基于單片機的智能清潔小車設(shè)計

蘭茂偉，姜威，杜中強

四川理工學院

基于單片機的智能清潔小車設(shè)計

蘭茂偉，姜威，杜中強

四川理工學院

智能清潔小車用STM32F103RNCT6單片機為控制芯片，本設(shè)計完成了小車硬件部分的設(shè)計，軟件部分采用c語言來編寫控制程序，完成了吸塵、灑水、抹地、避障等功能，在家庭及公司使用極為方便，與普通的智能車相比較，由于本設(shè)計有清潔的功能，所以本智能小車更加有市場前景，使用更加穩(wěn)定可靠。經(jīng)過實驗測試，達到了預期的設(shè)計要求。

STM32單片機；清潔小車；智能

社會生活發(fā)展到如今，有許許多多的關(guān)于清潔的技術(shù)層出不窮，出現(xiàn)了非常多的新型產(chǎn)品和機械設(shè)備,智能清潔小車是把關(guān)于智能機器人和吸塵的技術(shù)有機地融合到一起，就可以完成房間內(nèi)的清潔任務(wù)，代替以往繁雜的室內(nèi)保潔工作，這些年來這項技術(shù)已經(jīng)被國內(nèi)外的研究人員重視起來。（隨著人們生活水平不斷提高，）一方面，智能清潔小車可以將移動機器人多項關(guān)鍵技術(shù)給體現(xiàn)出來，另一方面，智能清潔小車可以解放人們的雙手，降低人們的勞動強度，給人們更多的時間去做一些更有意義的工作，這就提高了我們的勞動效率。我們相信這樣的智能清潔小車具有廣闊的市場前景。

本設(shè)計的目的是打造一部能滿足普通家庭需要而且性能優(yōu)良，價格便宜，方便使用的智能清潔小車。使以往需要人工清掃的家庭室內(nèi)保潔讓它來實現(xiàn)，這就讓人們的生活更加智能，清潔，讓現(xiàn)代的科學技術(shù)更好地為人類服務(wù)。

一、總體設(shè)計

智能清潔小車用STM32F103RNCT6單片機為控制芯片，STM32F103RNCT6較之51單片機的優(yōu)勢在于STM32F103RNCT6單片機程序都是模塊化的，因為它自身帶好多功能，所以接口相對簡單；工作速度也比51單片機快。而51的自身功能少,需要外圍元件多,要求對電子器件熟悉程度較高。本清潔小車使用模塊化的設(shè)計，各模塊可分為：避障模塊、穩(wěn)壓模塊、降壓模塊、電機驅(qū)動模塊、地面清潔模塊、灑水和抹地模塊[1]。該智能清潔小車基本能做到在自動避障的前提下自動吸附小塊的垃圾，然后完成灑水和抹地的操作。讓我們的生活在高科技的服務(wù)下更加智能和整潔。其硬件系統(tǒng)的總體設(shè)計如圖1所示。

二、硬件設(shè)計

（一）電機驅(qū)動模塊

采用步進電機來作為小車的動力，步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響[2]。電機的驅(qū)動元件采用DRV8833，這樣就可以精確得對電機定位，而不需要外加傳感器。下圖為電機驅(qū)動和電源模塊的原理圖。

圖1 硬件系統(tǒng)的總體設(shè)計

圖2 電機驅(qū)動和電源模塊原理圖

（二）避障模塊

小車四周裝有4個超聲波傳感器，小車在進行清潔的過程中就會向四周發(fā)出超聲波，超聲波在遇到前方的障礙時就會發(fā)生反射，反射回來的超聲波信號就會被超聲波傳感器接收到后傳送給單片機，然后經(jīng)過單片機控制小車進行相應(yīng)的動作。超聲波傳感器位于小車四周，這樣就可以檢測到小車運動時四周的情況，并且對智能清潔小車與障礙物的相對位置做出判斷。

（三）吸塵模塊

用130強磁高速電機，靠電機高速轉(zhuǎn)動而使空氣從一端高速排出，而另一端的空氣又源源不斷地進入，雜質(zhì)、紙屑在此氣流的作用下被吸進內(nèi)置的小盒子內(nèi)，若電機轉(zhuǎn)速越快，則氣流越快，那么吸塵能力也越強。而且鑒于吸塵部分吸塵器的功率最大，電機的發(fā)熱量也最大，所以用到一個溫度開關(guān)，關(guān)斷溫度65攝氏度，由此保護電機不被燒壞。

三、軟件設(shè)計

軟件部分主要使用c語言進行編程，對芯片進行控制。啟動電源智能小車便開始工作，由于房間內(nèi)，各種物品形狀復雜而且擺放不規(guī)則。為了保證在房間內(nèi)的智能小車能有效地避開障礙物顯得十分重要。在遇到障礙時的具體避障策略見圖3。

四川省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目《多功能清潔小車》；項目編號：201410622043。