基于stc89c51单片机的扫地机器人设计

陈学谊

摘 要 扫地机器人作为一种可代替人类进行房间清扫的家用机器人之一，由于其方便性，因此在目前社会中具有良好的发展前景与运用前景。本文主要阐述如何设计与制作一個具有自动清扫，自动避障，定时清扫的功能简易扫地机器人。此扫地机器人由总控制电路，电源电路，定时器电路，及电机驱动电路构成。本扫地机器人的核心为stc89c52单片机，此单片机运用简单，效率高且成本低，可以良好的实现扫地机器人所需求的基本功能。本扫地机器人还具有定时功能，可以在一定时间后自动关闭，因此可以到达节约用电的目的。

关键词 扫地机器人;自动避障;定时电路;stc89c52单片机

概述

随着第一台扫地机器人在1997年由瑞典伊莱克斯生产开始，扫地机器人至今已经拥有了二十余年的发展历史。随着近代科学技术的不断发展与革新，扫地机器人也由最开始的只可以进行简单的清扫功能的傻瓜模式，慢慢发展成了具有许多不同功能，如自动避障功能，路径规划功能，定时清扫功能，语音控制功能等不同功能的智能扫地机器人。而人们对于扫地机器人的需求程度也越来越高，因此，扫地机器人在我国具有良好的前进。

本文主要从电路设计方面着手，简单讲述如何设计一个由总控制电路，电源电路，电机驱动电路和定时器电路这四大电路构成的简易扫地机器人。且为了节约制作成本，提高制作效率，我们可以先利用电脑对我们设计的扫地机器人电路进行仿真测试。其主要设计过程为：理论设计——仿真实验测试——仿真结果分析——电路制作——实物测试——结果分析。

1总控制电路

stc89c52作为应用最为广泛的单片机之一，价格便宜，工作效率高且用于简单，是作为扫地机器人的总控制芯片的最好选择之一。此单片机拥有四组八位可编程的I/O口，分别为

P0口：由P0.0至P0.7的8位双向I/O口线（Pin39-Pin32）。

P1口：由P1.0至P1.7的8位双向I/O口线（Pin1-Pin8）。

P2口：由P2.0至P2.7的8位双向I/O口线（Pin21-Pin28）。

P3口：由P3.0至P3.7的8位双向I/O口线（Pin10-Pin17）。

可对此单片机的每根引脚都进行编程，因此，此单片机可实现多种不同功能。

此电路以stc89c52单片机为核心，引脚分布图如图1所示，其中：

P3.0与P3.1与超声波探测头相连接，用于检测前方十分有障碍物。

P3.6、P3.7、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7与L298N模块相连，负责控制左电机和右电机。

P2.1、P2.2、P2.3与ULN2003A相连，负责控制左边刷，右边刷和吸尘器相连。

P0.0-PO.7、P2.5、P2.6、P2.7与液晶模块相连。

P2.0与蜂鸣器相连。

P3.2-P3.5与按键模块相连。

P1.1、P1.2、P1.3与时间芯片相连。

总控制电路作为整个扫地机器人的核心电路，具有协调各模块，控制各模块的功能，使此扫地机器人可完成清扫，定时，报警，移动等功能。

2电源电路

电源模块的选择非常重要，它决定了整个电路的稳定性。如电源电压过高，可能会出导致元器件被烧坏，甚至是损坏整个电路。而如果电源电压过低，则可能出现电源无法带动整个电路，扫地机器人无法正常工作的情况。因此，可以选择LM7805作为电源。此电源的输出电压为5V，最大输出电流为1A，符合我们对于扫地机器人基本功能的应用，并且具有热过载保护，短路保护，输出晶体管安全工作区域保护的优点，因此可以很好的带动我们的扫地机器人进行工作[1]。

3电机驱动电路

电机驱动电路负责控制驱动左边刷，右边刷，吸尘器，还负责控制左电机，右电机的工作，正转及反转。

其中，左边刷，右边刷和吸尘器的工作由ULN2003A控制。ULN2003作为一种大电流驱动阵列，在电路中主要应用于继电器驱动，步进电机驱动，伺服电机驱动等，并具有电流增益大、温度范围宽、负载能力强等优点，适用于各种要求高速大功率的系统开车。所以我们用它来驱动左边刷，右边刷，吸尘器。

且对于吸尘器的选择，不可使用功率太大的吸尘器，否则会出现带不动，甚至是烧毁电路的情况。而左电机，右电机的工作，由L298N芯片控制。L298N芯片作为最常被运用的电机驱动模块之一，可实现电机的正反转及调速，并且L298N芯片可以同时驱动两台直流电机，因此可以很好的运用与我们的扫地机器人，对其左电机及右电机进行驱动控制。

4定时器电路

定时模块用于控制清扫机器人的工作时间，使其在人员离开后自动关闭，有助于节约电能。设置计时器的停止时间。当时间与设定的停止时间相同时，模块控制清扫机器人停止工作。定时器模块由定时器主电路、液晶显示模块和时钟部分三部分组成。这三部分共同控制定时器模块的整个电路，并能够帮助扫地机器人实现自动关闭，时间设置及调整时间的功能。此定时器电路采用STC89C52芯片作为主控核心，与扫地机器人的总控制电路为一体，对扫地机器人的工作进行控制。引脚p0—p7，p25，p26，p27与液晶模块相连接，用于显示时间信息。引脚p11，p12，p13与时钟芯片DS1302相连接，用于提供时间信息。引脚p32，p33，p34，p35与按键按钮相连接，用于调整设定时间或者此定时器的初始时间。引脚RESET与一个电容和一个电阻相连接，当此电容充满电时，电容断开，RESET的电压下降为0V，此时单片机开始执行代码，进行工作。这个设计可以使单片机在一段时间的延迟后再执行代码，从而实现保护单片机的目的。此电路中，引脚XTAL1与XTAL2和晶振相连;VCC与电源相连;GND与地相连;X1 X2与晶振相连，用于提供脉冲，使这个芯片工作。RST，IO，SCLK分别对应着小时、分钟、秒。并且，在这个电路中，VCC1与后备电池相连，使其即使在断电情况下，也可以正常工作，从而保证了时间的准确性，让我们不用在每一次使用扫地机器人之前，还要对时间进行调整。

5结束语

本文对扫地机器人设计与制作了一个扫地机器人，并对其进行了实验和分析。此扫地机器人的主要功能有自动清扫：利用边刷及吸尘器将地面的灰尘，垃圾进行自动清理，为人们节省了扫地时间;自动避障：利用超声波对前方障碍物进行探测，如有障碍物，则自动进行拐弯，防止了扫地机器人与屋内物件发生碰撞;定时清扫：可设置一个停止工作时间，当时间与停止工作时间一致时，扫地机器人则自动关闭，从而可以节约用电。在对电路进行调试的过程中，发现了元器件的选择的重要性，即使功能相同，不同的元器件的选择也会带来不同的测试结果，甚至如果选错了元器件，可能会造成电路的损坏。通过扫地机器人的不断实验与分析，最终发现了最适合的元器件及连接方式。

参考文献

[1] 姜楠.基于STC89C51单片机的红外遥控智能家居系统设计[J].现代电子技术，2012（24）：162-164.