新型掃地一體清潔機(jī)器人設(shè)計(jì)摘要本課題致力于設(shè)計(jì)一款新型的掃地一體清潔機(jī)器人，主要著眼于實(shí)現(xiàn)掃地、吸塵、避障、遠(yuǎn)程控制以及電池電量監(jiān)測(cè)功能。為了達(dá)成上述功能，本系統(tǒng)選擇了STM32單片機(jī)作為掃地機(jī)器人的核心控制單元，該芯片負(fù)責(zé)精準(zhǔn)控制機(jī)器人的各個(gè)模塊和傳感器，使用舵機(jī)控制邊刷，把地面的灰塵和垃圾掃起并將其送至吸塵器口，使用吸塵器完成清潔功能，把垃圾收集至灰塵盒內(nèi)，使用L298N驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)，當(dāng)接收到單片機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)時(shí)，用來(lái)控制掃地機(jī)器人的動(dòng)作狀態(tài)，使用3路KY-033循跡傳感器來(lái)檢測(cè)障礙物，當(dāng)掃地機(jī)器人遇到障礙物時(shí)，可以自行避開(kāi)障礙物，在避免撞到障礙物的同時(shí)保護(hù)自身安全，使用ATK-ESP8266WIFI模塊，可以在筆記本電腦或手機(jī)無(wú)線控制掃地機(jī)器人的行動(dòng)和吸塵器的開(kāi)關(guān)。軟件設(shè)計(jì)采用C++語(yǔ)言編程，使Arduino作為程序軟件支持，完成了硬件與軟件設(shè)計(jì)，最終做出實(shí)物成品，完成課題設(shè)計(jì)要求。掃地機(jī)器人可以完成地面清潔任務(wù)，減輕人們的家務(wù)負(fù)擔(dān)，從而提高了生活質(zhì)量。關(guān)鍵詞：清潔機(jī)器人設(shè)計(jì)；單片機(jī)；傳感器DesignofANewIntegratedSweepingandCleaningRobotAbstractThisprojectisthedesignofanewtypeofintegratedsweepingandcleaningrobot,whichmainlyrealizesfunctionssuchassweeping,vacuuming,obstacleavoidance,remotecontrol,andbatterylevelmonitoring.Toachievetheabovefunctions,thesystemusestheSTM32microcontrollerasthemaincontrolchipofthesweepingrobot.Thischipisresponsibleforaccuratelycontrollingvariousmodulesandsensorsoftherobot,usingaservotocontroltheedgebrush,sweepingupthedustandgarbageonthegroundandsendingittothevacuumcleanerport.Thevacuumcleanerisusedtocompletethecleaningfunction,collectthegarbageintothedustbox,andusetheL298Ndrivermoduletodrivethemotor.Whenthecontrolsignalisreceivedfromthemicrocontroller,itisusedtocontroltheactionstatusofthesweepingrobot.ThreeKY-033trackingsensorsareusedtodetectobstacles.Whenthesweepingrobotencountersobstacles,itcanavoidobstaclesonitsownandprotectitsownsafetywhileavoidingcollisionswithobstacles.ATK-ESNisusedtodrivethemotor.TheP8266WIFImodulecanwirelesslycontrolthemovementofthesweepingrobotandtheswitchofthevacuumcleaneronalaptopormobilephone.ThesoftwaredesignadoptsC++languageprogramming,withArduinoastheprogramsoftwaresupport,completingthehardwareandsoftwaredesign,andfinallyproducingthephysicalproducttomeettherequirementsoftheprojectdesign.Sweepingrobotscancompletegroundcleaningtasks,reducepeople'shouseholdchores,andthusimprovetheirqualityoflife.life.Keywords:Cleaningandsweepingrobot;Microcontroller;Sensor目錄TOC\o"1-3"\u摘要 1Abstract 21.緒論 51.1研究背景、目的及意義 51.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 51.2.1國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 51.2.2國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 51.3研究?jī)?nèi)容 61.4論文主要章節(jié) 62.系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 72.1系統(tǒng)功能要求 72.2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 72.3方案選擇 82.3.1電源降壓模塊選型 82.3.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊選型 92.3.3避障模塊選型 92.3.4遙控模塊選型 93.