基于单片机的智能扫地机.docx

在施工总承包管理的基础上,我们将本着业主至上、工程全局为重的宗旨,切实认真地履行总包服务的职责,为包括各专项发包和专业分包在内的全体施工单位提供全面、细致、周到的服务。具体目标如下: 保证各专业(项)分包工程顺利开工。即在各专业分包工程开工二天以前,根据总包配合协议的要求按时足量地提供施工场地、道路、作业面、临时堆场、水源、电源等临时设施给各分包单位,为各专业分包工程顺利开工创造完备的现场条件。紧密配合、积极服务,使业主、监理和各分包单位满意;确保各专业图纸无缝衔接,各专业施工紧密呼应。即我单位将从工程整体出发,以合同要求和工程综合总施工进度计划为依据,全力、及时地为各专业分包单位提供施工配合服务。另外,我单位还将以各种手段确保在施工过程中,绝不出现因各专业施工图纸或各专业施工方法之间考虑不周或互相矛盾,而需进行事后处理的情况。并在本工程中开展重点、难点部位的联合科技攻关活动,将技术配合服务工作做得具体周到。北京理工大学珠海学院2020届本科毕业设计基于单片机的智能扫地机 -电路系统设计及装配与调试学 院：专 业：姓 名：指导老师：工业自动化学院机械电子工程袁国雄学 号：职 称：160806101611曹少泳副教授中国·珠海二二年五月诚信承诺书本人郑重承诺：我所呈交的毕业论文基于单片机的智能扫地机-电路系统设计及装配与调试是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，论文使用的数据真实可靠。承诺人签名： .日期： 年 月 日在施工总承包管理的基础上,我们将本着业主至上、工程全局为重的宗旨,切实认真地履行总包服务的职责,为包括各专项发包和专业分包在内的全体施工单位提供全面、细致、周到的服务。具体目标如下: 保证各专业(项)分包工程顺利开工。即在各专业分包工程开工二天以前,根据总包配合协议的要求按时足量地提供施工场地、道路、作业面、临时堆场、水源、电源等临时设施给各分包单位,为各专业分包工程顺利开工创造完备的现场条件。紧密配合、积极服务,使业主、监理和各分包单位满意;确保各专业图纸无缝衔接,各专业施工紧密呼应。即我单位将从工程整体出发,以合同要求和工程综合总施工进度计划为依据,全力、及时地为各专业分包单位提供施工配合服务。另外,我单位还将以各种手段确保在施工过程中,绝不出现因各专业施工图纸或各专业施工方法之间考虑不周或互相矛盾,而需进行事后处理的情况。并在本工程中开展重点、难点部位的联合科技攻关活动,将技术配合服务工作做得具体周到。基于单片机的智能扫地机 -电路系统设计及装配与调试摘 要如今，机器越来越智能，随着智能化时代到来，智能机器也给人民带来诸多便利。家庭智能机器更是应用最广的地方，而智能扫地便能够给人们带来极大的方便，不仅能够给人类带来舒适干净的环境，还能推动社会智能化的发展。本文主要设计一个简单的智能扫地机。该扫地机的核心控制元器件是stc89c52，具有编写程序简单，成本普遍较低，功能较多，效率特别高等优点，因此在市场上得到很大的应用。除此之外，该扫地机能够自动避开障碍物、自动利用风机进行吸尘功能。该文介绍了扫地机系统的整体制作过程，它主要由单片机主控电路、单片机最小系统电路、红外光电避障电路、按键启动停止电路以及电机驱动电路组成。通过利用Altium Designer集成电路设计软件，进行原理图以及电路板的设计。其次通过KEIL编程软件为单片机输送程序，来控制整个扫地机的逻辑。