51单片机的自动清扫机器人设计
【摘要】时代发展飞速，什么工业4.0,5.0，6.0等等的时代都必将到来。减轻人类的劳动，人手的操作不仅是现在的大趋势，也必将是人类发展的大趋势。机器人行业越演越热也不是没道理的。本文致力于研究自动清扫机器人的设计与应用，本文的设计是当下最为流行的方向。随着其不断出现在个大商场的展台上，已经越来越多的被人注意到。该款机器人将可以被应用到家居生活、企业办公场所、宾馆酒店等，也可以这样说，自动清扫机器人可以应用在任何有人活动的场所。它在很大程度上减轻了人们的负担，节约了劳动时间，使人们更有效地投入到其他劳动生产中。在本篇论文的设计过程中，我认真的翻阅了大量资料，拆卸研究了现有的设备，认真分析其优缺点。通过认真分析比对我将设备控制系统后觉定在51单片机的基础上，设计出一款自动清扫机器人并且在本文我们还要讨论解决该机器人在垃圾自动清理外放和充电安全方面的问题。该自动清扫机器人会自带：无线充电、太阳能充电、看家护院、消毒杀菌、自主清理垃圾等附加功能，相对与市面上销售的机器而言，更加有市场。
目 录
引言 1
一、设计目的及要求 2
（一）设计目的 2
（二）自动清扫机器人的设计要求 2
二、控制方案论证 2
（一）设计过程简介 2
（二）控制方案的论证分析 3
（三）方案验证 3
三 、系统的硬件电路设计 4
(一) 51单片机的概述 4
（二）电路分析 4
（三）避障传感器简介 6
(四)电机驱动模块介绍 7
（五）HC05无线蓝牙串口模块介绍 8
（六）继电器驱动模块 9
四、控制系统软件设计 10
（一）软件设计 10
（二）主程序流程图 10
（三）指令处理简介 12
五、设备状况及解决方法 13
总结 14
参考资料 15
谢辞 16
附录1实物图片 17
附录2 源程序 18
引言
机器人的大趋势，一直让我有做机器人的想法。加上南方天气湿润细菌滋生的很快，尤其是夏季，所以每天都
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要打扫好几遍，可是人工打扫不仅麻烦还会出现打扫不彻底，角落顾及不到等缺点，因此我找到了设计的方向，那就是设计一款自动清扫机器人。该款机器人将可以被应用到家居生活、企业办公场所、宾馆酒店等，也可以这样说，自动清扫机器人可以应用在任何有人活动的场所。它在很大程度上减轻了人们的负担，节约了劳动时间，使人们更有效地投入到其他劳动生产中。
在本篇论文的设计过程中，我认真的翻阅了大量资料，拆卸研究了现有的设备，认真分析其优缺点。通过认真分析比对我将设备控制系统后觉定在51单片机的基础上，设计出一款自动清扫机器人并且在本文我们还要讨论解决该机器人在垃圾自动清理外放和充电安全方面的问题。该自动清扫机器人会自带：无线充电、太阳能充电、消毒杀菌、自主清理垃圾等附加功能，相对与市面上销售的机器而言，更加有市场。
一、设计目的及要求
（一）设计目的
1、自动清扫机器人能够自动在房间里，按照自身所携带的传感器按照事先编好的程序自动清扫房间李各个位置，当机器人电量不足时，可以配合安装在房间里的无线充电点完成自动返回充电。
2、控制器采用51单片机，能够及时处理反馈传感器的信号，自行修正扫地机器人的行进路线及方向，并且在前进过程中需要事先精准控制，从而使扫地机器人能够轻松避开障碍物以及楼梯等危险位置。
3、当家庭处于无人状态时，扫地机器人能够实现防贼报警功能。当家中长时间处于无人断电状态时，扫地机器人可以自行利用传感器检测太阳光，利用太阳能电池板充电保持机器人的功能不停止工作。
（二）自动清扫机器人的设计要求
在现在的生活中，人们的生活变得越来越忙碌，很多年青人越来越来不及每天及时清扫每一个房间。自动清扫机器人作为当下最流行的家庭服务类机器人，给每一个购买该机器人的家庭带来了方便的清洁。每日只需要将扫地机器人的垃圾储藏箱倒了就行，使用起来十分的方便，所以扫地机器人在当下的市场上拥有十分广泛的前景。但是就目前市场上出现的扫地机器人功能还是比较单一，有的仅仅只能满足普通的清扫功能，在对以一些边角柜底等死角还是无计可施。还有的扫地机器人在其垃圾存储，充电插头裸露，以及扫托二次污染等方面还是存在不少问题。本文设计的基于51单片机的自动清扫机器人在满足普通清扫地面的基础上还增加进贼报警、自动回充、太阳充电、紫外杀菌等其他功能，这样一款多功能的扫地机器人若是一经问世，必将得到很好的市场，从而更好的服务社会大众。
二、控制方案论证
（一）设计过程简介
