创新大赛设计说明书之可分离小车.doc

第五届全国大学生机械创新设计大赛设计说明书作品名称 可分体式清洁小车 参赛单位 湖北理工学院 参赛学生 李标 张盛平 张凡 刘炜 贾景 指导教师 李涛 杨秀芝 所在院（系) 机电工程学院 2012-3-10 附件一 第五届全国大学生机械创新设计大赛作品报名表参赛作品名称可分体式清洁小车作品类别休闲娱乐机械类 家庭用机械类R 是否属慧鱼组：是/否R所在学校湖北理工学院邮政编码435003联系人刘东汉联系人通讯地址湖北黄石桂林北路16号电 参赛者姓名性别班级所学专业签名1李标男08机械电子2张盛平男09机械设计制造及其自动化3张凡男09机械设计制造及其自动化4刘炜男10机械设计制造及其自动化5贾景男10机械设计制造及其自动化指导教师姓名性别职称专业签名1李涛男讲师机械电子2杨秀芝女讲师材料加工工程作品内容简介（限400字以内）清洁地面和墙面是家务活动中劳动强度大，非常花费时间的一项活动。虽然现代的吸尘器等电器大大的减少了这方面的工作，但其仍然有着不少局限性。例如家具下的隙缝等地方吸尘器无法正常工作，另外吸尘器等家电仍需要人来操作，还是无法让人们完全从家务劳动中解脱出来。本作品提供了一种可以分体式的清扫机。该清扫机由主体，可分离的一对前轮和一对后轮三部分组成。三部分既可以组合工作也可以单独工作。主体的作用一方面是清扫室内空旷地方的垃圾以及拖地，另一方面可以为两对轮子充电和储存垃圾。当主体工作碰到窄缝和矮缝时，两对轮子可以同时从主体上分离出来，然后分别去工作。前轮去清洁矮缝里面的垃圾，将垃圾扫到贮存装置中，当轮子工作完后自动回到主体，将储存装置中的垃圾倒到主体的储存器中；后轮可以横向收缩，清洁窄缝里面的垃圾，工作完后也回到主体将垃圾转移到主体中；当两个轮子都回归到主体后主体继续工作。主要创新点（限200字以内）1. 地面清洁机既可组合工作也可分离工作，大面积清洁时组合工作，以提高工作效率，当遇到矮缝及窄缝时机器自动解体，由体积很小的前轮及后轮进入隙缝工作。2. 无人值守式工作，将人完全从劳动中解放出来。推广应用价值（限200字以内）目前，全国拥有4亿多家庭，每个家庭都存在地面、墙面的清洁问题。而这种可分体式地面清洁机适用范围广泛，几乎适合于所有的家庭用户。因此，其具有极其广泛的推广应用价值。制作费用 9000 元。是否已申请专利是/否R-学校推荐意见负责人 （签名或盖章） （公 章） 年 月 日 赛区评审结果及推荐意见 赛区组委会主任 （签名或盖章）年 月 日 全国决赛评审意见及结果决赛评审委员会主任 （签名或盖章）年 月 日 填写说明：1）编号申报者不填写，由组委会统一填写；2）请选勾作品类别；3）联系人应由各学校指派；4）每个作品的参赛者不超过5人，指导教师不超过2人，本人须签名；5）制作费用主要包括：购买元器件和材料费、外协零件加工费等，不含调研、差旅、资料、学生人工费；6）学校推荐意见一栏的负责人应为校长、副校长或教务处长；7）本表双面打印在一张A4纸上。8）附填表勾选特别符号：R。目录1 设计背景与目的 62 工程管理方案7 2.1 进度计划 7 2.2 质量控制 83 设计可行性8 总体设计 8 4.1 基本设计理念 8 4.2 主体功能介绍 85 主要技术参数96 可分离小车机械设计 9 6.1 分体机构设计 10 6.1.1 四杆机构10 6.1.2 子体分离机构11 6.1.3 子体回归机构12 6.2 轮子驱动机构 12 6.3扫地机构和拖地机构 136.4 底盘设计 15 7 机械强度校核与优化设计157.1 斜板尺寸的设计计算 157.1.1工作方式157.1.2运动分析157.2扫地直流电机的选择 167.3拖地机构设计与分析 17 7.4扫地机构齿轮传动设计与分析 