智能扫地机器人及其充电站的研制.pdf 全文免费

ELECTRONICS WORLD ・技术交流 智能扫地机器人及其充电站的研制 常熟理工学院电气与自动化工程学院 尹文龙 刘 果 李 鑫 【摘要】 随着科 学技术的飞速发展 ，服务机器人在社会上的应用取得 了极大的成功，尤其是室内清扫机器人 ，已经进入 了众多的家庭。本文 提 出一种 简洁智能，能够融入 家庭 网络的智能扫地机器人模型,详细阐述 了其各部分 电路及工作模式。该 系统具有 自主清扫 ， 自主充电，灵 巧避障，防止跌落，实时反馈等功能。机 器人主体采用STM32 系列单片机为主控芯片，使 用超声波传感器、红外传感器及碰撞开关采集环 境信息，采用步进 电机 实现运动 ，并通过WIFI模块向手机或PC端发送信息。充电站采用单端反激拓扑充电电路 ，电路 简单稳定，损耗低 。 【关键词】 清扫机器人 ；STM32 ；充电站；WIFI模块 引言 清扫机器人作为家庭服务机器人的一种，主要应用于室内清 扫，尤其是在家庭、宾馆、写字楼等地方，使人们摆脱了重复繁琐 的清扫工作，大大降低了人工成本。就目前而言，市面上扫地机器 人种类多样，品质参差不齐。本文提出了一套机器人及其充电站的 设计方案，该方案具有成本低廉，简洁智能的特点。 1.整体方案设计 图2-2 电机驱动电路 2.3 WIFI模块电路 本设计中清扫机器人具有自主清扫，自主充电，灵巧避障，防 WIFI模块采用乐鑫信息技术公司的ESP8266模块，其应用电路如图 止跌落，实时反馈等功能。清扫机器人由主控单元、电机驱动、传 2-3所示。该模块拥有完整且自成体系的WIFI 网络解决方案，具有强大 感器电路、电源模块等组成。充电站由红外发射电路和AC-DC充电 的片上处理和存储能力，能够通过串口方式将数据传出。ESP8266模块 电路组成。系统示意图如图1-1所示。 体积小巧，成本低廉，使用简单，功能稳定，能够将机器人的运行状态 发送至用户手机或PC端，使用户能够实时掌控机器人的各项信息。 图1-1 系统总体示意图 图2-3 ESP8266电路 2.机器人主体电路设计 3.充电站设计 2.1 主控电路设计 本设计主控芯片采用STM32F103，其最小系统电路如图2-1 ， 3.1 红外发射电路 该芯片采用Cortex-M3架构的内核，拥有丰富的外设及众多的IO 引 红外二极管是一个仅具有一个PN结的半导体器件，制作材料 脚，能够满足机器人的功能需求及后期的拓展。对于STM32系列来 一般为砷化镓、砷铝化镓等。为了提高系统的抗干扰能力，本设计 说，程序的下载和在线调试通常有两种方式，一种是JTAG接口， 将红外信号附加上38KHz 的载波，并且符合一定的通讯协议，机器 另一种是SWD接口。SWD是JTAG 的继承和子集，SWD接口相对 人由此就能识别自己所处的区域并执行相应的动作。红外发射电路 JTAG来说所需引脚较少，只需要4个，且SWD在高速状态下性能稳 如图3-1所示，当使能信号为高电平时，三极管工作在饱和区；当 定。本设计采用SWD接口方式。 使能信号为低电平时，三极管工作为截止状态。 2.2 电机驱动电路 在本设计中，步进电机采用57系列双相四线制电机。其驱动 由L297和L298N集成芯片组合而成，电路如图2-2所示。L297是步 进电机专用控制器，能产生四相控制信号，能够以多种控制方式控 制电机。L298N芯片工作电压高，输出电流大，内含两个H桥驱动 器，满足对57系列步进电机的驱动。

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