基于单片机系统及传感器的智能清洁小车设计

IECAUC2017114

毛宇阳 王晓利 赵宸 中国民航大学 电子信息与自动化学院

引言：社会生活发展至今，人们对物质和精神生活质量的要求不断提高，压力也不断增长，人们都向往更加便捷的生活，通过一些智能产品解放双手。人们希望有一种机器能够自动智能地在家打扫卫生，智能清洁小车应用而生。设计的智能清洁小车以红外传感器，超声波传感器，单片机控制等为依托，对室内环境，障碍物进行探测规避，将采集到的信息经控制中心处理，最后驱动并完成清洁。

1.总体设计

整个系统由STC89C51单片机、超声波测距传感器、红外传感器、清洁电机模块等组成。超声波传感器与红外传感器对工作区域进行监视并测量距离数据，单片机采集数据并计算路径，下达指令驱动清洁小车对目标区域进行清洁工作，清洁的同时小车对下一个目标进行数据采集，从而达到对室内的整体清洁工作。

图1 系统结构图

2.电路设计

硬件部分采用模块化设计来实现各功能，以STC89C51单片机为控制中心，包括电机驱动模块、超声波避障模块、红外传感模块、清洁电机驱动模块。

2.1 电机驱动模块

L293D四倍高电流H桥驱动程序。 L293D是提供双向驱动电流高达1 A，电压是从4.5 V至36 V的；L293D提供双向驱动电流高达600毫安，电压是从4.5 V至36 V的。两个设备是专为驱动等感性负载继电器，电磁阀，直流双极步进和马达，也可以给其他高电流/高电压提供电源负载。

兼容所有的TTL输入。每个输出都是推拉式驱动电路，与达林顿三极管和伪达林源。启用1,2 EN驱动器和3,4 EN驱动器。当使能输入为高电平时，相关联的驱动器被启用和他们的输出处于活动状态，并在其输入端的同相。当使能输入为低，这些驱动器被禁用。

其输出关闭，在高阻抗状态。用适当的数据输入端，每对驱动程序的形式一个完整的H桥可逆驱动器适用于电磁阀或电机应用。

2.2 HJ—IR2红外传感器模块

当前方有障碍物时，红外管发出的红外信号经红外接收管接受回来后，经集成的芯片放大，比较后，输出一低电平，点亮模块上的LED发光管，同时可以输出一个低平信号，信号可以作为单片机的信号输入，检测控制外部各种驱动模块之用。模块三线制，VCC为电源+5V，OUT为信号输出端，GND接电源负极。

2.3 反射型光电探测器RPR220

RPR-220是一种一体化反射型光电探测器。其发射器是一个砷化镓红外发光二极管，而接收器是一个高灵敏度，硅平面光电三极管。其塑料透镜可以提高灵敏度，内置的可见光过滤器可以减小离散光的影响，体积小结构紧凑。

2.4 HC-SR04超声波模块

HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达3mm；模块包扩超声波发射器、接收器与控制电路。采用IO触发测距，给至少10us的高电平信号，模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回，有信号返回通过IO输出一高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间，测试距离=（高电平时间*声速（340M/S））/2）。

3.软件设计

软件部分采用C语言编写，单片机通电后程序初始化，随后将采集到的数据信息传输给单片机进行处理，并根据程序驱动小车各模块的正常工作。程序流程如下图：

图2 程序流程图

4 结语

本系统结合单片机技术与传感器等实现利用小车只能清洁的功能，可以帮助室内的卫生清洁工作，电路简单，工作稳定，实现成本低，具有一定的研究意义与市场价值。

[1]郭天祥.新概念51单片机C语言教程:入门提高开发拓展全攻略(第2版) 电子工业出版社，2009

[2]谢富珍.戈林发，基于51单片机的智能小车设计[J].新余学院学报，2015（20）；6-9.

[3]宋文绪.传感器与检测技术[M].高等教育出版社，2004