单片机自动清洁机器人设计(电路图+原理图)
2.5 壁障方案设定
方案一：采用超声波壁障，超声波受环境影响较大，电路复杂，而且地面对超声波的反射，会影响系统对障碍的判断。
方案二：采用红外线壁障，利用单片机来产生38KHz信号对红外线发射管进行调制发射，发射出去的红外线遇到壁障物的时候反射回来，红外线接受管对发射回来信号进行解调，输出TTL电平。外界对红外信号的干扰比较小，且易于实现，价格也比较便宜，故采用方案二。
图1-1
红外避障传感器|3-80cm|距离可调。这是一种集发射与接收于一体的光电传感器。检测距离可以根据要求通过后部的旋钮进行调节。该传感器具有探测距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点，可以广泛应用于机器人避障、流水线计件等众多场合。工作电压为5VDC，工作电流为100mA。基本尺寸为：直径是17MM、传感器长度是45MM、引线长度是45CM。这是NPN型光电开关；输出状态是0,1，即数字电路中的高电平和低电平。检测到目标是低电平输出，正常状态是高电平输出；输出外加一个上拉电阻即可连接到IO口上。上拉电阻阻值一般在1K左右；这是光电开关，就三条线，电源、地、输出。探头如图1-2所示： 图1-2
使用红外避障传感器的注意事项：
为保护动作的可靠和寿命长，避免有关规定以外的温度外界(户外)条件下，接近传感器虽为耐水结构，若装上罩使用，勿使水和水容性切削油等淋到，则可更好地提高可靠性及寿命。还避免在有化学药剂，特别是在强碱、酸、硝酸、铭酸、热浓硫酸等气候中使用。
2.6 传感器的选择
2.6\.1 红外反射式传感器检测模块
该模块用于主动探测机器人周边障碍物和地面落差。选用JY043W型红外反射式传感器，该型传感器调理电路简单，安装调试方便，每一路的检测距离可以达到 7cm，满足本文设计的需要。该部分由6路检测单元组成，其中在机器人左前方和右前方各安装2路，配合超声波传感器实现周边障碍物的检测。另2路分别安装在机器人前端左下方和右下方，探头距离地面4cm，用于检测地面是否有台阶等落差，防止机器人跌落。红外反射式传感器具体工作过程为，发现障碍物时，发射管发出红外信号遇到障碍物反射回来，接收管接收到反射信号后导通，则信号处理电路的输出端变为低电平，该低电平直接送入控制器P2的一个端口，当控制器检测到这个端口的低电平变化时则表明该方位发现障碍物
2.6.2 传感器信息处理
红外避障传感器|3-80cm|距离可调。这是一种集发射与接收于一体的光电传感器。当各路传感器检测到障碍物时，控制器必须获得障碍物的准确信息后，才能发出正确的避障指令。为了获得有效信息，程序代码中为每一路检测信息都设定一个标志位，主程序不断检测各个标志位的值的有效性，以此作为障碍物方位信息。对于不同的传感器，其信息判断标志位有效值也可能不同。在本文所提到的3种传感器中，超声波传感器的信号处理程序最为复杂，其流程如图3所示
图3 超声波传感器信号处理程序流程
2.7 电源方案的选择
方案一：采用单一电源供电。这样供电电路比较简单，但是由于电动机启动时会影响到电压的波动，且主电路的电流波动时，也会影响到给单片机以及L298芯片的供电，容易对单片机和L298芯片造成很大的干扰，单片机一旦死机或重起就会造成所走路线的混乱。
方案二：采用两个电源供电。将电动机的电源与单片机和L298芯片及其外围电路的电源完全隔离，利用红外避障传感器进行传输信号。这样可以将电动机驱动造成的干扰彻底消除，大大提高了稳定性。
我们团队一致认为稳定性是最重要的，没有稳定性，系统的的性能就没有保证。所以我们选择方案二。
2.8 清洁的设定
由于在清洁的方面，没有太高的要求，所以我决定直接在壁障小车的基础上，在车身处拖动一个无线的迷你吸尘器，这样就可以解决了其他电路和大功率吸尘电机的相互干扰的问题了。在清洁上，采用了最简单的拖动陈品吸尘器的设计。我们选择了市面上的龙卷风扫地机。如图1-4。
图1-4
2.9 车体的制作：
由于条件的限制，我们决定用专业软件Inventor画出图纸再拿给工厂生产相应的零件，接下来则由我们自己来组装。首先是将电机与底座用螺钉固定，接下来就是装好车体的轮子，我们本次制作的智能小车前面是用万向轮来运行的，后轮则是用普通的轮子来安装，这样的设计主要是为了便于车体没有遇到障碍物时可以按照预定的路线行驶。当遇到障碍物时，便于转弯。接下来则是电路板、红外避障传感器、吸尘器的安装。这些看似简单的组合，但是要组合得美观也需要下一定的功夫。如下图：
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