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 113.1STM32最小系統(tǒng) 113.1.1電源系統(tǒng) 123.1.2晶振電路 133.1.3復(fù)位電路 133.1.4下載接口 143.2驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì) 143.3清潔模塊設(shè)計(jì) 163.3.1掃地模塊設(shè)計(jì) 163.3.2吸塵模塊設(shè)計(jì) 183.4避障模塊設(shè)計(jì) 183.5通訊模塊設(shè)計(jì) 193.6電池電量檢測(cè)模塊 213.7USB模塊串口通訊模塊 224.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 234.1系統(tǒng)主流程設(shè)計(jì) 234.2驅(qū)動(dòng)模塊程序設(shè)計(jì) 244.3避障模塊程序設(shè)計(jì) 254.4通訊模塊程序設(shè)計(jì) 264.5程序語(yǔ)言及開(kāi)發(fā)環(huán)境 265.系統(tǒng)調(diào)試 325.1登錄界面的調(diào)試 325.2實(shí)物測(cè)試 325.2.1清潔模塊調(diào)試 335.2.2驅(qū)動(dòng)模塊調(diào)試 335.2.3避障模塊調(diào)試 346.總結(jié)與展望 35參考文獻(xiàn) 36附錄 37致謝 62緒論本章節(jié)主要聚焦于新型掃地機(jī)器人的研究背景、目的和意義的闡述，同時(shí)梳理了國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上，明確了本設(shè)計(jì)的核心研究?jī)?nèi)容以及與要實(shí)現(xiàn)的功能，為后續(xù)工作提供了明確的指導(dǎo)方向。研究背景、目的及意義隨著科技的飛速進(jìn)步和公眾對(duì)生活品質(zhì)追求的不斷提升，智能化服務(wù)機(jī)器人正逐步融入我們的日常生活。作為其中的代表，掃地清潔機(jī)器人已經(jīng)從最初的單一自動(dòng)清掃功能，發(fā)展到現(xiàn)在能夠承擔(dān)室內(nèi)多種清潔任務(wù)。當(dāng)前，這類機(jī)器人正經(jīng)歷深刻變革，傳統(tǒng)的機(jī)械式清掃和除塵功能已無(wú)法滿足用戶日益增長(zhǎng)的需求。為了更貼切地滿足用戶需求，提高用戶體驗(yàn)，以及增強(qiáng)機(jī)器人的智能化水平，掃地清潔機(jī)器人需集成更多功能，如清掃與遙控、智能監(jiān)測(cè)和避障等。這些機(jī)器人應(yīng)能在無(wú)需人工干預(yù)的情況下自主完成清潔任務(wù)，獨(dú)立地、高效地清理地面，最大程度地解放用戶的雙手。掃地清潔機(jī)器人的研發(fā)不僅為人們提供了更加便捷和高效的家務(wù)解決方案，而且有助于減輕人們的生活負(fù)擔(dān)，節(jié)省時(shí)間和精力，讓人們可以將注意力轉(zhuǎn)移到更有價(jià)值的活動(dòng)上。此外，這些機(jī)器人能夠定期清除灰塵、污垢和其他雜物，有助于維持室內(nèi)空氣質(zhì)量，減少過(guò)敏原和病原體的滋生，從而在提升生活質(zhì)量的同時(shí)，維護(hù)用戶的身體健康。國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀中國(guó)的一些大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)積極投入智能掃地清潔機(jī)器人的研發(fā)，重慶大學(xué)智能科學(xué)技術(shù)研究所與寧波波郎電器有限公司聯(lián)手研發(fā)出一款室內(nèi)清潔機(jī)器人，它具備沿墻壁行走的特性，并展現(xiàn)出高效清掃地面的能力。在國(guó)產(chǎn)智能掃地機(jī)器人行業(yè)，蘇州怡凱電器的科沃斯與益節(jié)等公司所推出的機(jī)器人功能繁多且多樣化，采用了非接觸式技術(shù)、超聲波探測(cè)、紅外線傳感器以及無(wú)線遙控等前言科技手段。在掃地機(jī)器人領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)品牌如科沃斯T20SPRO、石頭G10S、美的M7等產(chǎn)品均備受歡迎。其中，科沃斯公司推出的T20SPRO掃地機(jī)器人尤為引人注目，其性能卓越、功能全面，具有混合固態(tài)激光雷達(dá)、動(dòng)態(tài)仿生貼邊2.0、雙智能等先進(jìn)技術(shù)。國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀德國(guó)斐納公司所研發(fā)的掃地機(jī)器人斐納G90，運(yùn)用了先進(jìn)的LDS激光雷達(dá)導(dǎo)航技術(shù)，具備多層地圖記憶功能，實(shí)現(xiàn)了高效且精準(zhǔn)的清潔作業(yè)；美國(guó)的Neato開(kāi)發(fā)的掃地機(jī)器人最高可持續(xù)清掃90分鐘，并支持自動(dòng)充電，斷點(diǎn)充電，同時(shí)采用谷歌無(wú)人駕駛汽車RPS激光測(cè)距系統(tǒng)的專利技術(shù)，可進(jìn)行定位掃描生成3D地圖。機(jī)器人行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)Irobot公司推出了掃地機(jī)器人RoombaS9+，這款機(jī)器人配備了前沿的3D傳感器技術(shù)，它能以每秒25次的頻率向周圍環(huán)境境投射紅外線圖像、并通過(guò)精密的視覺(jué)傳感器捕捉并分析這些紅外線圖像的反饋，從而構(gòu)建一個(gè)細(xì)致入微的3D空間地圖，對(duì)前方環(huán)境進(jìn)行精準(zhǔn)的感知和解讀。還結(jié)合了專利PefectEdge?實(shí)現(xiàn)極致邊角清潔，Roomba98融入了物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)理念，在室內(nèi)的Wifi網(wǎng)絡(luò)覆蓋下，用戶可以借助iOS或者Android平臺(tái)的iRobotHome應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程通信與遙控操作，使得所有清潔設(shè)置均能通過(guò)該應(yīng)用輕松完成，極大地提升了用戶體驗(yàn)的便捷性。