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論墻面清理智能小車系統(tǒng)設(shè)計(jì)

Summary:本智能小車作為墻面清理類裝置,首先具有的就是清理功能。根據(jù)需求在小車前方安裝了吸塵裝置,包括機(jī)架、安裝在機(jī)架上的除塵器和風(fēng)機(jī)、集塵箱。此外還有清理裝置,用來清理蜘蛛網(wǎng)。本裝置還具有在墻上循跡避障的功能。系統(tǒng)采用STM32F103C8T6芯片做為控制器,負(fù)責(zé)處理、分析采集到的數(shù)據(jù),得到結(jié)果后通過控制L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)間接改變車輛移動(dòng)狀態(tài),通過線性CCD鏡頭尋找軌跡,通過對(duì)返回?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行處理分析,從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜路線的行駛。Keys:智能小車;循跡避障;墻面清理引言:近年來,隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展及成熟,越來越多的領(lǐng)域開始引入自動(dòng)化技術(shù)。智能小車在各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景:它可以代替人類完成惡劣環(huán)境下的貨物搬運(yùn)、設(shè)備檢測(cè)等任務(wù)。對(duì)智能小車而言,正確地行走在人們所設(shè)定的路線并避開障礙物是非常重要的,因此對(duì)于智能小車循跡避障系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究顯得尤為重要。與此同時(shí),另一種小車:爬墻車也進(jìn)入了人們的視野,其在墻上行走的功能讓人嘆為觀止。本裝置還吸收了清理的功能,掃地機(jī)器人的功能只能用在地面上,那墻上又怎么清理呢?故設(shè)計(jì)了這種墻面清理多功能小車。本設(shè)計(jì)的目的就是將幾種功能巧妙地結(jié)合到一起,以達(dá)到更加完善的效果。所以我認(rèn)為對(duì)其的研究更是有有較高的應(yīng)用價(jià)值,也同樣具有現(xiàn)實(shí)意義。1系統(tǒng)總體構(gòu)成本文設(shè)計(jì)的小車主要由以下幾個(gè)模塊構(gòu)成:?jiǎn)纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)、行駛暫停電機(jī)、清理裝置、吸附裝置,系統(tǒng)構(gòu)成圖如下所示圖1墻面清理智能小車總體構(gòu)成圖首先,車身底部的電動(dòng)機(jī)告訴驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)使空氣高速排出車身,空氣不斷補(bǔ)充到風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中,致使車身內(nèi)部產(chǎn)生瞬時(shí)真空和外界大氣壓形成負(fù)壓差,在此壓差的作用下,爬墻車緊緊吸附在墻壁、玻璃平面上,從而達(dá)到車子爬墻的效果。而基于STM32的智能小車尋跡避障系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的研究重點(diǎn)包括小車的智能尋跡電路設(shè)計(jì),復(fù)雜環(huán)境下的避障。智能小車尋跡避障系統(tǒng)采用STM32F103C8T6芯片做為控制器。系統(tǒng)包括軌跡識(shí)別模塊電路、障礙物識(shí)別模塊電路、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)等電路。各個(gè)模塊采集到的信息輸送至STM32控制器,由控制器負(fù)責(zé)處理、分析采集到的數(shù)據(jù),得到結(jié)果后,通過控制L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速,改變車輛移動(dòng)狀態(tài)。2系統(tǒng)硬件組成與實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)2.1循跡避障控制模塊智能小車尋跡避障系統(tǒng)采用STM32F103C8T6芯片做為控制器。系統(tǒng)包括軌跡識(shí)別模塊電路、障礙物識(shí)別模塊電路、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)等電路。2.2吸附裝置爬墻車之所以能吸附在光滑的墻壁上,主要是靠著真空負(fù)壓原理,依賴車身內(nèi)先進(jìn)的離心式風(fēng)機(jī)系統(tǒng),由車身底部的電動(dòng)機(jī)高速驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn),使空氣高速排出,而車身底部的空氣不斷地補(bǔ)充到風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中,致使車身內(nèi)部產(chǎn)生瞬時(shí)真空,和外界大氣壓形成負(fù)壓差,在此壓差的作用下,爬墻車緊緊吸附在墻壁、玻璃等平面上,從而達(dá)到使爬墻車附著在墻面等垂直或水平平面上的效果。2.3清理裝置在小車前方安裝了吸塵裝置,包括機(jī)架、安裝在機(jī)架上的除塵器和風(fēng)機(jī)、集塵箱。此外還有清理裝置,用來清理蜘蛛網(wǎng)。機(jī)架:用來固定除塵器、風(fēng)機(jī)、集塵箱等。除塵器:含塵氣體由下部敞開式法蘭進(jìn)入過濾室,較粗顆粒直接落入灰倉(cāng),含塵氣體經(jīng)濾袋過濾,粉塵阻留于袋表,凈氣經(jīng)袋口到凈氣室,由風(fēng)機(jī)排入大氣。當(dāng)濾袋表面的粉塵不斷增加,程控儀開始工作,逐個(gè)開啟脈沖閥,使壓縮空氣通過噴口對(duì)濾袋進(jìn)行噴吹清灰,使濾袋突然膨脹,在反向氣流的作用下,賦予袋表的粉塵迅速脫離濾袋落入灰倉(cāng),粉塵由卸灰閥排出。風(fēng)機(jī):風(fēng)機(jī)是依靠輸入的機(jī)械能提高氣體壓力并排送氣體的機(jī)械,它是一種從動(dòng)的流體機(jī)械。清理裝置:用作清理蜘蛛網(wǎng)。2.4系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模塊1.12v輸入和電源地接2節(jié)18650供電。單片機(jī)輸入輸出控制輸入接最小系統(tǒng)版的4個(gè)輸入輸出口,再寫程序控制這幾個(gè)輸入輸出口。OUT1和OUT2是一對(duì),分別接小車一側(cè)電機(jī)兩級(jí),至于電機(jī)的兩級(jí)具體該怎么接,等后面我們?cè)O(shè)置完程序運(yùn)行后,要使它們轉(zhuǎn)動(dòng)的方向一致就行了。OUT3和OUT4同理。4.我們通過IN1,IN2,IN3,IN4分別控制OUT1,OUT2,OUT3,OUT4。其中IN1,IN2,IN3,IN4與單片機(jī)連接,設(shè)置他們的高低電平即可完成對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單的控制。