187.5扫地毛刷轮轴的校核 208 运动控制部分设计 239 可分离小车的电路设计23 9.1 工作原理 23 9.2 电路图设计 23 9.3 技术参数 24 9.3.1 STC89C52技术参数24 9.3.2 超声波模块技术参数 25 9.3.3 步进电机技术参数 25 9.3.4 NRF24L01技术参数2510 设计总结26 10.1 制作成本与成本估算 26 10.2 设计特点与主要创新点 27 10.3 应用前景 28参考文献28附录一：设计图纸51 设计背景与目的 随着生活水平的提高，人们对于住房的要求也越来越高，由以往的有地方住变为住得舒服。然而，随着住房面积的增加和住房条件的改善，人们不得不花费更多的时间用来打扫和清洁房屋卫生。相关调查资料显示，在中国每个家庭平均每天需要半个小时的时间用于打扫清洁。全国4亿多个家庭，每天就需要有4亿多个劳动力每天花半个小时来打扫清洁，由国际劳工组织统计，中国平均每人每小时创造的财富为5.32美元。那么全国每天花时间打扫清洁的时间可以产生10.64亿美元的财富。如果将这些时间节省出来，对家庭，对国家都是很能推动经济发展的。为了减轻劳动强度，减少花费在打扫卫生上面的时间，人们发明了各种自动化的清扫设备，例如自动清扫机、吸尘器等。但这些自动化设备普遍存在一个问题就是对于家庭使用时，家俱底下的矮缝里面无法清扫到。这些狭小的隙缝里面的清洁最终还是需要人手动来一点点的清理，这样一来花费在这些狭小的隙缝所花费的时间往往占用了大量的时间。为此，我们设计了一种可分体式的清洁小车。该清洁小车既可以组合工作也可以分体工作。主体的作用一方面是清扫室内空旷地方的垃圾以及拖地，另一方面可以储存垃圾和为子体充电。当主体工作碰到矮缝时，子体可以从主体上分离出来，然后去工作。子体进入矮缝清扫里面的垃圾，将垃圾扫到贮存装置中，当子体工作完后可以自动回归主体。子体的垃圾储存装置可以拆卸下来，将里面的垃圾倒到主体上的垃圾储存容器中。当子体回归到主体后与主体一起继续工作。图1 子体与主体一起工作图2 工程管理方案现代社会的发展趋势是社会分工越来越明确，社会生产越来越精细，人们对于管理的效率要求越来越高，因此要必须具备一定的管理能力，工程管理是将经济学与管理学相互交叉和融合，运用现代管理科学的理论、方法和手段，在工程建设领域从事项目决策和全过程管理，工程管理需要的不仅仅是一种管理的思想，同时还要求有一定的工程背景和数学知识。在国内，工程管理就是对工程或者说工程建设进行管理，运用科学的、合理的方法对项目进行管理，使该项目能够有条不紊的进行下去。工程管理对于一个项目至关重要，就好比航海时的指南针，起着重要的指导作用。2.1 进度计划2011年11月12日进行了选题，几经讨论，决定选定做一个可分体式清洁小车。此项目可以根据所学的机械原理知识和机械设计知识来进行研究，不仅让我们对以前所学过的知识进一部的加深和巩固，而且也开拓了我们的视野，让我们清楚的认识到，作为当代的大学生，不但要掌握课本上的知识，还要更多的学习一些与课本上相关的课外知识也需要培养一下动手能力。作为一名大学生，应该具有积极不断创新的精神。具体进度、安排如下： （1）11月12日12月5日 团队集体成员在图书馆里查找了一些相关的资料，进行方案论证，并确定最后方案。 （2）12月1日31日绘制零件图、装配图、电路图，定制芯片，选取制作零件的材料。 （3）12月15日-2月17日购买机械材料，并按照零件图进行零件加工；按照装配图完成组装；控制部分的程序设计。 （4）2月18日4月15日 机械调试，程序修改，对方案完善、优化和撰写设计说明书。（5）4月16日4月26日 调试设备，定稿说明书制作宣传牌，拍摄录像视频准备初赛。2.2 质量控制产品质量是指对产品的满意程度，主要包括三部分含义，第一是产品的设计质量，第二是产品的制造质量，三是服务。