智能清洁机器人设计

论文总字数：29318字

摘 要

本论文的目的在于设计并制作出一款低成本，低能耗，方便使用，适用于家庭生活，能够实现自动清扫的智能清洁机器人。本设计采用结构化设计原理，将智能清洁机器人设计划分为6个模块：清扫功能模块、运动控制功能模块、人机互动模块、安全检测模块、路线规划模块、供电模块；以MSP430单片机作为核心，根据智能清洁机器人的设计需求，设计了单片机主控电路、蓄电池供电电路、稳压电路、避障电路、防跌落电路、按键控制电路、1602液晶屏显示电路、电机控制电路等，使智能清洁机器人具有自动清扫、智能避障、安全防跌落、人机互动等功能；软件方面采用C语言编程和IAR Embedded Workbench开发平台，完成了智能清洁机器人的主程序设计、路线规划程序设计、安全检测程序设计、人机交互程序设计、运动控制程序设计等。本设计采用一键式操作方法，通过红外传感器智能避障，安装有双边刷、真空吸尘器进行清扫。经过实验调试，改进了设计中没有考虑到的一些问题，最终智能清洁机器人运行效果良好，证明了本设计是合理可行的。

关键词：智能清洁机器人；MSP430单片机；智能避障；防跌落

The design of intelligent cleaning robot

Abstract

The purpose of this thesis is to design and produce a low cost, low energy consumption, easy to use, suitable for family life, can realize the automatic cleaning of the intelligent cleaning robot. This design adopts the structured design principle, the design of intelligent cleaning robot is divided into 6 modules: cleaning function module, motion control module, human-computer interaction module, security detection module, route planning module, power supply module. MSP430 microcontroller as the core, according to the design requirement of intelligent cleaning robot, the MCU control circuit design the battery power supply circuit, voltage regulator circuit, obstacle avoidance circuit and anti dropping circuit, button control circuit, LCD 1602 display circuit, motor control circuit, the intelligent cleaning robot with automatic cleaning, intelligent obstacle avoidance, safety anti drop, human-computer interaction and other functions. software using C programming language and IAR Embedded Workbench development platform and complete the main program design, intelligent cleaning robot route planning program design, safety testing program design, interactive program design, motion control program design etc.. This design uses one button operation method, through the infrared sensor intelligent obstacle avoidance, the installation of bilateral brush and vacuum cleaners cleaning. After experiment, the improvement of the design did not take into account some problems, the effect of the final intelligent cleaning robot running good. It is proved that the design is reasonable and feasible.

Key word: Intelligent cleaning robot; MSP430 microcontroller; Intelligent obstacle avoidance; prevent falling.

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪 论 1

1.1 课题的研究背景及发展现状 1

1.2 课题研究的目的和意义 1

1.3 系统的主要内容和任务安排 2

1.3.1 智能清洁机器人设计的主要内容 2

1.3.2 智能清洁机器人设计的任务安排 2

第二章 系统需求分析与方案论证 3

2.1 智能清洁机器人系统需求分析 3

2.2 智能清洁机器人设计方案论证 3

2.3 智能清洁机器人系统原理 4

2.4 智能清洁机器人创新点设计 4

第三章 智能清洁机器人系统硬件设计 6

3.1 系统总体结构设计 6

3.1.1 系统结构模块分布设计 6

3.1.2 智能清洁机器人技术参数 6

3.2 单片机及其最小系统介绍 7

3.3 总控制电路设计 8

3.4 电源供电模块设计 10

3.4.1 电池的选型 10

3.4.2 DC/DC电源变换器模块综述 11

3.4.3 控制电路供电模块设计 11

3.5 基于红外传感器的避障模块设计 12

3.5.1 避障方式的选择 12

3.5.2 红外漫反射式传感器 13

3.5.3 避障模块设计 13

3.5.4 避障模块检测距离设置 14

3.6 基于红外光电传感器的防跌落模块设计 15

3.6.1 红外光电传感器的选型 15

3.6.2 防跌落模块设计 16

3.7 运动模块设计 17

3.7.1 运动模块电机的选型 17

3.7.2 驱动模块选型 18

3.7.3 运动模块设计 19

3.8 清扫模块设计 20

3.8.1 吸尘器清扫模块设计 20

3.8.2 边刷清扫模块设计 20

3.8.3 清扫模块设计原理 20

3.9 人机互动模块设计 21

3.9.1 工作模式选择按键模块设计 21

3.9.2 基于LCD1602的显示模块设计 22

3.10 本章小结 23

第四章 智能清洁机器人系统软件设计 24

4.1 软件开发语言及工具 24

4.1.1 软件开发语言选择 24

4.1.2 软件开发工具 24

4.2 系统软件框架 24

4.3 系统程序设计 25

4.3.1 初始化程序设计 25

4.3.2 主程序设计 27

4.3.3 路线规划程序设计 28

4.3.4 防跌落程序设计 38

4.3.5 人机互动程序设计 39

4.4 本章小结 41

第五章 系统调试及运行结果分析 42

5.1 沿边清扫模式运行结果及分析 42

5.2 自动清扫模式运行结果及分析 44

5.3 随机清扫模式运行结果及分析 46

5.4 智能清洁机器人清扫效果 48

第六章 总结与展望 50

6.1 设计成果总结 50

6.2 设计成果展望 50

致 谢 51

参考文献（References） 52

附 录 53

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