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基于单片机的智能扫地机器人控制系统设计

摘  要

智能扫地机器人一直国际科学研究的重要领域，扫地机器人可以有效的减少人们的劳动时间，通过对比分析本文对机器人的设计进行了简便化处理，有利于设计、低成本等优点，在主控制方面选用了时下比较热门的STM32F103ZE系列芯片，对后期的改进和优化都有可操作空间，并搭配了红外光电传感器、电阻式压力传感器、HC-05蓝牙及其他外围设备。

本文对扫地机器人从各模块组件选择再到整体方案设计，梳理了设计思路，对机器人软、硬件的功能和各模块的工作原理进行了详细的分析和论述。经最终实物模拟测试，该机器人的电路结构设计简单，调试方便。且在实际运行中对区域的自主清扫和障碍物的规避都很精准，各模块组件运行状态良好，证明机器人的设计方案正确、可行。

关键词：扫地机器人  自主清扫  蓝牙  单片机

 

目录

第1章 绪论 1

1.1  设计背景及研究价值 1

1.2  国内外研究现状 1

第2章 方案设计 3

2.1  单片机种类的选择 3

2.2  避障传感器的选择 4

2.3  压力传感器的选择 4

2.4  离地检测电路 5

2.5  蓝牙模块设计 5

2.6  电源模块设计 6

2.7  常用路径规划方法 6

2.8  驱动模块设计 8

第3章 硬件设计 11

3.2  离地检测电路设计 12

3.3  蓝牙模块设计 13

3.4  尘盒检测电路设计 14

3.5  红外避障传感电路设计 15

第4章 软件设计 17

4.1  红外避障模块程序设计 17

4.2  离地检测程序设计 18

4.3  蓝牙模块程序设计 19

第5章 系统调试 20

结 论 22

致 谢 23

参考文献 24

 

第1章 绪论

 

1.1 设计背景及研究价值

设计背景：随着计算机的急速发展，电子产品的研究变得更加广泛，人们渴望从繁杂的劳务中解放出来，用人工智能机器人代替劳动，机器人可以节约大量人工成本，机器人可以不间断的进行工作，机器人的工作效率比人工劳动效率更高。因此，智能扫地机器人具有被设计的重要价值。

研究价值：智能扫地机器人是一个涵盖了电子、汽车、传感器技术、通讯技术等多领域结合的综合系统，机器人技术一直是我国技术研究的前沿，扫地机器人可以通过清扫和吸附完成对室内的清洁，有效的减少了人们工作之余的劳务压力，提高了生活质量，对于许多疲于工作的上班族来说是家庭必备产品。

 

1.2 国内外研究现状

国外研究现状：1997年大型家电公司伊莱克斯强烈推出了一款智能扫地机器人三叶虫，可以控制底部轮盘使其行动，同时采用类似于蝙蝠的超声波技术使其能够准确地躲避障碍物。三叶虫完成任务后可自行返回电源处充电，但三叶虫机身较大且运行速度较慢、效率低下，2004年年末三星公司推出了一款标号为VC-RP30W的基于雷达的智能扫地机器人。其定位技术主要由建立三维图来实现，3D的智能扫地机器人更加的灵活，可以对房间的每个死角进行打扫，遇到障碍物掉落到角落，依靠碰撞传感器扫地机器人会自动转向。同时，用户还可以通过上位机查看安装在机器人前部的摄像头进行远程控制，真正的实现了机器人的智能化。

国内研究现状：我国扫地机器人起步较晚，第一部初具模型的扫地机器人是由浙大电子研究所和TEK公司合作开发设计，机体通过超声波传感器设计，可以进行局部清扫和随机清扫相结合来达到全方位区域覆盖式清扫，清扫结束后可自行返回充电站充电，该扫地机器人大约20分钟覆盖率可以达到95%。目前国内扫地机器人正在飞速发展中，三星小米科沃斯石头科技等众多公司相继推出多款智能扫地机器人，科沃斯于2014年推出了地宝DM81扫地机器人模块化产品，石头科技于2016年首推米家扫地机器人。

 

1.3 设计要求

本文的设计主要满足以下几个方面：

1、控制电路：由STM32单片机构成系统核心，控制扫地机器人进行自主清扫和避障等功能，实现机器人单一、自主完成作业。

2、离地检测：机器人运作过程中可以通过两个驱动轮间的测距传感器检测机器人是否已经离地，如果离地则报警。

3、电池模块：通过电池向机器人供电，配合各项软件实现机器人运转和工作。

4、陀螺仪驱动电路：通过机器人底盘前端的陀螺仪配合双边轴轮实现机器人的前进和转向

5、蓝牙模块：用一个USB转TTL模块进行数据采集并采用蓝牙传输，实时跟踪到机器人的工作状态和电量显示。

6、红外感应模块：通过机器人前端的红外传感器和红外接收传感器实现红外避障，减少或避免机器人工作时的磨损。

7、尘盒检测：通过机器人顶上的尘盒重量进行检测，当检测值超过预设值时报警，提醒机主清空尘盒。

 

参考文献

 

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