總體來(lái)說(shuō)，智能掃地機(jī)器人在國(guó)內(nèi)外都有較多的研發(fā)和商業(yè)化進(jìn)展，但仍然存在一些挑戰(zhàn)，如避障時(shí)導(dǎo)致自身受損、機(jī)器人吸塵口徑小，齒輪密度大，導(dǎo)致大顆粒物體不能被有效清理等問(wèn)題。[9]研究?jī)?nèi)容為實(shí)現(xiàn)掃地、吸塵、驅(qū)動(dòng)、避障、電池電量監(jiān)控和遙控等功能，本設(shè)計(jì)涵蓋了硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)集成等方面?；赟TM32主控單片機(jī)對(duì)掃地機(jī)器人的控制系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，然后分模塊規(guī)劃出各個(gè)部分電路設(shè)計(jì)，對(duì)所需電氣部件進(jìn)行合理選型，單獨(dú)設(shè)計(jì)各個(gè)模塊后根據(jù)它們直接的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行組合，畫(huà)完整的電路圖紙，利用C++語(yǔ)言在Arduino軟件上編程，完成軟件程序設(shè)計(jì)，最后調(diào)試以達(dá)到本次設(shè)計(jì)所要求的功能。具體工作：開(kāi)發(fā)單片機(jī)完成基本環(huán)境部署和庫(kù)安裝，使單片機(jī)控制電機(jī)基本驅(qū)動(dòng)，使得電機(jī)前后轉(zhuǎn)動(dòng)，搭建電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路，完成單片機(jī)物理層面設(shè)計(jì)?？刂茊纹瑱C(jī)采集紅外信號(hào)，獲取基本數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障程序，手動(dòng)控制前進(jìn)期間，車子自動(dòng)執(zhí)行避障策略。開(kāi)發(fā)無(wú)線通信程序，手機(jī)可也遠(yuǎn)程網(wǎng)頁(yè)控制。完成整車硬件電路設(shè)計(jì)和調(diào)試，完成整車機(jī)械安裝和整體聯(lián)動(dòng)調(diào)試。論文主要章節(jié)本文主要章節(jié)如下：第二章主要根據(jù)系統(tǒng)性能指標(biāo)要求，通過(guò)方案比選，繪制出本課題的系統(tǒng)方案并給出結(jié)構(gòu)框圖；接下來(lái)的第三章將聚集于系統(tǒng)硬件部分的各個(gè)模塊，深入剖析其詳細(xì)設(shè)計(jì)方案，并逐一進(jìn)行詳盡的說(shuō)明和闡述；而第四章中，則主要聚焦于系統(tǒng)主程序的設(shè)計(jì)，并逐一探討各模塊子程序的實(shí)現(xiàn)過(guò)程；第五章對(duì)實(shí)物進(jìn)行調(diào)試；第六章對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行了總結(jié)及展望。系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)本章節(jié)旨在遵循系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)要求，通過(guò)對(duì)不同方案的比較和篩選，構(gòu)建出針對(duì)本課題的系統(tǒng)架構(gòu)，并展示相應(yīng)的結(jié)構(gòu)框圖。系統(tǒng)功能要求智能掃地機(jī)器人在工作時(shí)，以高性能的單片機(jī)STM32為主控芯片，該掃地一體清潔機(jī)器人設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)清掃功能，能夠?qū)⒌孛娴睦鴴咂鸩⑼ㄟ^(guò)吸塵器將垃圾收集到灰塵盒內(nèi)，清掃模式包括手動(dòng)模式和自動(dòng)模式，用戶可選擇手動(dòng)模式，手動(dòng)控制機(jī)器人行進(jìn)和吸塵器的開(kāi)關(guān)，也可以選擇自動(dòng)模式，機(jī)器人在無(wú)人操控的情況下自行完成清潔任務(wù)，可根據(jù)家庭環(huán)境的實(shí)際情況和用戶需求進(jìn)行靈活選擇。該掃地機(jī)器人還需要實(shí)現(xiàn)感應(yīng)并自動(dòng)規(guī)避障礙物功能，機(jī)器人能準(zhǔn)確識(shí)別前方、左右側(cè)的障礙物并規(guī)避，能高效清掃的同時(shí)確保安全，用戶可以通過(guò)手機(jī)或電腦端無(wú)線控制吸塵器的啟動(dòng)、停止或調(diào)整掃地機(jī)器人的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無(wú)線控制功能。系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)掃地機(jī)器人系統(tǒng)是基于STM32單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，其核心組成部分包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、清潔模塊、避障模塊和遙控模塊組成，為更直觀的展現(xiàn)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。圖2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)硬件主要由主控芯片、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、繼電器、避障模塊、WiFi模塊等組成，作為掃地機(jī)器人的核心部件，主控制單元選用STM32作為其核心處理芯片，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行和控制，負(fù)責(zé)全面調(diào)控機(jī)器人的各項(xiàng)功能。