扫地机的智能控制系统设计-本科毕业设计说明书

本科毕业设计手册扫频器的智能控制系统设计sweeper intelligent control system design大学(部门):电气信息工程学院专业类：电气# # # # #学生姓名：# # # # # # #地图教师：# # # # # # # # # # #年月日扫频器的智能控制系统设计摘要信息摘要信息目前各种服务机器人在人们的生活中应用越来越多，从事与人们生活密切相关的服务事业，极大地提高和改善了人们的生活质量。室内智能地板清洁机器人是在这种背景下诞生的一种家庭服务机器人。室内智能地板工作机器人的路径规划使用区域满规划方法，目标是在设置区域内找到从起点到终点的通过所有可到达点的连续路径。基于建立的扫地机器人平台，提出了清洗机器人随机运动路径规划算法。机器人利用安装在上面的红外传感器和相机来了解和检测房间环境，机器人开始用螺旋运动复盖房间的空白区域，遇到障碍时启动障碍应对策略，通过计算机软件进行模拟，在室内环境下进行实验，验证该算法的有效性。关键字：地板清洁机器人、SCM、环境意识、路径规划sweeper intelligent control system designABSTRACTAt present time，More and More various of service robot are designed and applied to people s daily life。The application of these robot is promoting The quality of peo Ple s life tremendously as they deal with The works related to people s life closedthe cleaning robot identifies the room environment using the infrared transducker and the camera outfited on its body .moving in The spiral motion mode with The gradually enlarging radius，The robot begins to explore and clean The blank area . while It encounters obbsKeywords : cleaning robot、single chip microcomputer、environment identification、path planning1简介1.1简介自动地板清洁机器人是当今服务机器人领域的研究热点。自动地板机器人在理论和技术上比较具体地表现了移动机器人的各种关键技术，具有很强的代表性。市场预测，自动地板清洁机器人适用于酒店、酒店、图书馆、办公室、普通大众家庭，可以大大降低劳动强度，提高劳动效率。因此，自动扫尾机器人的开发具有科学的挑战性和广阔的市场前景。1.2研究现状：自1904年英国人发明了第一台雨刮器以来，雨刮器的开发历史已有近100年了。之后，日本、美国、德国、英国等开始了小登记的批量生产。目前，国外先进的转发器正在不断提高智力水平。扫频式小型扫频是目前国内外应用最广泛的小型扫频器品种，通常有圆盘刷和风扇、风管、吸尘器等。圆盘刷设置加强了路边沟的清洁，清扫幅度增大了。基于磁盘的刷子将侧垃圾清理到真空吸尘器的工作空间，然后清理真空吸尘器的垃圾桶。在任何道路环境下，适合清洁的吸入式小型扫频器对污物和灰尘的清洁效果好，工作效率高。智能扫频不仅给企业带来巨大的经济效益，还带来相当大的社会效益。1.2.1路径规划技术路径规划的本质是根据机器人所认知的工作环境信息的优化指标，规划不与环境障碍冲突的路径，实现所需清洁区域的合理路径复盖。这就是在扫频器移动过程中导航和避碰。1.2.2多传感器融合技术真空机器人要正常工作，必须监视机器人的位置、姿势、速度和系统内部状态，并识别有关机器人所在工作环境的静态和动态信息。这使得真空机器人的相应工作顺序和工作内容能够自然地适应工作环境的变化。可以高效地融合大量传感器、大量传感器观察信息，从而获得机器人最多的外部环境信息，利用多传感器融合技术提高移动机器人位置、障碍物识别、环境建模、避障精度。1.2.3电源技术移动电源必须为移动设备供电，为控制电路提供稳定电压，为真空操作模块和检测观测模块提供能量。电源在放电过程中保持： 固定电压。内阻，用于快速放电；可充电；低成本特性。通过这些关键技术，可以实现产品功能：例如1.自动检测垃圾，重点清理更脏的区域2.自动找到智能充电站并重新充电3.定期打扫如果机器卡住了，可以自动取出。5.远程控制支持6.转角清洁程序7.不重复清洁，不留死角，防止楼梯跌落的功能1.3研究内容：1.3.1自动返回充电功能完成后，自动返回充电，进入待机状态的机器人自动充电模式。只要用户打开机器人，剩下的清洁工作就不用担心了。1.3.2保留定时自动清理功能清洁时间可以在一周或一周内随意预约，上班和出差可以放心，也可以自动清洁。1.3.3故障排除功能2厘米高的铁丝等杂物都能安然度过，有聪明的擒纵功能，遇到困难的时候，机器人会自动尝试多种方法摆脱森林。1.3.4防跌落功能即使在楼梯、会议桌等处工作，也不用担心机器会坠落，造成纯恶或危险，机器人会自动检测并避开危险。1.3.5液晶屏智能警报通知智能识别系统有助于判断机器人使用过程中出现的问题，智能识别系统自动识别各种异常情况。