1、本文设计基于51单片机的自动清扫机器人设计是源于作者一次使用市场上现有的清扫机器人时，机器人行走至楼梯口时未能及时停下，掉下楼去而商家却不予赔偿，从而有了本文的设计。本设计是以购买的现有扫地机器人为基础，拆卸之后研究了其内部硬件控制，再自行设计了本文所介绍的扫地机器人。为了更好的节约能源，在控制其厚度的同时，我们在机器人的顶盖上加装了太阳能电池板，使得机器人在阳光充足的日子里能够尽可能减少返回充电次数，从而更加节能环保。
2、在传统的扫地机器人中，清扫垃圾的存储以及处理一直是限制扫地机器人发展的一大难题，本文设计的垃圾吸收存储装置能够有效的实现户内的干净清洁以及存储，有效地避免了二次污染。在机器人的尾部安装了紫外光发射器，杀菌模式中机器人缓慢前进，有效减少拖地后地面的细菌数量。
3、传统机器人的充电设计中，一类采用接触式充电，一类采用手动插座充电，两类充电方式都十分麻烦，并且接触式容易产生火花引发火灾危害。本设计研究采取无线充电方式，杜绝了接触充电的危险，十分有效。
4、本设备加装摄像设备，采用无线通讯接入家庭网络，移动监视房间的情况从而保护财产安全。另外还有意加增烟雾报警器，对火灾进行预警。
（二）控制方案的论证分析
在设计本自动清扫机器人之初，首先要考虑机器人的控制系统。在功能达到预期目标的基础上，为了更好减小体积、节约成本，我们选择了下列四种常见的控制系统来做了一个比较：
1：继电器电路
继电器电路简单易理解，操作十分容易，搭建电路时对我们有帮助。但是将其应用于我们自动清扫机器人系统中来说，其本身系统对于外部传感器信号以及一些模拟量信号的处理存在缺陷，所以并不太适合自动清扫机器人系统的控制。
2：PLC 控制
PLC控制对于我们机电一体化专业的学生而言并不陌生，在我们平时学习到的许多课程里都有设计其的应用。对于我而言若是使用PLC来控制无论是从电路搭建到程序设计都将变得十分便捷。另外PLC控制经过人们不断研究不断更新，功能变得十分强大，可靠性很高。但是对于我们自动清扫机器人系统而言，我们的系统力求小型，若是使用PLC来做控制器外部还需要扩展不少类似于通讯模块模拟量模块等功能块，着实不太合适，虽说PLC中也有体积较小的类别，但是甄别其价格，为了节约成本还是放弃对其的选择。
3：PC 机控制
PC机主要应用与工业大型系统控制领域，以其高效稳定闻名，但是其价格昂贵，另外因为工业环境干扰很多，PC机防干扰做得十分好，所以体积也十分庞大，不适合本文自动清扫机器人系统的控制。
4：单片机控制
一般的单片机体积都十分轻巧，单片机最小系统在功能方面却不输其他控制系统。例如51系列的单片机价格便宜，编程类似于C语言，我们也拥有一定的基础。在抗干扰能力方面单片机并不是很优秀，但我们自动清扫机器人工作于家庭环境中，不会有很多的干扰，所以从功能实用、经济成本、操作可能性等方面，单片机做自动清扫机器人的控制系统十分具有优势。
目 录
引言 1
一、设计目的及要求 2
（一）设计目的 2
（二）自动清扫机器人的设计要求 2
二、控制方案论证 2
（一）设计过程简介 2
（二）控制方案的论证分析 3
（三）方案验证 3
三 、系统的硬件电路设计 4
(一) 51单片机的概述 4
（二）电路分析 4
（三）避障传感器简介 6
(四)电机驱动模块介绍 7
（五）HC05无线蓝牙串口模块介绍 8
（六）继电器驱动模块 9
四、控制系统软件设计 10
（一）软件设计 10
（二）主程序流程图 10
（三）指令处理简介 12
五、设备状况及解决方法 13
总结 14
参考资料 15
谢辞 16
附录1实物图片 17
附录2 源程序 18
引言
机器人的大趋势，一直让我有做机器人的想法。加上南方天气湿润细菌滋生的很快，尤其是夏季，所以每天都
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
要打扫好几遍，可是人工打扫不仅麻烦还会出现打扫不彻底，角落顾及不到等缺点，因此我找到了设计的方向，那就是设计一款自动清扫机器人。该款机器人将可以被应用到家居生活、企业办公场所、宾馆酒店等，也可以这样说，自动清扫机器人可以应用在任何有人活动的场所。它在很大程度上减轻了人们的负担，节约了劳动时间，使人们更有效地投入到其他劳动生产中。
在本篇论文的设计过程中，我认真的翻阅了大量资料，拆卸研究了现有的设备，认真分析其优缺点。通过认真分析比对我将设备控制系统后觉定在51单片机的基础上，设计出一款自动清扫机器人并且在本文我们还要讨论解决该机器人在垃圾自动清理外放和充电安全方面的问题。该自动清扫机器人会自带：无线充电、太阳能充电、消毒杀菌、自主清理垃圾等附加功能，相对与市面上销售的机器而言，更加有市场。
一、设计目的及要求