在企业质量管理中，强调最多的往往都是制造质量，它主要指产品的制造与设计的符合程度。设计质量主要指所设计的产品与我们的期望的符合程度。设计质量是质量的重要组成部分。工件的机械制造质量包括工件的几何精度和工件表面层的物理机械性能两个方面，几何误差主要包括尺寸误差、几何形状误差和位置误差。几何形状误差又可分为宏观几何形状误差、波度和微观几何形状误差。此项目的质量控制主要包括加工精度和表面质量及机械部分协调可靠运动三个方面。3 设计可行性我们利用PROE软件对可分体式自动清扫小车进行了建模和运动仿真分析。仿真和分析结果表明：可分体式自动清扫机方案可行，能够完成预设的各项功能；成本低于预算成本，能够按时完成。同时，我们在市区范围内进行了市场调查，将我们的产品向市民做了介绍，一致认为可分体式小车非常实用，并表示如果技术成熟的话非常愿意购买或使用类似的产品。4 总体设计4.1设计理念家庭用的自动清扫设备，既要求能够快速高效的清洁房间空旷的部分，又要求能够对于狭小的隙缝进行清洁。为此，我们将可分体式清洁小车设计成一种可以分体和组合的机器。在清洁房屋内空旷的地方时，清洁小车自动组合成一体，形成一个体积较大、清扫面较大的清洁机，以便快速的进行大面积清洁；对于狭小的隙缝，清洁小车自动分体出体积很小的清扫机，进入到隙缝内部进行清扫。这样既能够实现高效率的清洁也能够完成狭小隙缝的清洁。同时，为了更好的减轻人们的劳动强度，清洁小车设计成为一键式控制。用户只需要按一下开关键启动清洁小车即可，这样清洁小车自动完成一定区域内的所有地方的清洁。4.2 总体结构设计如图2所示，可分体式清洁小车总体上可以分为两个部分：主体、子体。子体自身携带可充电电池和工作系统；主体的作用一方面是清扫室内空旷地方的垃圾以及拖地，另一方面可以储存垃圾和子体进行充电。其工作过程如下：普通情况下，主体和可分体机构组合在一起对地面进行清洁，当通过CCD相机和超声波测距传感器检测到矮缝时，子体会从主体上分离出来，分离出去的子体进入狭小的隙缝，利用内部带有的蓄电池提供动力和清扫机构完成清扫工作。当子体完成他们的任务后，自动回归主体，然后和主体一起继续工作。对于回归装置，我们借鉴鼠标定位的原理，逐步引导分离的子体回到到主体。为了确保子体和主体能够更好的对接，主体上面设计了一个V字型的导轨和U型导槽两个引导装置，即使当子体有一定的误差回到原始位置，引导装置也会逐步将子体引回到主体。子体回归后同主体一起继续进行工作。小车整体装配图见附件一。子体主体拖地机构四杆机构垃圾阧垃圾导轨垃圾箱图2 可分体式自动清扫小车整体结构5 主要技术参数（1） 可分离小车主体部分尺寸主体底板长450mm，宽315mm。V字型导轨角度为130度。子体总长300mm，宽160mm，高65mm。（2） 电机驱动参数可分离小车的所有驱动轮各用一个步进电机控制，可以通过光栅传感器将步进电机所走的步数记录下来。（总共四个型号为28BYJ-48 5VDC）。额定电压：5VDC；减速比：1/64;步距角：5.625/64牵入转矩：300gf.cm 图3 步进电机打滑扭力：800-2200gf.cm 由于滚刷的转数需要一直保持较高的转数，所以我们经过分析后采用直流电机驱动扫地滚刷。供电电源：因为主体既要为子体充电又要为自己供电，所以我们采用型号为ZD-12V6800mAh输入电压为12.6VDC、输出电压为12VDC 6800mAh的电源。（3）万向轮参数轮面采用超级聚氨酯原料，具有机械强度高、耐磨、减震 不伤地板等功能，特尔灵的单轮结构防水，耐腐蚀，在潮湿的环境使用更凸显优越性。 