該芯片精確控制掃地機(jī)器人的各個(gè)模塊與傳感器，確保機(jī)器人能夠高效、穩(wěn)定地運(yùn)行。在障礙物檢測(cè)方面，利用紅外傳感器實(shí)時(shí)感知周圍環(huán)境，有效規(guī)避障礙物。此外，通過(guò)L298N模塊對(duì)兩個(gè)直流電機(jī)進(jìn)行精準(zhǔn)控制，實(shí)現(xiàn)車輪的驅(qū)動(dòng)與行走功能。為了方便在使用過(guò)程中實(shí)時(shí)操控掃地機(jī)器人，執(zhí)行開(kāi)機(jī)、關(guān)機(jī)等指令，為掃地機(jī)器人配備了ATK-ESP8266WIFI模塊，這一模塊使得用戶能夠利用筆記本電腦或手機(jī)連接WIFI，從而輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)掃地機(jī)器人的無(wú)線操控。該平臺(tái)采用了一款電壓為12V、容量為6000mAh的電池包作為動(dòng)力源泉，確保了電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制單元的穩(wěn)定運(yùn)行。該電池包不僅擁有足夠的電力輸出，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)高效運(yùn)轉(zhuǎn)，確保機(jī)器人在長(zhǎng)時(shí)間工作中能夠保持穩(wěn)定的性能表現(xiàn)。通過(guò)這一系列精心設(shè)計(jì)的組件與功能，掃地機(jī)器人得以高效、穩(wěn)定地完成清掃任務(wù)，為人們的生活帶來(lái)便捷與舒適。方案選擇常見(jiàn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案主要是核心器件的不同，掃地機(jī)器人設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方案有以下兩種。方案一：在核心部件的選擇上，采用STM32系列單片機(jī)，這款單片機(jī)以出色的性能脫穎而出。它基于ARMCortex-M處理器架構(gòu)，是一款32位微控制器，具備低功耗、高性能的特點(diǎn)。此外，其外設(shè)質(zhì)量上乘、使用方便。在功能方面，STM32擁有更多的外設(shè)接口和更高的集成度，可以連接各種不同的傳感器和設(shè)備，支持更多的通信模式和數(shù)據(jù)傳輸方式，適用于一些更復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景。方案二：以MCS-51系列單片機(jī)為核心，完成掃地機(jī)器人的主控制系統(tǒng)。51單片機(jī)是一款基于8位結(jié)構(gòu)的微控制器，其主頻通常限制在40MHz以內(nèi),因此執(zhí)行指令的速度相對(duì)較慢，且內(nèi)存容量較小。51單片機(jī)的外設(shè)接口相對(duì)較少，需要通過(guò)擴(kuò)展外部芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)更多功能，且51單片機(jī)功耗較高，不適合長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。綜合考慮本系統(tǒng)的性能指標(biāo)要求和經(jīng)濟(jì)等多種原因，本文選取STM32單片機(jī)作為掃地機(jī)器人設(shè)計(jì)的主控芯片，旨在實(shí)現(xiàn)掃地機(jī)器人更為高效、穩(wěn)定的性能表現(xiàn)。電源降壓模塊選型方案一：XL1509降壓模塊XL1509在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定熱量，特別是在高負(fù)載情況下，需要考慮散熱問(wèn)題，XL1509的工作頻率相對(duì)較低，不適用于需要高頻操作的應(yīng)用場(chǎng)景，它的輸入電壓范圍和輸出電流范圍都有一定限制，可能無(wú)法滿足某些特定應(yīng)用的需求。方案二：XY3606降壓模塊XY3606采用了高效率的降壓調(diào)節(jié)技術(shù)，能夠在電源轉(zhuǎn)換過(guò)程中最大限度地減少能量損耗，提高整體效率。XY3606能夠在輸出電壓和負(fù)載變化時(shí)保持輸出電壓穩(wěn)定，為電路提供可靠電源支持。比較兩種型號(hào)降壓模塊，最終選用方案二，XY3606的效率更高，穩(wěn)定性較好，適用于本設(shè)計(jì)的降壓穩(wěn)壓模塊。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊選型方案一：選用TB6612FNG模塊進(jìn)行控制。在控制電機(jī)的選擇上，選用TB6612FNG作為驅(qū)動(dòng)器，這款驅(qū)動(dòng)模塊以其卓越的電流控制性能脫穎而出，為電機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)和高精度控制通過(guò)了堅(jiān)實(shí)的保障。此外，TB6612FNG驅(qū)動(dòng)器還具備過(guò)熱和過(guò)流保護(hù)功能，有效確保電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，該驅(qū)動(dòng)器支持多種控制模式，能夠靈活適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求，展現(xiàn)出其廣泛的應(yīng)用前景。然而，TB6612FNG存在一些局限性，例如，其輸出電流有限，這使得它不太適合驅(qū)動(dòng)大功率電機(jī)，此外，該驅(qū)動(dòng)器需要外接電源，這無(wú)疑增加了電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，對(duì)整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性產(chǎn)生了一定影響。此外，對(duì)于非專業(yè)編程人員來(lái)說(shuō)，使用TB6612FNG需要進(jìn)行相應(yīng)的軟件編程，可能存在一定的學(xué)習(xí)難度。方案二：選用L298N模塊進(jìn)行控制。