关键字：智能吸尘机；壁障；stc89c52单片机；L298NIntelligent Sweeper Based On MCU-Circuit system design, assembly and debuggingAbstractNowadays, machines are becoming more and more intelligent. With the coming of intelligent era, intelligent machines also bring many conveniences to people. Home intelligent machine is the most widely used place, and intelligent sweeping can bring great convenience to people. It can not only bring comfortable and clean environment to human, but also promote the development of social intelligence.This paper mainly designs a simple intelligent sweeper. The core control component of the sweeper is STC89C52, which has the advantages of simple programming, low cost, more functions and high efficiency, so it is widely used in the market. In addition, the sweeper can automatically avoid obstacles and use the fan for dust collection. This paper introduces the whole manufacturing process of the sweeper system, which is mainly composed of the main control circuit, the minimum system circuit, the infrared photoelectric obstacle avoidance circuit, the key start stop circuit and the motor drive circuit. By using the integrated circuit design software of Altium designer, the schematic diagram and circuit board are designed. Secondly, the logic of the whole sweeper is controlled by the program of keil.Keywords: intelligent vacuum cleaner; barrier; stc89c52 single chip microcomputer; L298NII北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计目 录1、概述1 1.1 国内产品研究背景1 1.2 研究的目的和意义1 1.3 课题的主要内容2 1.3.1 扫地机器人功能2 1.3.2 性能指标2 1.3.3 论文的主要内容22、电路设计与理论分析3 2.1 硬件电路设计总概要32.2 电源电路原理4 2.3 总控制电路4 2.3.1 STC89C52单片机简介4 2.3.2 总控制电路的设计6 2.4 复位电路模块7 2.5 晶振电路模块8 2.6 启动停止按键模块9 2.7 下载口9 2.8 风扇吸尘电路92.9光电传感模块电路设计112.10电机驱动电路设计123、PCB板的设计与制作.17 3.1 PCB板的设计17 3.2 PCB板的制作194、电路焊接与调试20 4.1 电路焊接20 4.2 红外避障调试20 4.3 风扇吸尘电路调试205、系统程序的设计21 5.1 C语言与汇编语言的优缺点21 5.2 系统程序设计23 5.2.1 程序的设计23 5.2.2 程序的初始化24 5.2.3 延时子程序25 5.2.4 中断函数25 5.2.5 子函数265.2.6主函数286、整机调试与功能介绍296.1 存在的问题与解决方案29 6.1.1 传感器缺陷29 6.1.2 电池缺陷29 6.1.3 吸尘器功率缺陷297、总结30参考文献31致谢32附 录33411 概述1.1 产品研究背景每一项新产品的诞生总是经历着一段研究的过程与背景，智能扫地机同样如此。