得的電壓滿足5V的要求，小車正常工作，問題得到解決。1.3清潔小車功能測(cè)試對(duì)小車各個(gè)功能依次進(jìn)行測(cè)試，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)成果。1.3.1單功能測(cè)試(1)將清潔小車硬件組裝后，將程序下載到單片機(jī)中，接通電源后，壓下開關(guān)按鍵后，電源指示燈點(diǎn)亮。電源模塊正常工作。(2)接通電源后，按下清潔按鍵，清掃電機(jī)與風(fēng)扇同時(shí)開始工作。再次點(diǎn)擊清潔按鍵，電機(jī)與風(fēng)扇停止。清潔模塊正常工作(3)接通電源后，在紅外傳感器前放置障礙物，此時(shí)位于傳感器末端的指示燈點(diǎn)亮，當(dāng)移除障礙物后指示燈熄滅。傳感器模塊正常工作。(4)接通電源后，點(diǎn)擊模式切換按鍵，1號(hào)LED等點(diǎn)亮，清潔小車開始執(zhí)行往返清掃功能；第二次點(diǎn)擊按鍵后1號(hào)與2號(hào)LED燈點(diǎn)亮，清潔小車開始執(zhí)行自由清掃功能；第三次點(diǎn)擊按鍵后1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)LED燈同時(shí)點(diǎn)亮，清潔小車開始執(zhí)行延邊清掃功能；小車模式切換功能正常工作。(5)接通電源后，使清潔小車處于工作狀態(tài)，點(diǎn)擊復(fù)位按鍵，清潔小車停止工作回到初始狀態(tài)。復(fù)位功能正常工作。(6)接通電源后，使清潔小車處于任意工作模式，對(duì)小車調(diào)速功能進(jìn)行測(cè)試。在連續(xù)點(diǎn)擊加速按鍵后，車輪轉(zhuǎn)速明顯加快；連續(xù)點(diǎn)擊減速按鍵后，車輪轉(zhuǎn)速明顯降低直至停止；小車調(diào)速功能正常工作。以上通過對(duì)清潔小車各功能測(cè)試后，小車各功能均實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果。1.3.2整體性能測(cè)試將小車放置在一個(gè)普通住宅房間中，對(duì)小車整體工作性能進(jìn)行測(cè)試：(1)首先對(duì)小車往返清掃模式進(jìn)行測(cè)試：當(dāng)小車第一個(gè)LED燈點(diǎn)亮?xí)r，小車位于往返清掃模式。使小車從房間一個(gè)角落開始工作，當(dāng)小車工作到角落對(duì)面墻壁前是，紅外傳感器探測(cè)到障礙物，小車開始轉(zhuǎn)向，按照程序要求在小車遇見障礙物后轉(zhuǎn)向角度應(yīng)為90度，但此時(shí)小車轉(zhuǎn)向角度確大于90度，使得偏離了預(yù)先設(shè)計(jì)線路，并未按照S型線路對(duì)房間進(jìn)行清掃。經(jīng)過多次測(cè)試，發(fā)現(xiàn)這并非偶然現(xiàn)象。停止小車工作，在仔細(xì)分析小車工作時(shí)出現(xiàn)的問題后發(fā)現(xiàn)小車轉(zhuǎn)向角度過大與電機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，因小車轉(zhuǎn)向時(shí)間由程序延時(shí)時(shí)間控制，當(dāng)小車電機(jī)帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)速過快時(shí)，會(huì)造成轉(zhuǎn)向角度大于原定90度。找到問題后下一步就是找出解決辦法，對(duì)于小車轉(zhuǎn)速過快影響轉(zhuǎn)向角度的問題，提出對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速施加控制控制，增添轉(zhuǎn)速控制按鍵。當(dāng)小車轉(zhuǎn)速過快時(shí)，通過減速按鍵對(duì)小車速度進(jìn)行控制。在硬件焊接好后，對(duì)小車往返清潔模式功能重新進(jìn)行測(cè)試。將小車轉(zhuǎn)速調(diào)低后，清潔小車轉(zhuǎn)向角度正常，小車正常執(zhí)行清掃工作，問題得到解決。(2)對(duì)小車任意清潔模式進(jìn)行測(cè)試：當(dāng)1號(hào)與2號(hào)LED燈同時(shí)點(diǎn)亮?xí)r，小車工作在任意清掃模式。當(dāng)遇見障礙物時(shí)，清潔小車按預(yù)期功能正常工作。小車任意清掃功能正常(3)對(duì)小車沿邊清掃功能進(jìn)行測(cè)試：當(dāng)1號(hào)LED燈、2號(hào)LED燈與3號(hào)LED燈同時(shí)點(diǎn)亮?xí)r，小車處于延邊清掃模式。將清潔小車放于墻邊開始工作，發(fā)現(xiàn)當(dāng)小車前進(jìn)至距離墻邊還有2厘米處時(shí)，便開始調(diào)整車身。此時(shí)墻邊2厘米處便存在清潔盲區(qū)，小車的原邊清掃工作不理想。停止小車工作，在對(duì)小車程序進(jìn)行復(fù)查后發(fā)現(xiàn)無問題，則因是小車硬件問題。對(duì)問題仔細(xì)分析后，發(fā)現(xiàn)因是紅外傳感器檢測(cè)距離過大，使小車還未行駛至墻邊便開始執(zhí)行避障功能。將傳感器末端調(diào)距旋鈕關(guān)小半圈，是傳感其檢測(cè)距離降低。再次對(duì)小車延邊清掃功能進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)工作正常，問題解決。整體測(cè)試完成，小車實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能，運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定。1.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析經(jīng)過多次反復(fù)測(cè)試，本設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的掃地機(jī)器人的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了往返清掃、任意清掃和延邊清掃的功能，同時(shí)該掃地機(jī)器人在行進(jìn)的過程當(dāng)中可以智能的避開沿途的所有障礙物?？梢詫?shí)現(xiàn)有效的清掃，應(yīng)用場(chǎng)景十分豐富。本設(shè)計(jì)實(shí)物圖如圖1.7所示，圖中最上面的位置是系統(tǒng)的電源接口，通過此電源接口給整個(gè)基于單片機(jī)的開關(guān)控制系統(tǒng)進(jìn)行供電。電源接口的左邊是電源開關(guān)，通過開關(guān)來控制是否給系統(tǒng)供電。開關(guān)按鍵左下方的位置是系統(tǒng)的電源電路，包括穩(wěn)壓芯片和濾波電容，以及紅色的電源指示燈。電源接口的右側(cè)是電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，其實(shí)裝有散熱器的芯片是電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N，由于此器件工作的時(shí)候發(fā)熱量很大，因此在其工作時(shí)需要外接散熱片，防止其因結(jié)溫過熱引起器件燒毀。位于面包板下方是STC89C52單片機(jī)，這個(gè)單片機(jī)沒有直接插在面包板上焊接，而是通過接插的方式連接在底座上。單片機(jī)的下面的外部晶振，給單片機(jī)工作提供時(shí)鐘；以及系統(tǒng)的復(fù)位按鍵，可以通過按下這個(gè)按鍵對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位。面包板的右下角是系統(tǒng)的按鍵模塊，按鍵模塊中含有四個(gè)功能按鍵，其中位于上面的兩個(gè)按鍵是掃地機(jī)器人速度控制按鍵，通過其可以控制系統(tǒng)進(jìn)行加速和減速。第三個(gè)按鍵用來對(duì)機(jī)器人的工作模式進(jìn)行切換：按一下此按鍵以后，單片