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1、基于51单片机,的家用清洁小车的设计及控制,指导教师：王汉胜汇 报 人：龙少腾 班 级：机电二班,厚德达理 励志勤工,机械系统组成要素,电路系统组成要素,软件系统组成要素,目录,研究目的,课题设计的工作内容和要求,家用清洁小车总体设计构想,设计重点和难点,总结,致谢,题目：基于51单片机的家用清洁小车的设计及控制,研究目的：本课题旨在于设计一部结构合理，全区域覆盖，能够基本满足家庭需求且便于使用的智能家庭清扫小车，使它可以替代传统的家庭人工清扫方式，使家务清洁电气化、智能化。,课题设计的工作内容和要求：,运行机构形式：轮式 最高行进速度：0.35 m/s 最大工作负载：2.5kg（总重）清洁方
2、式：吸尘、刷扫扫地刷最大工作负载：Tmax=60g*cm扫刷速度:n100r/min 转弯半径:任意长度 具有自动路径规划、避障功能,附加功能：定时功能，时间显示功能,家用清洁小车总体设计构想,家用清洁小车系统通常由四个部分组成:移动系统、传感系统、控制系统和吸、扫尘系统。由于所学知识和时间有限，本次设计虽然在机械、电路及程序三方面均有涉及，但重点偏向机械和程序部分。,家用清洁小车整体外观图,家用清洁小车组成结构图,传感系统,移动系统,控制系统,吸尘系统,扫尘系统,机械系统组成要素,底盘：装载所有的机械部件，电子部件及电源；底盘在满足基本的强度要求前提下，还应便于部件安装、拆卸及调整。,移动机
3、构：保证清洁小车能够在平面内前进，后退及转向。,清扫机构：用一个电机，将动力通过三级齿轮减速机构传递给两个清扫刷，使左面清扫刷顺时针转动，右面逆时针转动。,吸尘机构：产生吸力，将灰尘吸入灰尘存储箱中。,防撞机构：防止撞击对清洁小车造成伤害，当撞击到障碍物时，进行躲避。,家用清洁小车工作环境复杂，经常工作于狭小，低矮的过道及橱柜底部，合理的外形结构能使扫地机在复杂的环境中运动灵活。现以常见的圆形及方形结构作为对比，选择合适的家用清洁小车外形结构。,1.底盘设计：,因为电路板与齿轮固定架，在进行调试时，需要经常调整，故将电路板与齿轮固定架安装孔设计为长条孔，而将其余不需要经常调整的零件安装孔设计为
4、通孔。,根据上述分析，底盘形状设计为圆形；左右开口处安装轮胎，上部中央通孔安放吸尘器。,2.移动机构：按结构分有轮式，履带式与步行式。,轮式机器人,履带式机器人,步行式机器人,适合路面状况较好的环境使用，如：室内。,适合路面状况中等的环境使用，如：野外，楼梯。,适应能力最强，但控制复杂。,由于移动机构采用独立控制，转向方式采用差速转向更易于实现，故移动机构采用轮式结构，转向方式为差速转向。,3.清扫机构：采用三级齿轮减速机构，降低输出速度，增大输出转矩；并利用锥齿轮可实现相交轴间传动的特点，将动力传递给扫地刷。,3.1齿轮数据：,3.2.减速机构：,3.3.扫地刷：,4.吸尘机构:利用吸尘风机
5、旋转时产生的局部负压，将灰尘，杂物通过吸尘通道吸收于集尘盒中。,5.防撞机构:防撞装置主要由防撞板、微动开关构成，防撞板的作用是缓冲撞击和触发微动开关，传递撞击信号。,电路系统组成要素（一）,控制系统：采用STC89C52八位单片机作为控制核心，该单片机具有成本低，稳定性强，功能齐全，软件资源丰富的特点，适合作为对运算速度要求不高场所的控制芯片；,驱动系统：采用L298电机驱动芯片；输出端采用蓄流二极管泄放感性负载产生的感应电流；并在电机输入端并联一个0.1f电容，避免电机运行时，电刷与换向器摩擦产生电火花，损伤电刷；,传感系统：采用TCRT5000红外对射管，配合L339电压比较芯片与相关电