由于各类电子元器件和集成电路发明与改进，智能扫地机的功能不断增加，在国内外扫地机种类繁多，不过其相关技术基本相同。国内很多大学，如武汉科技大学科，清华大学等高等学府对吸尘清洁扫地机进行了大量的探索研究，对于扫地机基本的技术，如如何让电机稳定运行，如何让机器自我感应障碍物，怎么样才能有效吸尘清扫都进行了可行性分析研究并取得有效的成果。正因为有这些基础研究，让扫地机器人快速服务于社会，不仅给人类带来巨大的便利，还创造初巨大的经济效益。沃斯扫地机器人在市场上受到广泛欢迎，可谓是性价比与技术比发展相当成熟，究其原因，它简约与基本功能都一应俱全，不哗众取宠。科沃斯扫地机器人功能基本满足家庭生活需求，不仅能够在红外光电感应基础上进行避障认知房间环境，电机发展可谓相当成熟，应用范围盛广，电机带动小巧轻盈的车轮巡查房间环境的同时可以清扫吸除灰尘，基本功能俱全的同时，其外观简约至上，从而吸引一大批年轻人的喜爱。总而言之，如何能够让扫地机很好自动认知各类障碍物和提高清扫能力的技术是研究的核心问题，不断改进不断创新便能够更好适应社会服务与社会。1.2 研究的目的和意义 扫地机器人将吸尘与移动的功能通过现代科技技术结合在一起，使他赋予多功能的能力，如同房间内可以自由移动的扫帚，解放了人类的双手，给人类带来诸多便利。作为智能的，可以移动的，又具备自我辨识障碍物的移动机器人，在智能化的机器人当中，具有极大的代表性，可以启示更多智能化机器怎么样才能更好服务于人类。智能化吸扫机器人之所以能够有很好的市场，因为它不仅帮助人类降低了其生活中的劳累程度，让工作下班回家的人类带来轻松的环境，而且还大大地提高劳动的效率，适用于各类复杂的生活环境，有效地吸扫地上灰尘。因此，研究智能的自动化的吸扫机器人具有技术上研究意义，又能够给社会带来很大的改变与巨大的经济效益。结合各类现代化的红外传感器以及电机驱动移动等领域的重要技术，本人研究的智能吸尘机器人将要设计为价格上倾向于普通老百姓，可以满足普通家庭基本生活清扫的，简单方便操作的，简约时尚，使它能够替代人类的扫帚，能够让家庭生活更加轻松方便，让人类更好的轻松工作，全心全意为人类服务，给社会带来更多便利。1.3 课题的主要内容1.3.1 扫地机器人功能（1）自动吸尘（2）自动识别障碍（3）自动转弯1.3.2 功能参考（1）电池供电：12V（2）稳压输出：5v1.3.3 论文的主要内容第一部分主要介绍智能扫地机的背景，研究的目以及研究的意义。第二部分详细介绍了智能扫地机各部分研究的电路以及各元器件的作用。第三部分详细描述了各元件封装的绘制以及PCB板的设计流程。第四部分详细描述了焊接过程以及和部分电路检测。第五部分介绍程序编写的过程。第六部分详细的介绍说明智能扫地整机装配及调试。第七部分设计总结。2、电路设计与理论分析2.1 硬件设计总体概要将单片机最小系统电路组，按键启动停止电路，红外光电避障电路，直流无刷电机电路，风扇吸尘电路以及下载端电路围绕着stc89c52组合成一个系统，总框架如下2.1所示。 图2.1硬件系统总框图2.2 电源电路设计所有电子产品中，电源的起着关键的作用，如同一座房子的根据，只有电源稳定才能为后续提供更多功能作保证，输出的纹波趋向平滑则性能才能良好工作。该智能吸尘机人采用L298N电机驱动模块中的内置的L7805CV稳压芯片来获得稳定的5V电压.通过L298N和L7805CV主控芯片和稳压芯片结合，充分减小因电源不稳定的干扰，提高整体驱动电路的稳定。