轮子直径 25mm 安装高度38mm脚板外径30*38mm安装孔中心距21*29mm安装孔直径4mm单只载重1kg轮子净重：约0.04kg 图4 万向轮6 可分离小车的机械设计6.1 分体机构设计6.1.1四杆机构运动路线 BC123AO 图5 四杆机构运动路线如图5为四杆机构运动路线。我们设计的这个四杆机构主要是为了将垃圾阧拉起来。机构主要的运动路线为：红色的细线代表四杆机构最初的状态，蓝色细线代表垃圾阧被拉起来时四杆机构的位置。步进电机带动杆B运动，杆绕O点做圆周运动，杆A与杆BC之间铰接，杆A带动杆B运动。其中，图中1为杆A的运动路线，图2为杆B的运动路线，图3为杆B与杆C接触点的运动轨迹。我们通过CAD绘图软件将杆的尺寸以1：1的比例尺绘出，并测得我们只要控制步进电机使杆B转动103时，杆C（即垃圾阧）被拉到与水平线成30角，此时，子体正好可以从主体分离出去各自进行工作。我们经过用PROE软件对该四杆机构进行仿真分析，杆的真实转动角度与我们的设计只有1-2度的角度误差。6.1.2 分体机构设计图2 我们所设计的这个可分离小车的核心部分之一就是子体与主体的分离。初始状态的时候，连杆与竖直平面成 30角。此时的步进电机是固定没有转动的。子体被垃圾阧卡在主体里面而不能前后左右移动。当安装在主体上面的超声波传感器检测到在小车行走路线上有窄缝时。控制四个轮子的步进电机停止转动。此时，步进电机1转动，通过四杆机构将垃圾阧缓缓拉起90。并且安装在子体底板下面的Ps-2鼠标系统进行定位。然后，驱动子体轮子的步进电机开始工作，子体逐渐和主体分离进入到矮缝里面工作。子体上面的扫地机构开始工作。如图示6所示为子体分离机构，此时四杆机构已经将垃圾阧拉到与垃圾导轨处于同一平面了。四杆机构子体前轮垃圾阧垃圾传输导轨 图6 分体回归机构图6.1.3 子体回归机构 如图3所示。子体在与主体分离的时候，我们已经通过鼠标的数字图像处理记录下分离的位置作为原点。当子体工作完以后，再次通过PS-2鼠标显示出距离原点的位置。同时，通过控制步进电机让子体回到原点。为了能很精确的让子体回到原点，于是，我们在主体上面设计了一个130的“V”字型导轨（如图7所示）。即使子体的尾部不能精确地回到初始分离的位置，它在后退的过程中会接触到导轨壁1和2。我们对导轨表面进行了处理，它的表面的摩擦系数很小。所以子体会逐渐沿着导轨回到正确位置。当子体被卡住后，再控制步进电机1，使它反转将垃圾阧慢慢放下。此时的子体就和主体“连接”在一起了。导轨壁1导轨壁2图7 子体回归引导机构图6.2 轮子驱动机构整个分离小车有四个轮子需要用步进电机控制（控制流程图如图5），经过多方的考虑，我们采取用步进电机控制驱动子体的四个轮子。用步进电机控制有以下好处：在控制步进电机时，只需要按照一定的规律给步进电机脉冲信号就好了，省却了处理测速传感器的环节，这样就将直流电机的闭环控制变成了开环控制。通过脉冲和转动角度的精确比例关系，可以非常方便的计算小车的位移；小车轮胎外侧周长L,控制脉冲N,步距角w，则位移S=L*(Nw/360)。而步距角w是固定的或可以设定的，所以只要知道脉冲数量N就可以计算位移S。同样根据脉冲的周期就可以计算小车的速度。使用步进电机，我们可以随时知道小车转动的速率，从而精确地控制小车的转向、速度、行走路线。我们将步进电机与车轮用联轴器连接起来，而不是采用用齿轮传动。这样更利于实现对小车的控制。MCU控制系统电机驱动单元蓄电池图8 电机控制流程图6.3 扫地机构和拖地机构 如图9所示为小车的扫地机构。图中，齿轮1的分度圆直径为33.2mm齿轮2的分度圆直径为48.2mm。扫地滚刷的长度为26mm。可分体小车的扫地系统由直流电机驱动，当直流电机转动时齿轮1会转动，同时与它啮合的减速齿轮2被带着转动，把运动传到轴上，从而带动扫地滚刷高速转动。