工作方法:首先我們將OU1和OUT2分別接電機(jī)的兩極,這時(shí)我們控制單片機(jī)使輸入端IN1接入高電平,則相應(yīng)的OUT1端也就變?yōu)楦唠娖?;將IN2接入低電平后相應(yīng)的OUT2也就變?yōu)榈碗娖?,OUT1和OUT2間有了電位差,這樣電機(jī)就能轉(zhuǎn)起來了,很簡(jiǎn)單。系統(tǒng)包括軌跡識(shí)別模塊電路、障礙物識(shí)別模塊電路、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)等電路。各個(gè)模塊采集到的信息輸送至STM32控制器,由控制器負(fù)責(zé)處理、分析采集到的數(shù)據(jù),得到結(jié)果后,通過控制L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速,改變車輛移動(dòng)狀態(tài)。3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)圖2STM32

基本功能模塊STM32就是意法半導(dǎo)體公司設(shè)計(jì)推出的以ARMCortex-M為內(nèi)核的32位控制器。Cort內(nèi)核屬于ARM公司設(shè)計(jì)的“A”、R”、“M”系列處理器當(dāng)中的“M”系列內(nèi)核其中,'A'系列內(nèi)核面向于基于虛擬內(nèi)存的操作系統(tǒng)和用戶應(yīng)用,“R”系列內(nèi)核針對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng),而“M”系列內(nèi)核是基于微控制器的,接下來我們所學(xué)習(xí)的正是這一款處理器。全世界超過95%的智能手機(jī)和平板電腦都是采用的ARM的架構(gòu),所以它的市場(chǎng)占有量是很龐大的。