L7805CV具备众多的高质量性能：相关抵偿的元器件可以省略不接；在内部设置了限流庇护的电路，它可以避免负载短路而导致损坏元器件；在内部还集成了功耗限制电路，可以阻拦损坏输出启动的晶体管。L7805CV可以输出4.75-5.25V的电压，静止状态的电流大约在4.2-8mA,最大的输出电流约在1.5A，纹波抑止比大概在78dB。其采用TO-220的封装形式，如下图2.2所示，从左到右分别为引脚1是输入端，引脚2是接地端，引脚3是输出端。 图2.2 7805稳压芯片 由用6节干电池提供12V的输入电源，经过220uF/25V电解电容,注意正负极之分，不能接反，否则容易爆炸。该电解电容可以滤除主要的输入低频纹波，还能够缓冲断电时间，防止瞬间电压变化，保护7805芯片。然后经过0.1uF高频电容去除大纹波的电流能够不发热。然后经由三端稳压芯片7805稳压，再次经过0.1uF高频电容和220uF/25V的电解电容进行滤除杂波，输出的电压固定在5V左右。电解电容和瓷片电容并联接在电路可以有效的滤除高频和低频纹波，而且有效地抑制了其他电源中的杂波。即电源à开关à电解电容à瓷片电容à7805稳压芯片à电解电容à瓷片电容à输出5V电压。关键词：电解电容滤除低频纹波，瓷片电容滤除高频纹波。所需原器件如表2.1表2.1 稳压电路元器件元器件名称型号数量电解电容25V/2202瓷片电容0.1uF2稳压芯片L7805CV1电源电池12V1 图2.3稳压电源电路2.3 总控制电路2.3.1 STC89C52RC单片机简介STC89C52是一个微型MCU控制电子元器件，应用范围特别广泛。它持有高性能CMOS8位微控制器，更持有体制内可以编程的Flash存储器，存储容量为8K。STC89C52发挥了MCS-51核心技术，持续经典技术，也做了众多变革可以让芯片持有传统51单片机不持有的功效。为了让STC89C52能够灵活的嵌入到各类智能产品中，却能够高效运行，让其具备了8位CPU配合在系统可编程Flash。STC89C52RC微型芯片的运作形式：1：STC89C52能够支持节约电能的形式，能够把频率降低到0Hz的静止环境。2：不工作状态下，典型功耗电流只有2mA，CPU 停止运转，接连作业的有RAM、中止、定时计数、串行端口。3：突然断电情况下：冻结了振荡器，RAM内容不会丢失，单片机将停止运行，若要运行可进行硬件复位或者等待下一个中断。1)主要的特征1.有两种工作的电压分别为3V和5V 2.工作的频率在40MHz以下 3.容量为8K应用程序 4.有E二次方PROM功能5.机上有T0-T3的16位定时计数器6.单片机上有512字节RAM7.时钟和机器的周期有两种选择；6,128.内置32个输入输出口 2) STC89C52RC主要的引脚功用内容芯片共有40个引脚，其中有32根可编程I/O引脚，分为四组每组8位；双个电源脚位；四个控制脚位，两个电源脚位。芯片白点为1号脚位，逆时针开始到最后一个脚位。VCC，连接电源电压为5VGND，VSS：连接在地段RST /和VPP（第九号脚位）：复位引脚：将引脚拉高两个机器周期会复位微控制器。EA 和 VPP（第三十一号脚位）：贯穿流程存储器的表里选择通以低电平，凭借外面准则存储器读取指令，如果发现是较高电平，便是里面读取程序。PO的引脚端口（第三十二到三十九）：八位能够输入进来和输出外部的引脚线，P0.0至P0.7P1的引脚端口（Pin1-Pin8）： 8位可输入输出I / O端口线，P1.0至P1.7P2的引脚端口（Pin21-Pin28）：8位可输入输出I / O端口线，P2.0-P2.7P3的引脚端口（Pin10-Pin17）：8位可输入输出I / O端口线，P3.0-P3.7图2.4显示了51个微控制器的引脚排列。