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1、安徽理工大学毕业设计本科毕业设计说明书扫地机的数据控制系统设计THE DESIGN OF AUTOMATIC SWEEPING MACHINE DATA CONTROL SYSTEM学院（部）： 电气与信息工程学院 专业班级： 电气# 学生姓名： # 指导教师： # 年 月 日41扫地机的数据控制系统设计摘要自动扫地机属于服务机器人的一种，随着社会的发展需要，服务机器人已经渗透了我们的生活、工作和经济方面，并且起到了很大的作用。世界各国尤其是西方发达国家都在致力于研究开发和广泛使用自动扫地机。尽管目前国内外在这方面的研究开发方面已经取得一定的成果，但是仍有许多关键技术问题需要解决或提高，如路径
2、规划就是其中的一个比较重要的技术。本文介绍一种基于MC9S12DG128单片机的自动扫地机数据控制系统。该系统实时性高功能完备，包括信息采集模块、控制模块、清扫模块、运动模块。由碰撞传感器、红外测距传感器等来探测周围的环境，由红外接收头实现无线手动遥控功能，由直流电机带动两个驱动轮旋转，采用改进的“井”字形路径遍历法。经过实验证明了设计的可靠性，实现了自动扫地机的自动清洁行走。关键词：自动扫地机，单片机，红外遥控，自动行走THE DESIGN OF AUTOMATIC SWEEPING MACHINE DATA CONTROL SYSTEM ABSTRACTAutomatic sweeping
3、 machine is one part of the serving robot. With the development of society, the serving robot has infiltrated our lives, work and the economy, and has played a significant role. Automatic sweeping is being researched and developed in the countries all over the world, and which is being used widely i
4、n the west developed countries. Despite the current areas of research and development at home and abroad in this aspect has made certain achievements, there are still many key technical problems need to be solved or improved. For example, path planning is one of the important technical. This paper p
5、resents the system integration and overview of autonomous cleaning robot which is based on MC9S12DG128 singlechip. The real time characteristic and function of the system are in good condition. The system consists four segments: information collection module, the decision module, cleaning module, mo
6、tion control module. Several sensors such as collision sensor, infrared distance sensors detect the surrounding obstacles while cleaning. The realization of wireless remote manual control function is composed of an infrared receiving head. Two driven wheels are driven by two DC motors combining. It
7、adopts the improved 井 - shaped path traversal method. Experiments show that the control system run well and the robot have the ability to clean the floor automatically. KEYWARDS：automatic sweeping machine, singlechip, infrared remote control, automatic move目 录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1 概述11.2选题依据和意义11.3