STM32F103C8T6是一款基于ARMCortex-M內(nèi)核STM32系列的32位的微控制器,程序存儲(chǔ)器容量是64KB,需要電壓2V~3.6V,工作溫度為-40°C~85°C。STM32F103C8T6是一款基于ARM32位的CortextM3內(nèi)核的單片機(jī),2.0~3.6V的寬電壓供電范圍,CPU工作頻率最大可達(dá)72MHz,具有單周期的乘法指令和硬件除法,以及優(yōu)先級(jí)可編程的中斷系統(tǒng)。同時(shí)它還具有64KB的Flash存儲(chǔ)器與20KB的SRAM存儲(chǔ)器,另外還集成了非常豐富的片內(nèi)外設(shè),如看門狗、定時(shí)器、GPIO口、DMA控制器、ADC、UART、SPI接口、IIC接口等,具有成本低、速度快、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。表1STM32F103C8T6的外設(shè)資源圖3電源模塊TIM1的CH1和CH2輸出PWM控制一個(gè)輪子的轉(zhuǎn)速。TIM1的CH3和CH4控制一個(gè)輪子的轉(zhuǎn)速。TIM4的CH1和CH2控制一個(gè)輪子的轉(zhuǎn)速。TIM4的CH3和CH4控制一個(gè)輪子的轉(zhuǎn)速。每一個(gè)輪子都可以獨(dú)立的控制正轉(zhuǎn),反轉(zhuǎn)和速度。避障模塊用3個(gè)引腳,尋跡模塊用3個(gè)引腳,測(cè)速模塊用4個(gè)引腳(定時(shí)器的捕獲功能)用于檢測(cè)每個(gè)輪子的轉(zhuǎn)速,PB10到PB15用于2.4G的無線通信模塊圖4擴(kuò)展口指示燈部分:電源指示燈可以通過一個(gè)短路帽控制亮滅,以達(dá)到節(jié)電的目的。圖5指示燈4結(jié)語本智能小車可以同時(shí)具有多種功能。作為墻面清理類裝置,首先具有的就是清理功能,考慮到墻上不如地上垃圾種類,主要是蜘蛛網(wǎng)、灰塵。根據(jù)需求在小車前方安裝了吸塵裝置,包括機(jī)架、安裝在機(jī)架上的除塵器和風(fēng)機(jī)、集塵箱。此外還有清理裝置,用來清理蜘蛛網(wǎng)。本裝置還具有在墻上循跡避障的功能。首先,車身底部的電動(dòng)機(jī)告訴驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)使空氣高速排出車身,空氣不斷補(bǔ)充到風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中,致使車身內(nèi)部產(chǎn)生瞬時(shí)真空和外界大氣壓形成負(fù)壓差,在此壓差的作用下,爬墻車緊緊吸附在墻壁、玻璃平面上,從而達(dá)到車子爬墻的效果。而基于STM32的智能小車尋跡避障系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的研究重點(diǎn)包括小車的智能尋跡電路設(shè)計(jì),復(fù)雜環(huán)境下的避障。系統(tǒng)采用STM32F103C8T6芯片做為控制器,負(fù)責(zé)處理、分析采集到的數(shù)據(jù),得到結(jié)果后通過控制L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)間接改變車輛移動(dòng)狀態(tài),通過線性CCD鏡頭尋找軌跡,通過對(duì)返回?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行處理分析,從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜路線的行駛。智能小車尋跡避障系統(tǒng)采用STM32F103C8T6芯片做為控制器。系統(tǒng)包括軌跡識(shí)別模塊電路、障礙物識(shí)別模塊電路、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)等電路。各個(gè)模塊采集到的信息輸送至STM32控制器,由控制器負(fù)責(zé)處理、分析采集到的數(shù)據(jù),得到結(jié)果后,通過控制L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速,改變車輛移動(dòng)狀態(tài)。理論意義1.該裝置從各功能模塊到總體設(shè)計(jì)都分別從硬件和軟件各個(gè)方面進(jìn)行了可靠性的設(shè)計(jì),保證系統(tǒng)的運(yùn)行可靠。2.新的設(shè)計(jì)彌補(bǔ)了作業(yè)期間受其他智能家居的影響。3.整個(gè)裝置適應(yīng)性強(qiáng),使用范圍廣,并且不會(huì)產(chǎn)生電磁輻射。應(yīng)用價(jià)值1.該產(chǎn)品適應(yīng)性強(qiáng)、易于推廣,并且具有極高的應(yīng)用前景。2.該產(chǎn)品具有硬件成本低廉、電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、無電磁輻射等優(yōu)點(diǎn),可適于各種類型的住宅和人群,為人們?cè)谌粘I钪星鍜叻块g提供了便利。主要Reference朱偉枝楊亞萍戴金龍.基于STM32的智能小車自動(dòng)循跡及倒車入庫(kù)設(shè)計(jì).廣東:廣東理工學(xué)院

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