图9 扫地机构地面上体积较小的垃圾和灰尘被毛刷带到垃圾箱，如图（10）所示当插销插进卡槽时，垃圾箱是合着的拔起插销时可将垃圾箱打开里面，当里面的垃圾储存的比较多了可以从子体上面拆离下来。在较空旷地面上时类似于纸团类的大垃圾会被大的垃圾阧扫到垃圾箱里面。当垃圾阧被四杆机构拉到与垃圾导轨在同一平时，垃圾阧里面的垃圾会通过垃圾导轨滑到主体上面的垃圾箱里面。图10 子体垃圾箱设计图在设计可分体式清洁小车的拖地机构时候，我们采取了一种简单的设计。将抹布固定在一块底板上面，底板通过螺钉固定在小车主体上面。底板采用平板设计，可以让抹布与地面充分受力，从而达到了手抺地板的效果，使清洁效果更加好。并且实用而美观的卡抹布设置，可回收利用废旧毛巾，一举多得，勤俭好持家。图11为可分体式清洁小车的拖地机构。图11 小车拖地机构6.4底盘设计 图12 小车底盘由于设计的小车并不需要承受很大的重量，所以，采用1.5mm的铝板来加工底盘（如图12所示）。首先，铝板具有质轻，表面光洁，平整度好且易于加工。对底盘尺寸的的设计采用了一般智能清洁小车的尺寸。整个底盘长360mm，宽300mm。 V字型导轨的角度为130，小车底盘上面的孔都是直径为3mm，保证了加工工艺性。7 机械强度校核与优化设计 7.1 斜板尺寸的设计计算7.1.1工作方式：通过毛刷转动扫地面垃圾（多为细小颗粒）7.1.2运动分析：静止物体在斜板上运动状态:物体静止在板面 物体沿板面滑下 考虑扫地功能的可靠性，以状态来设计，则 mg*sinf*mg*cos,其中f为摩擦系数m为物体质量g为重力加速度为斜板与地面夹角，即ftan ，又有tan=h/l ， h为斜板高度，l为斜板在水平面上投影距离。要使物体进入垃圾盒，设物体进入斜板时的速度为v，斜板材料为铝，查表得铝与绝缘物摩擦系数0.26 ，arctan0.26=14.6考虑14.6则ftan 物体运动状态为 减速度a=g*（sin-f*cos）要使物体进入垃圾盒v*v-0=2as 则s=v*v/2a=v*v/（2g*（sin-f*cos)） 考虑垃圾重量较轻，v=毛刷轮转速, 则= v*v/（2g*（sin-f*cos)） 公式为临界条件下斜板高度与长度的关系。综合考虑小车与地面高度及机构结构的紧凑，取=30，l=25mm则h=14.4mm，求得物体临界速度v=0.394m/s扫地毛刷直径d=50mm 计算驱动轮转速n，即 扫地毛刷扫地阻力主要源于毛刷与地面的摩擦阻力，由于主要针对地面灰尘及 图13 扫地毛刷阻力示意图 细小颗粒物的清扫，毛刷材质采用尼龙材料，毛长22mm，单根直径0.2mm，接地长度3mm，毛刷轮的阻力小于0.5N, 7.2 扫地直流电机的选择： 电机采用12v直流电源供电的减速电机，对电机参数要求如下：满载转速大于150.5，额定力矩大于。通过查看电机选型表，选定电机型号为ZGB37RH 图14 直流电机 电机技术参数Technical Data（表一） 电压（VDC）马达型号减速比齿轮箱长度（mm）空载转速 (Rpm)额定力矩（Kg.cm） 额定电流（Amp） 12V 60H 1/31 24.5 200 0.692.5 7.3 拖地机构的设计与分析为便于对拖地机构的清洗与跟换，拖地湿巾采用夹持方式。【拖板尺寸】：34*15cm 图15 拖地机构 【拖布尺寸】：38*25cm 查表得毛织品与毛织品摩擦系数为0.44，木板与木板摩擦系数为0.20.5,考虑毛织品与地板摩擦系数应小于0.44，为计算方便取毛织品与地面摩擦系数为0.4， 小车外壳材料采用铝制材料，通过三维建模测量分析小车总质量不超过15kg,由于小车为四轮车，两前轮为主动轮，拖布与地面压力小于mg/5，车轮与地面滚动摩擦力较小，可忽略，则小车前进中摩擦阻力Ff*mg/5 =0.4*15*9.8/5=11.76N步进电机的选择为保持小车的灵活性及便于控制，小车采用步进电机驱动，小车主动轮直径65mm。