在電機(jī)控制方面，選用L298N模塊作為主控芯片，不僅具備出色的驅(qū)動(dòng)性能，還展現(xiàn)了低發(fā)熱量以及優(yōu)越的抗干擾能力。這些顯著特點(diǎn)使得L298N模塊在電機(jī)控制領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用潛力。此外，該模塊通過(guò)集成大容量濾波電容和續(xù)流保護(hù)二極管，進(jìn)一步提升了其運(yùn)行的可靠性。相較方案一相比，L298N模塊在驅(qū)動(dòng)能力和可靠性方面展現(xiàn)出了更為明顯的優(yōu)勢(shì)。比較上述兩種方案后可知，L298N可以達(dá)成本次的設(shè)計(jì)需求，它不僅能夠簡(jiǎn)單就達(dá)到設(shè)計(jì)目的，還能擁有其優(yōu)異的性能與超高的價(jià)格比。故本次設(shè)計(jì)采用方案二。避障模塊選型方案一：選用HC-SR04超聲波傳感器控制。HC-SR04模塊在測(cè)距精度方面表現(xiàn)出色，其測(cè)量精度通常能夠達(dá)到幾毫米的級(jí)別，然而其有效的測(cè)距范圍主要集中在2cm到4m之間，超出這個(gè)范圍可能無(wú)法正常工作，而且在特定環(huán)境下，如噪聲干擾、溫度變化等，可能會(huì)影響HC-SR04模塊的測(cè)距精度和穩(wěn)定性，HC-SR04模塊的測(cè)距角度相對(duì)較窄，如果目標(biāo)物體不在其正前方，可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)距不準(zhǔn)確。方案二：選用KY-033循跡傳感控制。KY-033模塊使用簡(jiǎn)單，只需連接少量引腳即可與單片機(jī)連接，KY-033具有較高的靈敏度，能夠及時(shí)檢測(cè)到目標(biāo)物體的距離，實(shí)現(xiàn)有效避障，KY-033穩(wěn)定性較好，對(duì)光線干擾較小。比較上述兩種方案后可知，方案二更適合本設(shè)計(jì)，KY-033循跡傳感器簡(jiǎn)單易用、高靈敏度、可在不同環(huán)境條件下穩(wěn)定工作，更適合掃地機(jī)器人且成本更低。遙控模塊選型方案一：選用HC05藍(lán)牙串口通信模塊HC05藍(lán)牙串口通信模塊，這款模塊不僅具備穩(wěn)定的通信性能，而且能夠?qū)崿F(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸，這款藍(lán)牙模塊的AT操作指令簡(jiǎn)單易學(xué)。該模塊自帶的LED燈在運(yùn)行時(shí)會(huì)進(jìn)行閃爍，能夠直接看到藍(lán)牙連接是否正常。方案二：選用ESP8266無(wú)線通信模塊ESP8266無(wú)線模塊，作為一款功能強(qiáng)大的串口Wi-Fi模塊，不僅集成了卓越的MCU功能，還實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)間的串口通信，這一特性使得這款通訊模塊不僅具備卓越的片上處理能力，還擁有出色的存儲(chǔ)能力，為各種應(yīng)用提供了強(qiáng)大的支持。以上兩種方案進(jìn)行對(duì)比，比起HC05藍(lán)牙串口通信模塊，需要Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的ESP8266WiFi模塊作為一款功能強(qiáng)大的無(wú)線通信模塊，具有出色的穩(wěn)定性、靈活的應(yīng)用范圍和低功耗設(shè)計(jì)等諸多優(yōu)點(diǎn)。故本次設(shè)計(jì)采用方案二來(lái)完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的通信模塊。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件的構(gòu)成主要涵蓋了多個(gè)關(guān)鍵模塊，包括主控芯片、清潔模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、避障模塊、通訊模塊、電源模塊和軟件開(kāi)發(fā)模塊等，本章主要對(duì)系統(tǒng)硬件部分的各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明和闡述。STM32最小系統(tǒng)在圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s11STM32單片機(jī)實(shí)物圖本設(shè)計(jì)中，選擇了STM32F103C8T6單片機(jī)作為主控芯片，其核心采用了先進(jìn)的ARMCortex-M3處理器架構(gòu)，這款卓越的32位RISC處理器不僅高性能，而且具備低功耗特性，為整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)保障。它支持多種時(shí)鐘速度配置，其最高主頻可達(dá)72MHz，從而滿足了不同應(yīng)用場(chǎng)景的要求。在存儲(chǔ)設(shè)計(jì)上，它配置了64KB的Flash程序存儲(chǔ)器，專門用于程序代碼的存儲(chǔ)，此外，還配備了20KB的SRAM，用于高效存放各類數(shù)據(jù)和變量。此外，STM32F103C8T6單片機(jī)提供了豐富的引腳配置，共計(jì)48個(gè)引腳，其中16個(gè)為GPIO口，支持輸入/輸出功能，并集成了圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s11STM32單片機(jī)實(shí)物圖表STYLEREF1\s3.SEQ表\*ARABIC\s11主要引腳及功能引腳名稱功能時(shí)鐘引腳18、19反向放大器的輸入/出端，用于產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)復(fù)位端RST復(fù)位時(shí)，加2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平外部訪問(wèn)允許端EA為低，僅片外內(nèi)容；為高時(shí)，訪問(wèn)片內(nèi)P0口8位漏極開(kāi)路的雙向口，為消除高阻態(tài)，各引腳需外接上拉電阻P1口只做