arduino的遥控清洁小车【字数：12181】
摘 要在过去的家庭卫生清理中，人们只能依靠扫帚、拖把等传统工具进行清洁工作，这不但耗费人力，而且对于一些工具无法触及的位置往往不能清理干净，清洁区域难以覆盖整个家居空间。而智能清洁小车可以克服人工清洁的缺点，通过智能控制感知环境信息，完成家居环境的自动清洁任务，减轻人们的生活压力，使得人们从繁重的家务中解脱出来。本文基于Arduino单片机设计了一款智能清洁小车，由ATmega328P微处理器模块、L293D电机驱动模块、LEAS1红外避障模块以及光敏电阻模块组成。利用红外避障模块检测小车行驶路径前方的障碍物，利用光敏电阻模块检测光线强度突变的边缘。以Arduino单片机为微处理器控制小车的速度及转向，从而实现沙发或床底的遍历清洁任务。最后，本文通过设置情景的方式，模拟沙发或床底。经过测试，确定小车可以实现遍历清洁任务。实验结果表明，本设计符合项目需求，能够在沙发或床底等特殊场景下完成清洁工作。
目 录
1. 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 研究现状 1
1.3 本项目的研究内容 3
1.4 本章小结 4
2. 系统总体方案设计 5
2.1 功能需求分析 5
2.2 设计原理 5
2.3 方案论证 6
2.3.1 小车避障传感器的选型 6
2.3.2 光强检测传感器的选型 8
2.3.3 驱动电机的选型 8
2.3.4 控制器的选型 9
2.3.5 电源的选型 10
2.3.6 清洁装置的选型 10
2.4 总体方案 11
2.5 本章小结 12
3. 系统的硬件设计 13
3.1 系统硬件电路总体设计 13
3.2 单片机最小系统 13
3.3 电机驱动模块 14
3.3.1 H桥电路 14
3.3.2 L293D芯片 15
3.4 传感器采集电路设计 16
3.4.1 避障传感器采集电路 16
3.4.2 光敏传感器采集电路 17
3.5 电源模块 17< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
br /> 3.6 串口通信模块 18
3.7 本章小结 18
4. 软件设计 19
4.1 主程序设计及流程图 19
4.2 小车运动控制程序设计 20
4.3 传感器采集程序设计 22
4.3.1 避障模块采集程序 22
4.3.2 避光模块采集程序 22
4.4 本章小结 23
5. 实验测试 24
5.1 小车直行测试 24
5.2 小车避障测试 25
5.3 小车避光测试 25
5.4 障碍物判别测试 26
5.5 本章小结 27
6. 总结与展望 28
6.1 总结 28
6.2 展望 28
参考文献 29
附录 30
附录一 原件清单 30
附录二 原理图 31
附录三 程序 32
致谢 37
1. 绪论
1.1 研究背景和意义
工业机器人的使用不仅可以降低工人的劳动强度，还可以替代人类进行一些危险性工作，因此机器人不断深入到工业制造的各个领域[1]。近年来机器人的发展十分迅速，时刻改变着人们的生活方式。人们在不断探讨、研究和改进自然的过程中，实现完全智能化成为未来发展的趋势。其中，智能避障循迹小车脱颖而出。随着计算机、自动控制、微电子技术、智能化、VR、高科技材料等相关领域的发展，避障循迹小车可以通过传感器来自动避开障碍物，在如今的工作中渐渐取代了人力运输，节省了人力资源以及生产成本[2]。
家用清洁小车是一种清洁装置，清理房间内地板上的灰尘，同时在没有用户操纵的情况下自主地在房间内移动。家用清洁小车需要确定房间内的家具，办公用品和墙壁之间的距离，这些物体都可能是其移动方向上的障碍，通过其自带的传感器检测周围环境，同时根据确定的距离控制其移动，以避免与任何障碍物发生碰撞[3]。为了清洁地板的整个表面，家庭清洁小车还需要在整个清洁过程中不停地确定其在房间中的位置。因此，研究家庭清洁小车如何规划行驶路径、规避路径上的障碍物具有重大的意义和应用价值。
1.2 研究现状
对于智能小车，相较于国外，国内开展研究的时间较晚，但是随着这几年国内对于智能小车的需求不断上升，我国对于智能小车研究的速度较快，与国外差距正在不断缩小，甚至在特定场景下已经超过世界水平，达到最顶尖的水平[4]。
国内许多专科院校和科研机构都着手于智能小车的研究开发工作，并且已经取得了一定的成果，例如沈阳自动化所研发的AGV小车，其利用电磁感应或激光的导引功能，完成沿规定路线行驶的任务，并且具有一定的自我保护功能[5]，主要用于物流搬运以及许多特殊工作环境的清洁工作，其实物图如图11所示：
/
图11 AGV小车
清华大学与国家重点实验室合作研制的THMR系列微型移动车，其系统包括摄像机，磁罗盘，差分GPS，电子地图等车载设备，保证了移动车控制系统能够实现自主驾驶与辅助驾驶[6]，其实物图如图12所示：
/
图12 THMR系列微型移动车
除此之外，最近几年内的本科生毕业设计中也有很多关于智能清洁小车的课题，例如华南农业大学的黄宽同学，其课题使用STC89C52单片机为微处理器，利用超声波模块进行距离测量和避障，在小车机身上加入微型风扇扫除灰尘实现清洁功能[7]，其实物图如图13所示：
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图13 黄宽同学制作的智能清洁小车
四川理工学院的兰茂伟，姜威和杜中强三位同学参加大学生创新创业项目时，使用STM32单片机为控制芯片，利用超声波传感器进行避障处理，采用一个130强磁高速电机来充当吸尘模块，还加入了洒水和抹地模块，实现了家居或工作环境的多功能清洁。
通过对1990年2014年全球智能清洁小车专利申请数量进行统计，可以把智能清洁小车的发展过程大致分为以下三个阶段，如图14所示：