小车前进过程中摩擦阻力对单个车轮产生的力矩为 小车两前轮与步进电机无过度连接，为实现对小车前进过程中的精确控制，小车前进距离可精确到3mm，因此每个当量电机应走过的角度，普通的两相步进电机已经可以满足要求，通过对电路的分析测量，驱动步进电机的电压为12v，电流为1.5A,对比分析选择电机型号为42BYGH4417混合式步进电机 2相4线 1.7A 39mm。电机参数如（表二）相数 步距角相电流相电阻相电感静力矩机身长重 量2相1.81.7A23mH3.4kg.cm39mm0.24kg【步进电机尺寸】图16 步进电机尺寸7.4 扫地机构齿轮传动的设计与分析图17 扫地机构 为了便于对扫地毛刷轮的驱动，轮轴与电机轴间用一对直齿轮的啮合来传动，两齿轮参数如表三铁齿轮 材质环保铁模数0.6齿数30T40T齿厚3.0mm4.0mm齿顶外径18.8mm24.8mm齿孔内径6.0mm6.0mm 齿轮参数（表三）两齿轮尺寸在PROE软件上面的优化设计 图18 两齿轮啮合最佳中心距敏感度分析 图19优化目标敏感图 图20 敏感图曲线 通过对两齿轮干涉体积的敏感度分析得到的敏感度曲线可知，当两齿轮中心距为26.72mm时正好无干涉。7.5 扫地毛刷轮轴的校核（1） 求作用在齿轮上的力 T为电机力矩，D为电机轴上齿轮分度圆直径。（2） 求齿轮2上产生的力矩d为扫地轮轴上齿轮分度圆直径。（3） 求毛刷上产生的阻力矩 f为毛刷转动过程中与地面的摩擦力 D1为毛刷理论直径。 （4）画受力简图与扭矩图 图21 扫地毛刷轮轴受力计算简图（一） 图22 扫地毛刷轮轴受力计算简图（二） 扭矩T=T0-T1=92.04-11=81.04N.mm（5）校核轴的扭转强度轴所受的扭转切应力= ，轮轴直径为轴的材料为45钢，则轴的抗扭截面系数W= 查表得45钢圆轴的许用扭转切应力为25Mp， =25Mp ， 顾轴的扭转强度符合要求。 8 运动控制部分设计 现在的机械行业发展趋势逐渐趋向于机械自动化，所以我们的可分体式清洁小车也具备自动化的功能。小车的子体分离出去以后，通过电子设备让它准确的回到主体。最初我们准备采用利用电子罗盘作为引导模块，让分离出去的子体回归主体。但是进过多次的试验，电子罗盘虽然能够精确的显示出子体在任何地方的角度，但是它受周围磁场的影响很大。所以，最后决定运用鼠标原理进行代替。光电鼠标的光学传感器象一部DC/DV一样，跟随操作者的移动连续记录它途经表面的“快照”（假想一下间谍卫星拍摄地球表面的情形，不过比喻不是很恰当，比如光电鼠标是自带光源的，并且它的移动是没有规律的等等），这些快照（即帧）是有一定的频率（即扫描频率、刷新率、帧速率等，以下我们对此不加区分）和尺寸及分辨率（即光学传感器的CMOS晶振的有效像素数），并且光学传感器的透镜应具备一定的放大作用；而光电鼠标的核心DSP通过对比这些快照之间的差异从而识别移动的方向和位移量，并将这些确定的信息加以封装后通过USB接口源源不断地进入PC；驱动程序（可以是Windows的默认驱动）则根据这些信号经过一定的转换（参照关系由驱动设置）最终决定鼠标指针在屏幕上的位置。通过鼠标记录下子体分离时的位置，当子体工作完了以后可以知道子体现在的坐标。最后通过计算让子体回到原位。由于在平面内定位不仅要有X，Y轴的坐标，同时还要考虑转动所引起的方向变化。经过综合考虑，最终选用两个鼠标做定位。电源驱动单元电机控制系统2初始化记录初值（X,Y）位移坐标（X,Y） 图23 导航流程图在小车工作时，我们采用4个超声波模块不断的进行扫描。4个超声波模块分布在小车前面四角，能准确的发现左边或者右边的障碍物，能准确的识别矮缝。