图2.4 51单片机引脚图2.3.2 总控制电路的设计 VCC,EA/Vpp的引脚端口，联通5V电源； P32，P33控制启动停止按键； P16、P17分别控制左右红外避障探头； P30RXD，P31TXD为下载程序引脚； P10、P11、P12、控制电机A驱动引脚ENA，AIN1和AIN2，P13、P14、P15、控制电机B驱动引脚BIN1,BIN2和ENB； VSS即，接地引脚GND； P20为吸尘小风扇控制信号； 第十八和第十九号引脚为晶振连接端口 第九号脚位为按键复位连接端口2)总电路设计 总共分为七大模块L298N电机驱动模块，两个红外避障模块，复位电路模块，晶振电路模块，下载端口模块，启动停止按键模块，风扇吸尘模块。如下图2.5总控制电路图所示。图2.5总控制电路2.4 复位电路模块复位电路设计复位电路所需要的电子元器件主要有能够自动按下松开后恢复原来状态的按键，一个10K的色环电阻（识别色环电阻阻值可根据黑棕红橙黄蓝紫灰白分别为零到八的数值，金和银为误差百分之五和百分十）。复位方式有两种： 按键复位介绍：当按键手动按下之后，复位引脚变成VCC的高电平，微控制器复位，开释按钮后微控制器开始作业。 上电复位简介：接通电源之后，电容器电压不能快速变化，VCC通过复位电容器将5V的高电平施加到微控制器的复位引脚，同时，通过电阻能够使复位脚电压逐渐降低。经所需时分后，复位脚0V，微控制器正常作业。为了保证复位，采用按键复位以及上电自动复位电路，第九号引脚连接电解电容的负极端口，再衔接一个电阻器件到地，正极连接到VCC的5V电源，从而构成一个RC充电放电的回路，这样就能有足够的时间进行高电平复位，也能够慢慢地回到正常工作状态的低电平情形。在通电复位的基础上与开关并在一起，电容器件需要放电的时候，按下启动键，RST引脚处于高电平状态，这个时候，电解电容还会举行充电，这样就能够保持高电平进行复位了。复位电路如图2.6。关键点:RC充放电高电平复位。具体原材料如表2.2表2.2按键复位电路元器件元器件名称型号数量五色环电阻10K1电解电容10uF1按键4个引脚1图2.6按键复位电路2.5 晶振电路模块微型控制器单片机中都包含着晶振，在STC89C52电路系统中起着关键性的作用。晶振也叫晶体震动元器件，内部含有集成电路，要想产生时钟频率，需要与单片机里面的集成电路结合。基于单片机晶体所产生的时钟频率，可运行单片机全部的指令。要想单片机的执行速度加快，我们可以提高单片机的时钟频率。振荡电路是单片机第十八和十九号引脚和晶振协同形成，此时也会产生异样波形，从而造成系统的不稳定性，但我们可以在晶振的上下引脚各添加一个30pF的瓷片电容，来保证稳定性，消减偕波对整体电路的稳定性的影响。具体元器件参数如表2.3.表2.3晶振电路元器件元器件名称型号数量晶振11.05921无极性电容30P2图2.7晶振电路2.6 启动停止按键模块电两个按键分别接S2,S3一端分别接单片机引脚P32,P33，另外一端接地。当要启动整个扫地机时，按下按键S2；若要停止按下S3键；如图2.8。 图2.8启动停止按键电路2.7 下载口TXD,RXD是单片机的TTL电平，可以通过CH340或者PL2303芯片由USB接口的信号转化为TTL信号。共三个接口，1号脚接RXD即P30,2号脚接TXD即P31,3号脚接地，便可下载程序。 图2.9下载口2.8 风扇吸尘电路1)驱动芯片的选择BD681是一个NPN型的达林顿功率三极管，它具有集电极发射极电压为100V，以及40W的功耗, 提供塑料TO-126包装，专为音频,视频,小电机输出应用而设计。只要作用是放大电路信号来驱动外部设备。 表2.4吸尘电路元器件晶体管极性NPN集电极发射电压Vceo100V功耗 Pd40w集电极直流电流4A直流电流增益, hFE750hFE封装类型TO-225AA针脚数3引脚工作温度最高值150°CBD681芯片封装如下2.10所示，引脚从左到右，左边是发射极，中间是集电极，右边是基极。图2.10 BD681芯片2)小风扇的简介小风扇有小马达，风扇叶子组成，在电路中主要用作吸尘的功能，因为风扇叶片有一定的角度，如同安装在飞机上的螺旋桨；通电后，电扇叶片跟着电流功用而转动，前后风力不一致，形成环境气压降，灰尘便会往低气压一侧跑，在低气压一侧加上双面胶，灰尘便可粘住。