自动洁地机器人的设计
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【摘 要】本文开发了一种基于AT89S51的自动洁地机器人，文章主要介绍了机器人总体设计框架、各组成部分和软件设计的思想，该产品功能完备，噪声小，能满足家庭自动清扫的功能。
【关键词】单片机；传感器；模式识别
0 引言
清洁机器人将机器人控制方案和吸尘器技术巧妙地结合起来，能自主完成地面环境的清洁，帮助清洁工作人员摆脱繁重的清洁工作，近年来已引起相关研究工作者的高度关注。
整体设计任务是制作一个洁地机器人具有自动清扫、能避障以及可用遥控控制机器人进行清洁等功能，可以在没有人的场景下实现清洁工作，也能人为通过遥控器操作其进行清洁任务的机器人系统。通过遥控器操控机该系统的清洁路径，可以避开障碍物，若某地方灰尘和小件垃圾较多的话可反复前后行进清洁，达到较好的清扫效果。由遥控器洁地机器人行进速度，可缓慢清扫较脏之处，也可较快清扫较干净之处，降低地面粉尘浓度，提高效率与节省能源，当室内清扫完成后，并用OLED小液晶实时显示室内清扫完成。
2 机器人的组成结构
该清洁系统的主要功能原理框图如下图1所示。
2.1 主控单元
主控单元由AT89S51单片机控制，让其与其他模块相结合，达到处理传感器信号的效果，将处理的信号控制电机间接控制机器人的转向。单片机I/O口控制信号控制清扫、吸尘及连接遥控器控制机器人等工作。红外壁障传感器经过电压比较器LM393输出高低电平，给单片机识别。该系统由12V动力聚合物锂电池供电，LCD显示相关工作状态。
2.2 传感器模块
在洁地系统上设置光电传感器，以便让洁地机器人在工作进行时由单片机控制光电传感器检测前方有无障碍物，若有障碍物，则洁地机器人转弯后直行前进，若无障碍物，则洁地机器人直行清扫地面。光电传感器原理图如下图2所示。
2.3 执行电机部分
行进电机采用L298N驱动芯片改变洁地系统的行进状态，清扫装置和吸尘器由相应继电器控制，AT89S51的I/O口发出信号，继电器线圈接通电，电机驱动；在指令结束后，电机都停止运作。洁地系统的输入模块由mp3遥控器组成，可以遥控控制洁地机器人反复清扫垃圾或粉尘较多之处直至干净，降低该处地面粉尘浓度；输出模块采用低功耗的1.3寸OLED液晶，实时显示室内清扫完成，其显示指标可以达到清洁机器人的系统要求。L298N的电机驱动电路的原理图如图3所示。
3 系统软件设计
软件设计是为了更好的配合清洁机器人硬件模块的工作，我们将其分成单片机中断程序和液晶程序，AT89S51片内EEPROM的读写程序；驱动电机模块的操作程序；避免碰撞到障碍物的程序，以及部分控制液晶单元和MP3遥控模块的程序。主程序的功能是实现系统的初始化。假如在前方无障碍物时，系统将按照设定的线路行进工作。本洁地机器人运用来回式的行进方式对地面进行吸尘，机器人检测传感器相应信息监测它所在的方位，而且能进行调整以便保证完成一定面积内清洁的任务。假如在清扫时遇到障碍物，能按设置好的工作模式进行避障，或者清洁者自己手动遥控规划清扫路线进行工作直到完成室内清洁一周。系统的主程序流程图如图4所示。
4 结束语
室内的清洁是一项枯燥乏味的重复性工作。如今国内外清洁机器人已经逐步成为了有市场潜力和研发前景的家庭智能服务工具，所以我们设计了这个洁地机器人，我们对洁地机器人的硬件电路进行巧妙制作，并能依靠其工作的不同功能设计各个功能，依靠控制软件程序对它做相关实验研究，最终实现了系统工作稳定性高，噪声小，达到局部地面的自主或遥控控制清洁的主要设计要求。
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