1.3.6智能侧刷个人侧刷控制侧刷高速旋转，清理墙角/墙垃圾和灰尘盒，实际上有效的角落灰尘。1.3.7解决智能扫频器反复清理一个地方的问题1.4论文主要是完成的工作本课题包括清洁机器人结构设计、驱动电机选择、传感器选择、控制算法研究、硬件电路设计和软件编程与测试。1.4.1机器结构部分包括机器人配置选项、机器人主体机构设计和驱动电动机选择。1.4.2避障系统控制程序包括机器人障碍物检测系统、定位系统和控制算法选择。1.4.3控制系统硬件部分包括单片机控制系统硬件电路设计、电机驱动电路设计和传感器检测硬件电路设计。1.4.4控制系统软件部分包含单片机控制系统的软件设计。2个微控制器2.1单片机简介MCU(英语字母表的缩写)表示单芯片微型计算机，也称为单芯片微控制器，它将一个计算机系统整合到一个芯片上，而不是整合到执行单个逻辑功能的芯片上。单芯片微型计算机由计算设备、控制器、内存、I/o设备组成，相当于比计算机缺少外围设备等的小型计算机(最小系统)。摘要：一个芯片变成了计算机。小巧轻便，价格低廉，为学习、应用和开发提供了方便的条件。几乎所有现代人类生活中使用的电子设备的产品都集成了单片机。电话、电话、计算器、家电、电子玩具、手持设备、鼠标等电子产品包括单片机。汽车通常配备40多台单片机，在复杂的工业控制系统中，数百台单片机可能同时工作。2.1.1硬件功能1，单芯片微型计算机上的CPU，4KB容量的ROM，128 B容量的RAM，2个16位定时/计数器，4个8位并行端口，4个全双工串行端口，ADC/DAC，SPI，I2C，ISP，IAP2、系统结构简单，使用方便，模块化；3、单片机高可靠性；4、处理能力强、速度快。5、低电压、低功耗，便于生产便携式产品6、强大的控制7、环境适应性强。2.2 AT89C51微控制器本设计采用AT89C51微控制器作为测试和控制核心。AT89C51是ATMEL公司的高密度产品，具有4KB可重复写入只读程序内存(PEROM)和128bytes随机访问数据内存(ROM)的高性能CMOS 8位微控制器，与标准MCS-51命令系统、常规8位中央处理器(CPU)和闪存设备兼容功能强大的AT89C51微控制器提供了多种高性价比的应用程序，可以灵活地应用于各种控制领域。2.2.1 AT89C51主要性能参数1.与MCS-51产品命令系统完全兼容2.可重写4K字节闪存3.有1000次要擦掉写4.整体静态运作：0Hz至24MHz5.有1288字节的内部RAM32个可编程I/O端口有两个16位计时/计数器8.有6个中断源9.低功耗空闲和断电模式2.2.2 AT89C51功能概述AT89C51提供以下标准功能：4K字节闪存、128字节内部Flash、32 I/O端口线、2个16位定时/计数器、1个5矢量两级中断结构、1个全双工串行通信端口、片上振荡器和时钟电路。另一方面，AT89C51支持0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件选项节能操作模式。允许RAM、定时/计数器、串行通信端口和中断系统继续运行，从而停止CPU操作的空闲模式。断电方式存储RAM的内容，但振荡器停止工作，禁止所有其他部件操作，直到下一次硬件重置。2.2.3 AT89C51针脚VCC:电源电压GND:接地P0端口：P0端口是一组8位复盖器开放的双向I/O，即地址/数据总线多路复用器。如果在端口上写“1”，以吸收电流(每个用于输出端口8个TTL逻辑门电路)，则可以用作访问外部数据存储或程序存储时的高阻抗输入端子。此端口线分时转换地址(低8位)和数据总线多路复用在访问过程中启用内部拉阻。P1端口：P1端口是8位双向I/O端口，它携带内部汇聚电阻，P1的输出缓冲区可以驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑栅极电路。在端口上写“1”，通过内部牵引阻力将端口向上拉高。此时，您可以使用输入端口。具有内部抗拉能力，并且如果针脚被外部信号向下拉动，则会输出电流(IIL)，因此用于输入端口。P2端口：P2端口是具有内部下拉功能的8位双向I/O端口，P2的输出缓冲区可驱动4个TTL逻辑栅极电路(吸收或输出电流)。在端口上写“1”，通过内部上拉阻力将端口向上拉高。此时，有内部拉阻，当针脚被外部信号低时，将输出一个电流(IIL)，因此可以用作输入端口。图2.1 AT89C51芯片P3端口：P3端口是一组具有内部拉阻的8位双向I/O端口，P3端口输出缓冲区可以驱动(吸收或输出电流)四个TTL逻辑栅极电路。为P3端口创建“1”会将其拉至内部抗拉电阻，并可用作输入端口。从输入端向外拉动的P3端口使用向上拉动电阻输出电流(IIL)。P3端口不仅充当常规I/O端口线，而且将第二个功能用于更重要的用途，如表3.1所示。表2.1端口针脚第二个菜单末端拉脚第二公力P3.0串行输入端口(RXD)P3.1串行输出端口(TXD)P3.2(外部中断0)P3，3(外部中断1)P3.4T0(计时/计数器0)P3.5T1(计时/计数器1)P3.6(外部数据存储写入门控)P3.7(外部数据存储读取门控)3智能扫频系统分析使用红外传感器、光电传感器、接触传感器完成自动避障。使用光电编码器检测电机速度。利用PWM技术动态控制电机的旋转方向和速度。通过软件编程移动扫频器、执行清理任务、绕过障碍物、精确控制停止和存储、显示测试数据。通过优化组合电路，最大限度地利用AT89C51微控制器的全部资源。P0端口用于数字管显示，P1端口用于