/
图14 1990年2014年国内外智能清洁小车专利申请数发展趋势图
1996年以前（起步阶段），机器人技术在工业方面的应用得到了较大的发展，但是家庭清洁仍以手动为主，使用智能清洁小车的家庭较少；
目 录
1. 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 研究现状 1
1.3 本项目的研究内容 3
1.4 本章小结 4
2. 系统总体方案设计 5
2.1 功能需求分析 5
2.2 设计原理 5
2.3 方案论证 6
2.3.1 小车避障传感器的选型 6
2.3.2 光强检测传感器的选型 8
2.3.3 驱动电机的选型 8
2.3.4 控制器的选型 9
2.3.5 电源的选型 10
2.3.6 清洁装置的选型 10
2.4 总体方案 11
2.5 本章小结 12
3. 系统的硬件设计 13
3.1 系统硬件电路总体设计 13
3.2 单片机最小系统 13
3.3 电机驱动模块 14
3.3.1 H桥电路 14
3.3.2 L293D芯片 15
3.4 传感器采集电路设计 16
3.4.1 避障传感器采集电路 16
3.4.2 光敏传感器采集电路 17
3.5 电源模块 17< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
br /> 3.6 串口通信模块 18
3.7 本章小结 18
4. 软件设计 19
4.1 主程序设计及流程图 19
4.2 小车运动控制程序设计 20
4.3 传感器采集程序设计 22
4.3.1 避障模块采集程序 22
4.3.2 避光模块采集程序 22
4.4 本章小结 23
5. 实验测试 24
5.1 小车直行测试 24
5.2 小车避障测试 25
5.3 小车避光测试 25
5.4 障碍物判别测试 26
5.5 本章小结 27
6. 总结与展望 28
6.1 总结 28
6.2 展望 28
参考文献 29
附录 30
附录一 原件清单 30
附录二 原理图 31
附录三 程序 32
致谢 37
1. 绪论
1.1 研究背景和意义
工业机器人的使用不仅可以降低工人的劳动强度，还可以替代人类进行一些危险性工作，因此机器人不断深入到工业制造的各个领域[1]。近年来机器人的发展十分迅速，时刻改变着人们的生活方式。人们在不断探讨、研究和改进自然的过程中，实现完全智能化成为未来发展的趋势。其中，智能避障循迹小车脱颖而出。随着计算机、自动控制、微电子技术、智能化、VR、高科技材料等相关领域的发展，避障循迹小车可以通过传感器来自动避开障碍物，在如今的工作中渐渐取代了人力运输，节省了人力资源以及生产成本[2]。
家用清洁小车是一种清洁装置，清理房间内地板上的灰尘，同时在没有用户操纵的情况下自主地在房间内移动。家用清洁小车需要确定房间内的家具，办公用品和墙壁之间的距离，这些物体都可能是其移动方向上的障碍，通过其自带的传感器检测周围环境，同时根据确定的距离控制其移动，以避免与任何障碍物发生碰撞[3]。为了清洁地板的整个表面，家庭清洁小车还需要在整个清洁过程中不停地确定其在房间中的位置。因此，研究家庭清洁小车如何规划行驶路径、规避路径上的障碍物具有重大的意义和应用价值。
1.2 研究现状
对于智能小车，相较于国外，国内开展研究的时间较晚，但是随着这几年国内对于智能小车的需求不断上升，我国对于智能小车研究的速度较快，与国外差距正在不断缩小，甚至在特定场景下已经超过世界水平，达到最顶尖的水平[4]。
国内许多专科院校和科研机构都着手于智能小车的研究开发工作，并且已经取得了一定的成果，例如沈阳自动化所研发的AGV小车，其利用电磁感应或激光的导引功能，完成沿规定路线行驶的任务，并且具有一定的自我保护功能[5]，主要用于物流搬运以及许多特殊工作环境的清洁工作，其实物图如图11所示：
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图11 AGV小车
清华大学与国家重点实验室合作研制的THMR系列微型移动车，其系统包括摄像机，磁罗盘，差分GPS，电子地图等车载设备，保证了移动车控制系统能够实现自主驾驶与辅助驾驶[6]，其实物图如图12所示：
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图12 THMR系列微型移动车
除此之外，最近几年内的本科生毕业设计中也有很多关于智能清洁小车的课题，例如华南农业大学的黄宽同学，其课题使用STC89C52单片机为微处理器，利用超声波模块进行距离测量和避障，在小车机身上加入微型风扇扫除灰尘实现清洁功能[7]，其实物图如图13所示：
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图13 黄宽同学制作的智能清洁小车
四川理工学院的兰茂伟，姜威和杜中强三位同学参加大学生创新创业项目时，使用STM32单片机为控制芯片，利用超声波传感器进行避障处理，采用一个130强磁高速电机来充当吸尘模块，还加入了洒水和抹地模块，实现了家居或工作环境的多功能清洁。
通过对1990年2014年全球智能清洁小车专利申请数量进行统计，可以把智能清洁小车的发展过程大致分为以下三个阶段，如图14所示：
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图14 1990年2014年国内外智能清洁小车专利申请数发展趋势图
1996年以前（起步阶段），机器人技术在工业方面的应用得到了较大的发展，但是家庭清洁仍以手动为主，使用智能清洁小车的家庭较少；
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