6、阻，组成台阶检测系统，可通过调节L339芯片的基准电压，改变距离检测范围；采用型号V152-1C25微动开关检测障碍物，通过防撞板的变形触发微动开关闭合，进而检测障碍物。,电路系统组成要素（二）,外部时钟模块：采用DS1302时钟芯片，内部的时钟/日历电路提供秒分时日日期月年的信息；通过使用DS1302时钟芯片可极大地减轻单片机定时时内部资源的占用，定时精度极高，并提供高精度计时功能；,液晶显示模块：采用NOKIA 5110 LCD作为显示模块，通过单片机模拟串行外设总线协议，与NOKIA 5110 LCD进行通信，控制显示内容，该显示器具有成本低，控制方便，占用端口少等优点；,按键输入模块：
7、采用四个常开按钮，配合限流电阻构成按键输入电路，功能选择；,软件系统组成要素（一）,液晶显示模块程序：包括nokia_5110.c子程序和main1.c中显示部分子函数，nokia_5110.c是5110LCD的驱动程序，包括初始化函数，清屏函数，英文、中文显示函数，数据写入函数等;main1.c中显示部分子函数通过调用nokia_5110.c中英文、中文显示子函数，更新5110 LCD的显示内容。,按键输入模块函数：判断“启动”，“停止”，“翻页”，“确定”中哪个按键被按下。,传感检测模块函数：通过检测对应端口状态值，判断哪些红外传感器或微动开关输出状态发生改变，进而做出相应规避动作；,电机
8、控制模块程序：设定三种清扫模式，对每种清扫模式下的运动速度，运动方向，运动时间进行控制；,软件系统组成要素（二）,外部时钟模块函数：DS1302驱动程序，包括初始化函数，初始时间设置函数，时间写入、读出等函数。,按键输入,液晶显示,模式选择,清扫定时,欢迎界面,开始清扫,设置阶段,清扫阶段,清扫模式,圆形模式,多边形模式,自动模式,程序要素,调速：采用脉冲宽度调制技术，调节占空比的大小，控制电机输入端电压，进而控制电机运行速度。一对电机通过独立调速可进行速度调节，差速转向，清扫模式调节等作用。,避障：避障由个两个动作构成：,人机交互：利用NOKIA 5110 LCD作为人机交互界面，用户根据液
9、晶显示屏提示信息，在按键上进行输入，可提供清扫模式选择，当前时间显示与清扫定时功能。,后退,转向,发现障碍,避障,延时+传感信号 确保后退至转向位置,模糊控制+模式识别确保转向合理,延时：后退至转向位置。,传感信号：后退至安全位置,模糊控制：转向幅度的模糊化，保证合理转向,模式识别：障碍类型的识别，保证合理转向,传感器状态：,设计重点和难点,在直径300，厚4.7的底盘上，对清扫机构、行走机构、吸尘机构、扫尘机构、电路板、传感器、电池及线路的设计和布置，不能发生干涉；对安装孔类型，大小及位置的合理设计。,清扫后的垃圾如何处理，以及如何布置吸尘，吸尘通道和集尘装置。,保证电路焊接可靠，无虚焊，漏焊发生。,程序能有效地控制清扫小车进行清扫，并有效地躲避台阶及障碍物。,三维建模图,装配图,电路图,实物图,总结,本课题的设计及控制如上所述，总体来说，该设计方案具体可行，但仍有一些地方还需进一步改进，如垃圾收集处理机构、防撞板材料、电源装置等，多谢各位老师能提出改进方案！,致谢,感谢我的指导教师辛勤的指导与帮助，感谢金工实习车间杨师傅的加工指导，感谢金工实习车间提供的材料加工工具，感谢所有在我做设计的过程中给予我素材和帮助的老师和同学。由于我知识水平有限，所做设计、图纸和编写的论文难免有不足之处，恳请各位老师给予批评和指正！我会再接再励，虚心求教，不断完善这次设计。,