（一）设计目的
1、自动清扫机器人能够自动在房间里，按照自身所携带的传感器按照事先编好的程序自动清扫房间李各个位置，当机器人电量不足时，可以配合安装在房间里的无线充电点完成自动返回充电。
2、控制器采用51单片机，能够及时处理反馈传感器的信号，自行修正扫地机器人的行进路线及方向，并且在前进过程中需要事先精准控制，从而使扫地机器人能够轻松避开障碍物以及楼梯等危险位置。
3、当家庭处于无人状态时，扫地机器人能够实现防贼报警功能。当家中长时间处于无人断电状态时，扫地机器人可以自行利用传感器检测太阳光，利用太阳能电池板充电保持机器人的功能不停止工作。
（二）自动清扫机器人的设计要求
在现在的生活中，人们的生活变得越来越忙碌，很多年青人越来越来不及每天及时清扫每一个房间。自动清扫机器人作为当下最流行的家庭服务类机器人，给每一个购买该机器人的家庭带来了方便的清洁。每日只需要将扫地机器人的垃圾储藏箱倒了就行，使用起来十分的方便，所以扫地机器人在当下的市场上拥有十分广泛的前景。但是就目前市场上出现的扫地机器人功能还是比较单一，有的仅仅只能满足普通的清扫功能，在对以一些边角柜底等死角还是无计可施。还有的扫地机器人在其垃圾存储，充电插头裸露，以及扫托二次污染等方面还是存在不少问题。本文设计的基于51单片机的自动清扫机器人在满足普通清扫地面的基础上还增加进贼报警、自动回充、太阳充电、紫外杀菌等其他功能，这样一款多功能的扫地机器人若是一经问世，必将得到很好的市场，从而更好的服务社会大众。
二、控制方案论证
（一）设计过程简介
1、本文设计基于51单片机的自动清扫机器人设计是源于作者一次使用市场上现有的清扫机器人时，机器人行走至楼梯口时未能及时停下，掉下楼去而商家却不予赔偿，从而有了本文的设计。本设计是以购买的现有扫地机器人为基础，拆卸之后研究了其内部硬件控制，再自行设计了本文所介绍的扫地机器人。为了更好的节约能源，在控制其厚度的同时，我们在机器人的顶盖上加装了太阳能电池板，使得机器人在阳光充足的日子里能够尽可能减少返回充电次数，从而更加节能环保。
2、在传统的扫地机器人中，清扫垃圾的存储以及处理一直是限制扫地机器人发展的一大难题，本文设计的垃圾吸收存储装置能够有效的实现户内的干净清洁以及存储，有效地避免了二次污染。在机器人的尾部安装了紫外光发射器，杀菌模式中机器人缓慢前进，有效减少拖地后地面的细菌数量。
3、传统机器人的充电设计中，一类采用接触式充电，一类采用手动插座充电，两类充电方式都十分麻烦，并且接触式容易产生火花引发火灾危害。本设计研究采取无线充电方式，杜绝了接触充电的危险，十分有效。
4、本设备加装摄像设备，采用无线通讯接入家庭网络，移动监视房间的情况从而保护财产安全。另外还有意加增烟雾报警器，对火灾进行预警。
（二）控制方案的论证分析
在设计本自动清扫机器人之初，首先要考虑机器人的控制系统。在功能达到预期目标的基础上，为了更好减小体积、节约成本，我们选择了下列四种常见的控制系统来做了一个比较：
1：继电器电路
继电器电路简单易理解，操作十分容易，搭建电路时对我们有帮助。但是将其应用于我们自动清扫机器人系统中来说，其本身系统对于外部传感器信号以及一些模拟量信号的处理存在缺陷，所以并不太适合自动清扫机器人系统的控制。
2：PLC 控制
PLC控制对于我们机电一体化专业的学生而言并不陌生，在我们平时学习到的许多课程里都有设计其的应用。对于我而言若是使用PLC来控制无论是从电路搭建到程序设计都将变得十分便捷。另外PLC控制经过人们不断研究不断更新，功能变得十分强大，可靠性很高。但是对于我们自动清扫机器人系统而言，我们的系统力求小型，若是使用PLC来做控制器外部还需要扩展不少类似于通讯模块模拟量模块等功能块，着实不太合适，虽说PLC中也有体积较小的类别，但是甄别其价格，为了节约成本还是放弃对其的选择。
3：PC 机控制
PC机主要应用与工业大型系统控制领域，以其高效稳定闻名，但是其价格昂贵，另外因为工业环境干扰很多，PC机防干扰做得十分好，所以体积也十分庞大，不适合本文自动清扫机器人系统的控制。
4：单片机控制
一般的单片机体积都十分轻巧，单片机最小系统在功能方面却不输其他控制系统。例如51系列的单片机价格便宜，编程类似于C语言，我们也拥有一定的基础。在抗干扰能力方面单片机并不是很优秀，但我们自动清扫机器人工作于家庭环境中，不会有很多的干扰，所以从功能实用、经济成本、操作可能性等方面，单片机做自动清扫机器人的控制系统十分具有优势。
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