通用口，地址90HP2口雙功能口，作通用口時(shí)，功能同P1P3口雙向口，作通用口時(shí)，功能同P1單片機(jī)的最小系統(tǒng)構(gòu)成通常涵蓋了以下幾個(gè)關(guān)鍵部分：核心的單片機(jī)單元，負(fù)責(zé)執(zhí)行主要的預(yù)算和控制任務(wù)；其次是供電電源模塊，為整個(gè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電能；晶振單元，負(fù)責(zé)產(chǎn)生精準(zhǔn)的時(shí)鐘信號(hào)，確保系統(tǒng)各部件的同步運(yùn)行；復(fù)位電路也必不可少，它能夠在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)迅速恢復(fù)到初始狀態(tài)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性；調(diào)試電路則用于在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)階段進(jìn)行故障排查和性能優(yōu)化。具體結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。各部分協(xié)調(diào)工作，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行與高效調(diào)試。STM32F103C8T6微控制器，其封裝形式為L(zhǎng)QFP-48。具備諸多優(yōu)勢(shì)，如價(jià)格較低、性能卓越、資源豐富等優(yōu)點(diǎn)。圖STYLEREF1\s圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s12STM32最小系統(tǒng)原理圖電源系統(tǒng)電源系統(tǒng)可細(xì)分為供電電路和降壓電路。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s13電源系統(tǒng)原理圖供電電路的設(shè)計(jì)采用了通用的USB接口電路，以確保提供穩(wěn)定的5V電源輸出，鑒于圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s13電源系統(tǒng)原理圖圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s14晶振系統(tǒng)電路原理圖晶振電路晶振電路的主要職責(zé)在于為單片機(jī)提供穩(wěn)定可靠的時(shí)鐘信號(hào)，在設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)時(shí)，需要關(guān)注其核心組成部分之一：時(shí)鐘電路。在構(gòu)建這一電路時(shí)，需要考慮兩種時(shí)鐘模式：內(nèi)部時(shí)鐘與外部時(shí)鐘。這兩種模式的選擇，直接影響到芯片的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。其中，外部時(shí)鐘的實(shí)現(xiàn)方式是通過(guò)在OSCIN與OSCOUT之引腳之間接入晶振來(lái)完成的，從而確保時(shí)鐘信號(hào)的準(zhǔn)確和穩(wěn)定。而晶振的選型需嚴(yán)格遵循數(shù)據(jù)手冊(cè)的指引，本次課題所選用的芯片即支持HSE4-16M振蕩器。相較之下，內(nèi)部時(shí)鐘則是利用芯片內(nèi)部的振蕩電路產(chǎn)生，雖然其精度較低且易受溫度變化影響，但其優(yōu)勢(shì)在于無(wú)需外接振蕩器件，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。如圖3.3所示，該圖詳細(xì)展示了晶振系統(tǒng)的電路原理圖。復(fù)位電路圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s15復(fù)位電路原理圖單片機(jī)復(fù)位電路的主要作用在于將一個(gè)狀態(tài)機(jī)重置至初始空白狀態(tài)。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s15復(fù)位電路原理圖下載接口STM32下載程序的方式有兩種，因?yàn)镾WD模式下載僅需用到三個(gè)引腳（GND、SWCLK、SWDIO）且高速下載過(guò)程中更加可靠，所以選用SWD模式進(jìn)行下載與調(diào)試。電路中SWDCLK是時(shí)鐘線，用作保持Jlink與芯片的時(shí)鐘同步，可視情況調(diào)整頻率。下載電路如下圖3.6所示。圖STYLEREF1\s圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s16下載接口原理圖驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)由于單電機(jī)輸出的電流無(wú)法滿足電機(jī)的驅(qū)動(dòng)需求，因此，必須通過(guò)專門的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的有效驅(qū)動(dòng)。這樣，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊在單片機(jī)與電機(jī)之間起到了橋梁的作用，確保了整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的有效驅(qū)動(dòng)，本設(shè)計(jì)選用L298N驅(qū)動(dòng)模塊，這是一種常見(jiàn)的H橋驅(qū)動(dòng)芯片，通過(guò)該模塊，能夠穩(wěn)定、高效地控制直流電機(jī)的運(yùn)行。L298N作為一款專用的驅(qū)動(dòng)集成電路，其設(shè)計(jì)采用了H橋電路結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的有效控制。ST公司的原裝全新芯片L298N，采用穩(wěn)定性高的SMT工藝，使用了高質(zhì)量的鋁電解電容，使電路工作穩(wěn)定。