小风扇主要参数如下；封装图如2.11所示，红色接正极，黑色接负极。所需参数如表如表2.5.表2.5小风扇参数表规格类型规格参数值外观尺寸40*40*1额定电压5dcv启动电压Max3.5 DCV操纵电压3.5-5.5DCV额定电流1.92W额定转速3800nmin 图 2.11小风扇3)电路设计单片机引脚P20连接BD681的基极，VCC提供5V电源，接集电极；集电极与基极之间连接一个10K的色环电阻，作为偏置电阻，防止烧毁芯片；BD681的发射极接小风扇，小风扇另外一端接地。整个电路的核心是BD681放大单片机的的小电流从而驱动小风扇正常运行。如图2.12。图2.12 吸尘电路2.9 光电传感模块电路设计 红外光电传感器是经过光信息变动为为电信息的一种集成元器件。发送红外光的感应器，接收物体感应的元器件和检验这些信号的电路共同组成了红外光电传感器。发送红外光的器件发送信息，通常是集成电路发光的半导体，可以发射光电子的二极管，可以发射激光二极管和可以发送红外光的二极管。不断送出光线也可以通过变化脉冲的时间范围来达到发送信号的目的。接收物体感应的元器件总共三大部分组成，由光与电相互转换的二极管，PNP或者NPN型的三极管，和能够在光照射下转化为点的半导体元件等组成。把光学透镜和光圈安装在接收器前面，检测电路放在其后面，便能够滤出光电信号。E18-D80NK-N是一种既可以发射信号，也可以接受信号的光电传感器。光信号通过内部整合然后发射出去，接收的信号经过解调输出，总而言之就是对光电信号调制解调的过程。这个光电传感器还可以调节感应障碍物的距离，一般的范围在3-80cm。不过对于不同颜色环境检测障碍物的距离还是不一样的。相对于其他颜色，其中在遇见白色情况下距离也是比较远的。一、模块参数说明（1）光感式传感器（光电开关）NPN常开（2）颜色为红色的线：电源正极；颜色是黑色线：电源接地的负极；颜色是黄色的线：发送出去信号接口。（3）作业中的电压：5V直流电压（4）作业中电流：12mA左右的直流电流（5）驱动电流：90mA左右的直流电流（6）发现障碍物的距离：90CM以下 （7）消耗电流 DC<25mA（8）发现障碍物的时间在2S以下（9）可以感应众多生活中不透明物体（10）能够正常运行的温度不能超过55摄氏度也不能低于负22摄氏度（11）感应到的障碍物：是阳光10000LX以下以及冷白灯3000LX以下二、模块接口说明如表2.6表2.6传感器接口棕色线外接5V电压，VCC蓝线外接GND黑线数字量输出接口（0和1）E18红外避障传感器模块接口原理图中两个1引脚分别接P16，P17，2引脚接电源VCC，3号脚接地。如图2.13所示。 图 2.13 传感器接口电路图2.14传感器实物2.10 L298N电机驱动电路L298N电机驱动电路用于驱动两路减速电机的正反转，得到单片机所需的稳定电压。1） 轮胎减速电机的选择本该吸尘机器人采用直流电机驱动轮胎，无正负极之分，如果接反，则电机反转如图2.15所示。具体参数如表2-13。图2.15 直流减速电机 表2.7 减速电机参数额定电压3V6V7.5V9V空载电流不超过90毫安不超过100毫安不超过110毫安不超过120毫安负载电流不高于150毫安不高于160毫安不高于180毫安不高于200毫安电机驱动主要芯片1)L298芯片简介L298采用的封装为电源SO20的封装，引脚众多插件类型。L298就如继电器，螺型线性管，直流步进电动转速机器一样。它是一个电压非常高，电流也非常大的双H启动模型的设计，承受常规的逻辑TTL电平，并且可以启动响应负载。安装在输入端的两个端口，一个使能启动，另外一个静止设备。发射信号的端口中全部桥与晶体管连接在一起。外面响应电阻链接对应的外面终端。外围还添加了输入端，小的电压才能应用在逻辑处。