8、国内外自动扫地机的发展现状22 MC9S12DG128单片机简介42.1前言42.2引脚说明42.3 操作模式72.4 本系统中的MC9S12DG128单片机73 系统总体设计93.1自动扫地机系统组成93.1.1信息采集模块93.1.2控制模块93.1.3运动模块103.1.4 清扫模块103.2 自动扫地机系统总体设计103.2.1自动扫地机功能设计103.2.2自动扫地机硬件框架113.2.3自动扫地机软件框架123.2.4自动扫地机机械结构133.3电机和电池选型133.3.1电机选型133.3.2电池选型144系统硬件电路和软件流程164.1机械结构设计164.1.1自动扫地机本体设
9、计164.1.2传感器配置与安装164.1.3运动控制系统结构164.2硬件电路设计174.2.1硬件电路总体结构174.2.2子板设计184.2.3时钟电路设计184.2.4看门狗电路设计194.2.5电源模块设计194.2.6电机驱动模块设计214.2.7信号采集模块设计224.2.8视觉模块设计244.2.9遥控模块设计254.2.10 LCD显示模块设计264.2.11自动充电系统设计274.3软件流程设计304.3.1主程序流程304.3.2路径规划概述314.3.3自动充电流程334.3.4视觉导引研究335结束语36参考文献371 绪论1.1 概述自动扫地机小巧轻便，操作简单，有
10、很好的实用性，它自带电源，对工作环境适应性好。它的任务是清洁房间地面，主要处理地面的灰尘，对大尺寸的物体不进行处理，它对家具和人都是安全的，且具备一定得自我保护能力。自动扫地机系统的基本结构一般包括四部分：信息采集模块、控制模块、清扫模块、运动模块。随着计算机技术、人工智能技术、传感器技术、移动机器人技术的飞速发展，为自动扫地机的控制模块的研究和开发打下坚实的理论与技术基础以及美好的未来发展蓝图；信息采集模块依赖于传感器技术，一般常用的传感器有：CCD摄像机、红外测距传感器、重力传感器、碰撞传感器等，采集外部的环境信息；运动模块是自动扫地机的本体，一般的结构有：轮式、履带式、步进式或其他方式，
11、轮式和履带式适合移动在平整的地面上，步进式适合与条件较差的路面移动；清扫模块一般有：边刷、地刷和吸尘器，边刷和地刷用于强力清扫地板上的吸附物，吸尘器吸取地板上较小的物体。近年来快速发展、深刻影响着自动扫地机进步的关键技术有：路径规划技术、传感器技术、吸尘技术、控制技术、电源技术等。1.2选题依据和意义在人类不断发展的文明中，科技扮演的角色越来越重要。尤其在当今世界，科学技术使人类的生活和思维方式不断变革，科技产品已深入到人类生活的个个角落。在控制、感知、驱动、材料等领域不断进步的技术背景下，机器人首次出现在制造领域之外的服务领域，开辟了应用机器人的新领域。服务机器人的出现有着深刻的社会因素，主
12、要有三大原因：（1）、劳动力成本上升；（2）、人类想摆脱枯燥乏味的体力劳动，像清洁、家务、照顾病人等；（3）、人口的老龄化和社会福利制度的日益完善。服务机器人有着比较明显的特征：适合具体的方式、环境以及任务过程的一个机器人系统，活动范围广，非结构环境下移动性，所以大多数机器人是移动机器人。自动扫地机是一种能够自动执行房间清扫的家用服务机器人，集中了机械学、电子技术、传感器技术、计算机技术、控制技术、机器人技术、人工智能技术等多学科。开始于20世纪80年代的研究，现在已经有多重样机和产品，并且促进了家庭服务机器人行业的发展，也促进了移动机器人技术、图像、语音识别、传感器等技术的发展。许多发达国家
13、都将其视为机器人研究的新领域给予重视。有关资料也预测自动扫地机是未来几年需求量最大的服务机器人，特别是日用清洁电器不论在市场上或者是在产品创新上，绝对是所有小家电产品中最活跃的，未来仍有很大的成长空间。1.3 国内外自动扫地机的发展现状哈尔滨工业大学在此领域的探索工作开始于90年代，前后负责国家863高科技计划资助项目-高楼壁面清洁爬壁机器人的研究任务，完美的做完了样机的研制工作。哈尔滨工业大学和香港中文大学联合，开发一种全方位移动自动扫地机，安装的万向轮可任意方向移动，开放式控制结构，软件可移植，硬件可拓展，时时避障功能，增强的自动扫地机的环境适应能力。1999年，浙江大学的机械电子研究所开
14、始只能吸尘机器人的研发工作。我国首台低级智能自动扫地机两年以后成功问世。此类机器人执行清扫，第一学习环境，也即是依靠超声波传感器检测障碍物的距离，而且离墙壁有固定的一段距离，依据这些角落的清扫信息，计算房间的面积，根据这些信息计算清洁工作的时间，随后，基于局部遍历规划与随机规划汇合的方法进行计算最佳的移动清洁路线，打扫工作完成后，也会进行自主充电。“三叶虫”吸尘机器人是瑞典家电公司伊莱克斯经历12年，向市场推出的世界首台智能吸尘机器人。它被开启后，首先会依着墙角进行清扫工作，与此同时对清扫的房间进行扫描获取房间信息。机器人工作时，主要应用的是随机规划模式，也就是工作中会使用超声波传感器探测行进
15、方向前方的障碍物，当探测到有障碍物时会自动选择躲避障碍物，然会自主选择新的清扫路径。工作过程中电量不足时，它会停止工作移动到充电器进行自动充电，充电完毕后，会返回到原来中断的清扫地点继续清扫工作。为了避免机器人跑到危险的区域，一般用磁条来限制机器人的移动空间，保护机器人上的安全。“Roomba”是美国iRobot公司研发的家庭自动扫地机。“Roomba”可以运行三种模式：S模式，清扫大约34平方米，工作20分钟；M模式，清扫大约67平方米，工作30分钟；L模式，清扫大约8平方米以上，工作40分钟。在设置清扫模式之后，“Roomba”会执行螺旋清扫路线，通过碰撞探测障碍物。当碰撞障碍物后，会顺着障碍物前行，移动一定距离后，会自动转动90度，并不断重复上面的过程。这样循环的进行，一直到清洁完成，然后停止工作。通过“虚拟墙”设置一个对机