L298N芯片專為高電壓、大電流應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用了15腳封裝技術(shù)，內(nèi)部集成了兩個(gè)全橋式H橋驅(qū)動(dòng)器。這種設(shè)計(jì)賦予了L298N出色的驅(qū)動(dòng)能力，使其能夠高效地驅(qū)動(dòng)各類負(fù)載，包括但不限于直流電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電機(jī)以及繼電器線圈等，為電機(jī)控制應(yīng)用提供了強(qiáng)大而可靠的支持。在驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的應(yīng)用中，L298N展現(xiàn)出了尤為出色的性能。它不僅能夠同時(shí)滿足兩路直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)需求，而且電壓范圍廣泛，可在3-16V之間靈活調(diào)整。這一特性使得L298N成為驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的理想選擇，為電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高效運(yùn)行提供了有力保障。不僅如此，這款驅(qū)動(dòng)板還周到地設(shè)計(jì)了一個(gè)5V電源輸出接口。這個(gè)接口不僅能為5V單片機(jī)電路系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電力支持，還兼容3.3VMCUARM控制，進(jìn)而簡(jiǎn)化了單片機(jī)對(duì)直流電機(jī)功率和轉(zhuǎn)動(dòng)方向的控制流程，提升了整體系統(tǒng)的便捷性和可靠性。L298N需要外部電源供應(yīng)來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，因此VSS與VS引腳分別連接了12V和5V電源。圖STYLEREF1\s圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s17L298N實(shí)物圖在本設(shè)計(jì)中，采用了一塊L298N驅(qū)動(dòng)板，旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)電機(jī)的有效控制。在驅(qū)動(dòng)板的連接上，將VCC端口與12V電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的正極相連，而其負(fù)極則穩(wěn)妥地接至GND。此外，為確保穩(wěn)定的電源供應(yīng)，VCC5V端口還需與5V電源的正極進(jìn)行連接。PIN1、PIN2分別與PB14和PB15、PB12和PB13進(jìn)行連接，以確保信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。表STYLEREF1\s3.SEQ表\*ARABIC\s12控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)方向電機(jī)旋轉(zhuǎn)方式控制端IN1控制端IN2控制端IN3控制端IN4M1正轉(zhuǎn)高低--反轉(zhuǎn)低高--停止低低--M2正轉(zhuǎn)--高低反轉(zhuǎn)--低高停止低低--圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s18驅(qū)動(dòng)電路接線圖L298N通過(guò)接收單片機(jī)的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)工作狀態(tài)的精確調(diào)控。這一過(guò)程中，通常需要利用多個(gè)控制信號(hào)線，如圖3.8所示。其中，IN1和IN2信號(hào)線專門負(fù)責(zé)一個(gè)電機(jī)的控制，而IN3和圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s18驅(qū)動(dòng)電路接線圖圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s19驅(qū)動(dòng)電路原理圖單片機(jī)的4個(gè)引腳（IN1-IN4）連接到L298N驅(qū)動(dòng)模塊上的（IN1-IN4），通過(guò)接收單片機(jī)的控制信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)工作狀態(tài)的精確調(diào)控。內(nèi)部配置TLP521-1光耦隔離器，TLP521-1光耦隔離器能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)的隔離傳輸，保護(hù)電路免受干擾和損壞，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。L298N的輸出引腳OUT1與OUT2引腳連到M1電機(jī)上，控制M1電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，OUT3與OUT4引腳連到圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s19驅(qū)動(dòng)電路原理圖清潔模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)清潔模塊包括兩個(gè)部分：掃地模塊和吸塵模塊。掃地模塊設(shè)計(jì)圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s110邊刷實(shí)物圖圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s111圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s110邊刷實(shí)物圖圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s111舵機(jī)實(shí)物圖在舵機(jī)的連接中，黃色的線路扮演著PWM輸入信號(hào)線的角色，為確保信號(hào)線傳輸無(wú)誤，信號(hào)引腳應(yīng)連接到PA0引腳。