2)L298集成芯片的特征最高输入电压可以达到48V最高直流电流可以达到4A满额电压非常低当温度过高时自动保护输入电压的逻辑可以为0，或者1.5V以下3)L298引脚定义如下表2.8表2.8 L298引脚说明序号符号功能1；15Sense A; Sense B电阻元器件衔接在地与这些引脚中间，用来调节电流。2；3Out 1; Out 2桥A输出引脚1用来调节两者间电流4V S功率输出级的电源电压接100nF电容5；7Input1; Input 2桥A的TTL兼容输入。6；11EnableA; EnableBTTL兼容启用输入：L状态禁用网桥A（启用A）和/或网桥B（启用B）。8GND地9VSS逻辑模块的电源电压.A100nF电容必须为连接在该引脚和地之间10；12Input3; Input 4桥B的TTL电平进入。13；14Out 3; Out 4桥B的输出。流经负流这两个引脚之间的连接情况通过引脚15进行监控。封装图如下所示图2.16 L298芯片电气参数如下表；表2.9 L298芯片参数符号参量数值单位Vs电源电压50VVss逻辑电源电压7VVi,Ven输入，使之能动电压-0.3 to 7VIo峰值输出电流（每个通道）非重复（t = 100µs）重复（80开 20关； t开= 10ms）直流操作32.52AAAVsens感应电压-1 to 2.3VPtot总功耗（T情况= 75°C）25WTop结温-25 to 130电机驱动电路模块电机驱动电路模块由主控芯片L298N，两个电解电容，一个7805稳压芯片，8个二极管以及其他电阻电容组成。主控芯片主要的功能是驱动左右轮电机，稳压芯片提供5V电压。这个电机驱动模块中还含有多个H桥，它可以输出2A的大电流。一、产品参数如下：1内置两个由四个三极管组成的桥2二极管吸收尖峰电压，保护电路3改变占空比控制电机转速4单颗芯片具备20W能力5工作电流在36mA以下二、电机驱动模块使用注意事项（1）注意电源是否接反:主要通过肉眼查看L5的灯有没有点亮，若可以清晰看见灯光，则证明误解范（2）注意环境温度控制：接通电路之后，检查芯片温度是否正常之后方可使用。三、电机驱动模块接口说明：（1）机电启动电源输入端口：VMS接电源的正端，GND接电源的负端（2）启动器和掌管端：掌管直流机电时IN1、IN2以及ENA组成一队，它们掌管机电A，A+和A-分别衔接，如果机电A不能够调整速度，则ENA不连接便可；假如机电A需要调节速度，将一个PWM输出与 ENA相衔接。掌管另外一个直流机电时，IN3、IN4以及ENB组成一队，它们掌管机电B，B+和B-分别衔接，如果机电B不能够调整速度，则ENB不连接便可；假如机电B需要调节速度，将另外一个PWM输出与 ENB相衔接。四、减速直流电机输出信号高低电平表如下举一个轮子，A电机所示，H字母代表给与高电平，L字母代表给与低电平进入的信号作用图如下所示：图2.17 L298电机模块使能信号说明L298电机驱动模块性能稳定、可靠，满足本设计要求。其模块接口图如下图所示。图2.18 L298N电机驱动模块接口图L298N模块实物图如下图所示。图2.19 L298N电机驱动模块实物图3 PCB板的设计与制作3.1 PCB板的设计Altium Designer拥有许多好用的功能，包含了原理图，PCB，3D仿真PCB，输出word文档等功能。它不仅拥有许多原器件库，还能够自己建立属于自己的原器件库，大大提高了电路设计的效率与质量。下面介绍以下主要元器件封装及整个PCB绘制过程。1) STC89C52的DIP-40封装 首先建立一个原器件库并保存，可以利用工具选项中的器件导向，然后选择DIP的模式，输入单片机有引脚横向之间的距离为15.24毫米左右，列向之间的距离为2.54毫米左右;焊盘直径为15.24毫米左右以及2.54毫米左右，过孔的直径为33mil,采取的层为Multi-layer,线的宽度为8mil。这是一种快捷绘制封装的方法，不过一般适用于市面上比较典型的封装。