并且，我们使用两个单片机进行通信，相互交流信息，解决了一个单片机中断口不够用的问题，能准确识别外界的状态，反馈给控制系统。在小车分离时，采用用NRF24L01无线通信模块，对子体的分离和返回发送控制信号，使子体在外面能不受拘束的自由活动。 为了充分了解小车的工作状态，我们用步进电机做驱动，通过计算，调节硬件上的误差，让小车直线行走。对速度、加速度有很好的掌控。为了充分了解小车的工作状态，我们用步进电机做驱动，通过计算，调节硬件上的误差，让小车直线行走。对速度、加速度有很好的掌控。使小车变得更智能，能在遇到问题时作出正确的反应。9 可分离小车的电路设计9.1工作原理整个系统由3个STC89C52单片机控制，其中单片机1,2通过串行通信，控制4个超声波模块，对外界的环境进行检测，单片机1控制2个步进电机，为小车提供动力。单片机2控制1个步进电机，当判断要分离的信号时，驱动步进电机，带动四杆机构使子体分离，同时通过NRF24L01无线通讯模块完成与单片机3的通信。子体分离后单片机3驱动2个步进电机作为动力源，同时驱动直流电机使扫地。单片机3上装有两个改装后的PS-2鼠标，对平面的位置做定位。完成分离和回归。子体上有一个超生波模块，作避障使用。当子体工作完以后，按鼠标记忆的数据，控制步进电机回归，当回归后，单片机通过NRF24L01无线通讯模块让单片机2控制4杆机构把子体扣住。然后继续工作。9.2 电路图设计小车控制电路分为两个部分，其主体部分硬件电路连接如图24所示，子体机构部分控制电路如图25所示。图 24 主体部分电路图图25 分体机构电路图 9.3 技术参数9.3.1 STC89C52技术参数STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。9.3.2 超声波模块技术参数（1）使用电压：DC5V（2） 静态电流：小于2mA（3） 电平输出：高5V （4） 电平输出：低0V（5） 感应角度：不大于15度（6） 探测距离：2cm-450cm（7） 高精度：可达3mm9.3.3 步进电机技术参数5线4相带减速步进电机直径：28mm，电压：5V/12V步进角度：5.625 x 1/64 减速比：1/64可使用ULN2003A驱动，四拍或八拍驱动。9.3.4 NRF24L01技术参数2.4GHz 全球开放ISM 频段，最大0dBm 发射功率，免许可证使用支持六路通道的数据接收低工作电压：1.93.6V低电压工作高速率：2Mbps，由于空中传输时间很短，极大的降低了无线传输中的碰撞现象（软件设置1Mbps或者2Mbps的空中传输速率）多频点：125 频点，满足多点通信和跳频通信需要超小型：内置2.4GHz天线，体积小巧，15x29mm（包括天线）低功耗：当工作在应答模式通信时，快速的空中传输及启动时间，极大的降低了电流消耗。低应用成本：NRF24L01 集成了所有与RF协议相关的高速信号处理部分，比如：自动重发丢失数据，包和自动产生应答信号等，NRF24L01的SPI接口可以利用单片机的硬件SPI口连接或用单片机I/O口进行模拟，内部有FIFO可以与各种高低速微处理器接口，便于使用低成本单片机。 10 设计总结10.1制作情况与成本估算 制作情况：经过暑期的十天的讨论，我们确定了可分离小车的所有硬件设计部分。并且通过制作模型和用软件仿真，对设计的机械结构试验了多次。最后在网上确定了所需要购买的零件以及物品。购买回所需要的铝板后，经过四十多天的加工和组装，做出了可分离小车的试验品。在加工过程中，使用过车床，钻床，刨床，铣床。并且将V字型的导轨进行了抛光，使它的表面更加光滑摩擦系数更小。其主要花费如表四、表五（不含加工费用）。机械零件花费表（表四）物品名称费用钻头、螺母、螺钉、铜柱、墙板钉61元木板、墙纸、纸板265元喷漆21元铝板360元扫地滚刷