基于單片機(jī)系統(tǒng)及傳感器的智能清潔小車設(shè)計

IECAUC2017114

毛宇陽 王曉利 趙宸 中國民航大學(xué) 電子信息與自動化學(xué)院

引言：社會生活發(fā)展至今，人們對物質(zhì)和精神生活質(zhì)量的要求不斷提高，壓力也不斷增長，人們都向往更加便捷的生活，通過一些智能產(chǎn)品解放雙手。人們希望有一種機(jī)器能夠自動智能地在家打掃衛(wèi)生，智能清潔小車應(yīng)用而生。設(shè)計的智能清潔小車以紅外傳感器，超聲波傳感器，單片機(jī)控制等為依托，對室內(nèi)環(huán)境，障礙物進(jìn)行探測規(guī)避，將采集到的信息經(jīng)控制中心處理，最后驅(qū)動并完成清潔。

1.總體設(shè)計

整個系統(tǒng)由STC89C51單片機(jī)、超聲波測距傳感器、紅外傳感器、清潔電機(jī)模塊等組成。超聲波傳感器與紅外傳感器對工作區(qū)域進(jìn)行監(jiān)視并測量距離數(shù)據(jù)，單片機(jī)采集數(shù)據(jù)并計算路徑，下達(dá)指令驅(qū)動清潔小車對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行清潔工作，清潔的同時小車對下一個目標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從而達(dá)到對室內(nèi)的整體清潔工作。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.電路設(shè)計

硬件部分采用模塊化設(shè)計來實(shí)現(xiàn)各功能，以STC89C51單片機(jī)為控制中心，包括電機(jī)驅(qū)動模塊、超聲波避障模塊、紅外傳感模塊、清潔電機(jī)驅(qū)動模塊。

2.1 電機(jī)驅(qū)動模塊

L293D四倍高電流H橋驅(qū)動程序。 L293D是提供雙向驅(qū)動電流高達(dá)1 A，電壓是從4.5 V至36 V的；L293D提供雙向驅(qū)動電流高達(dá)600毫安，電壓是從4.5 V至36 V的。兩個設(shè)備是專為驅(qū)動等感性負(fù)載繼電器，電磁閥，直流雙極步進(jìn)和馬達(dá)，也可以給其他高電流/高電壓提供電源負(fù)載。

兼容所有的TTL輸入。每個輸出都是推拉式驅(qū)動電路，與達(dá)林頓三極管和偽達(dá)林源。啟用1,2 EN驅(qū)動器和3,4 EN驅(qū)動器。當(dāng)使能輸入為高電平時，相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動器被啟用和他們的輸出處于活動狀態(tài)，并在其輸入端的同相。當(dāng)使能輸入為低，這些驅(qū)動器被禁用。

其輸出關(guān)閉，在高阻抗?fàn)顟B(tài)。用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)輸入端，每對驅(qū)動程序的形式一個完整的H橋可逆驅(qū)動器適用于電磁閥或電機(jī)應(yīng)用。

2.2 HJ—IR2紅外傳感器模塊

當(dāng)前方有障礙物時，紅外管發(fā)出的紅外信號經(jīng)紅外接收管接受回來后，經(jīng)集成的芯片放大，比較后，輸出一低電平，點(diǎn)亮模塊上的LED發(fā)光管，同時可以輸出一個低平信號，信號可以作為單片機(jī)的信號輸入，檢測控制外部各種驅(qū)動模塊之用。模塊三線制，VCC為電源+5V，OUT為信號輸出端，GND接電源負(fù)極。

2.3 反射型光電探測器RPR220

RPR-220是一種一體化反射型光電探測器。其發(fā)射器是一個砷化鎵紅外發(fā)光二極管，而接收器是一個高靈敏度，硅平面光電三極管。其塑料透鏡可以提高靈敏度，內(nèi)置的可見光過濾器可以減小離散光的影響，體積小結(jié)構(gòu)緊湊。

2.4 HC-SR04超聲波模塊

HC-SR04超聲波測距模塊可提供2cm-400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達(dá)3mm；模塊包擴(kuò)超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。采用IO觸發(fā)測距，給至少10us的高電平信號，模塊自動發(fā)送8個40khz的方波，自動檢測是否有信號返回，有信號返回通過IO輸出一高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間，測試距離=（高電平時間*聲速（340M/S））/2）。

3.軟件設(shè)計

軟件部分采用C語言編寫，單片機(jī)通電后程序初始化，隨后將采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸給單片機(jī)進(jìn)行處理，并根據(jù)程序驅(qū)動小車各模塊的正常工作。程序流程如下圖：

圖2 程序流程圖

4 結(jié)語

本系統(tǒng)結(jié)合單片機(jī)技術(shù)與傳感器等實(shí)現(xiàn)利用小車只能清潔的功能，可以幫助室內(nèi)的衛(wèi)生清潔工作，電路簡單，工作穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)成本低，具有一定的研究意義與市場價值。

[1]郭天祥.新概念51單片機(jī)C語言教程:入門提高開發(fā)拓展全攻略(第2版) 電子工業(yè)出版社，2009

[2]謝富珍.戈林發(fā)，基于51單片機(jī)的智能小車設(shè)計[J].新余學(xué)院學(xué)報，2015（20）；6-9.

[3]宋文緒.傳感器與檢測技術(shù)[M].高等教育出版社，2004