封装图如下3.1； 图3.1 STC89C522) 电机驱动模块封装 像电机驱动模块这种不是典型的封装，我们可以自己手动绘制，绘制方法如下；首先确定外形尺寸为50mm的正方形，选择Top Overlay层；继而引脚之间的距离分别为2.5mm和5mm;接着引脚具体位置并用Multi-layer放置直径为2mm，孔径为1.2mm的焊盘，如图3.2； 图3.2 L298N3) 其他元器件封装类似于方法1和方法2我们可以绘制出其他主要元器件封装如图3.33.3元器件封装4) 主电路板绘制过程在绘制整个PCB线路板过程中，PCBLAYOUT即元器件的放置在整个线路板中起着十分关键的作用，比较重要的元器件都需要先放置好，之后才去考虑电阻电容等元器件；在线路板中还需要考虑整体协调性，将两个电机对称分布，同时为了能够比较准确的感应障碍物，也将红外避障感应探头对称分布。主控芯片和电机驱动模块放置中间；在制作PCB的环节中，比较困难的是布线过程,需要考虑的比较多，于是我先从小风扇吸尘系统开始连接：先从主控芯片P20引出一条线连接电阻一端以及BD681功率管的B极，电阻另外一端与功率管C极连接以及电源5V相接，接着小风扇正极与功率管E极相接，负极与地衔接。在晶振电路中同样从单片机引脚18,19引出两条线与晶振连接，接着连接30pF的电容同时接地。按键复位电路从单片机9号引脚引出，按键只需对角相接便可接通，并与电解电容并联，然后串连一个电阻并接地，最后通于VCC电源。电机驱动模块中对应引脚ENA,AIN1,AIN2,BIN3,BIN4,ENB分别与单片机P10-P15来控制左右电机AOUT1,AOUT2,BOUT3,BOUT4.该电机模块还提供5V电源输出，这就是单片机，按键复位电路，小风扇吸尘，避障模块所需的电压。如图3.4所示。 图3.4 主板电路3.2 PCB板的制作PCB创造程序前后经由内层路线钻孔过程孔的金属化过程外面铺上干膜内层路线丝印外观工艺后工序等环节。AD软件一个重要的功能是可以查看模拟3D线路板图形，可以真实的查看与实物相同的各元器件布置形态如下图3-4所示；图3.5 3D模拟图4 电路焊接，调试与安装4.1 电路焊接电路焊接分为七大板块，分别为风扇吸尘电路模块,L298N电机启动模块，光电红外传感器避障模块，按键复位电路模块，晶振稳定电路模块，启动停止按键，下载口；在风扇吸尘电路焊接的时候，要注意三极管各引脚符号对应接法，小风扇要注意正负极不能接反；在按键复位电路中，其中电解电容有正负极之分，不能接反；各元器件焊接过程中，不能长时间触碰电烙铁，负责会烧毁焊盘。4.2 红外避障调试按下启动按钮，若左侧红外光电感应电路感应到不透明物体，右侧电机就会正常工作，整个机器右转；红外避障光电传感器右探头发现有不透明物体，则左侧电机正常工作，整个机器左转。若无法感应到障碍物，调节光电感应器可以调节感应距离；调节到左右侧感应到障碍物时候，并能够自动左转或者右转便可实现功能。4.3 风扇吸尘电路调试依按下启动按键，查看小风扇是否转动；若无法转动，先检查BD681是否接错，检查无问题后，使用万用表的二极管档位，BD681两个引脚正负极交互检测，可以看到万用表示数在0.7或者显示无穷大。按下截止按键，电扇截止运转；驱动，截止都无问题后电扇吸尘电路。在设计PCB之初都有打孔为安装螺丝固定做准备。在安装直流减速电机的时候，将配件先与电机连接，然后通过过孔将螺丝螺帽固定在线路板上。小风扇也是通过螺丝螺帽固定在线路板上，小电扇反向安装，线路板上贴一个吸尘贴用来吸附灰尘。在安装避障模块的时候，先通过固定支架固定，然后调整探头位置，在中间两侧为最佳方位。整机安装图如下4.1所示。图4.1调试样机5 系统程序的设计5.1 C语言与汇编语言的优缺点因为全部流程比较繁杂，况且比较的量范围广，使用了很多的浮点数，导致流程的编写选用了C语言。在使用51单片机的情况下，C语言拥有众多汇编语言没有的优点:1微型处理器的命令不用解析，储存元器的结构不用知道。2存寄元器分派和找寻地址形式经过编译器举行整理，编写程序的时候不用琢磨储存器的地点和数据