隨后，STM32核心芯片被啟用，負(fù)責(zé)生成所需的PWM信號(hào)。通過(guò)這樣的配置，舵機(jī)得以精準(zhǔn)接收并響應(yīng)PWM信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s113SG90舵機(jī)接線圖圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s1圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s113SG90舵機(jī)接線圖圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s112SG90舵機(jī)電原理圖吸塵模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)吸塵功能選用吸塵器，SING電路是一種電子電路，它是指在數(shù)字系統(tǒng)中將信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的電路。它的功能是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以便數(shù)字設(shè)備可以識(shí)別、處理和存儲(chǔ)。當(dāng)PA7引腳有信號(hào)時(shí)，對(duì)吸塵器進(jìn)行控制，當(dāng)PA7引腳無(wú)信號(hào)時(shí)吸塵器停止工作。圖STYLEREF1\s圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s114吸塵器電路接線圖避障模塊設(shè)計(jì)圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s115避障模塊原理圖本設(shè)計(jì)選用的避障模塊是深色（黑色）的是發(fā)射端，白色（透明）的是接收端。中間藍(lán)色的是可以調(diào)節(jié)靈敏度的旋鈕。TCRT5000紅外光電傳感器的紅外反射式光電開(kāi)關(guān)，其設(shè)計(jì)獨(dú)特且高效。這款傳感器由高發(fā)射功率的紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管構(gòu)成，其輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)施密特電路的精細(xì)整形，確保了信號(hào)的穩(wěn)定與可靠。傳感器通過(guò)發(fā)射并接收紅外線來(lái)判斷前方是否存在障礙物。更為靈活的是，用戶可以通過(guò)電位器旋鈕靈活調(diào)節(jié)檢測(cè)距離，其有效距離范圍在圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s115避障模塊原理圖本設(shè)計(jì)的采用了3路紅外循跡模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)避障功能，這些模塊能夠輸出3路開(kāi)關(guān)量，并與單片機(jī)的普通IO口連接，如圖3.16所示，展示了3路紅外線的電路布局。在這套電路中，每路紅外傳感器的GND均接地，VCC負(fù)責(zé)供電，而PA4、PA5、PA6則分別對(duì)應(yīng)1對(duì)紅外探頭。工作時(shí)，傳感器的紅外發(fā)圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s116避障模塊電路接線圖射二極管（圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s116避障模塊電路接線圖通訊模塊設(shè)計(jì)ALIENTEK公司推出的ATK-ESP8266是一款卓越的UART-WiFi（即串口-無(wú)線）模塊，ATK-ESP8266支持多種開(kāi)發(fā)平臺(tái)，包括ArduinoIDE、PlatformO等，使得開(kāi)發(fā)人員可以在不同的開(kāi)發(fā)環(huán)境中使用它。通過(guò)掃地機(jī)器人上的ESP8266WiFi模塊實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信，再通過(guò)手機(jī)打開(kāi)Android程序即可實(shí)現(xiàn)無(wú)線控制行動(dòng)功能。圖STYLEREF1\s圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s117ESP8266實(shí)物圖圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s119WIFI模塊電路接線圖圖圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s119WIFI模塊電路接線圖圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s118ESP8266電路原理圖打開(kāi)手機(jī)WiFi功能選擇掃地機(jī)器人上的ESP8266發(fā)出的WiFi熱點(diǎn)進(jìn)行連接，從而與掃地機(jī)器人搭建通信通道，即可實(shí)現(xiàn)手機(jī)遠(yuǎn)程控制駕駛。通過(guò)上面的連接按鍵點(diǎn)擊連接與WiFi熱點(diǎn)搭建sokect通信，連接成功后即可通過(guò)按鍵調(diào)節(jié)掃地機(jī)器人行駛方向，再通過(guò)下面的方向鍵控制掃地機(jī)器人行駛。表STYLEREF1\s3.SEQ表\*ARABIC\s13WIFI開(kāi)發(fā)模塊引腳引腳說(shuō)明IC內(nèi)部引腳D0I/O，不支持中斷，PWM，12C以及1-wireGPIO16D1I/O,默認(rèn)模式下，12的SCLGPIO5D2I/O,默認(rèn)模式下，12的SDAGPIO4D3I/O,上拉，低電平時(shí)進(jìn)入FLASH模式GPIO0D4I/O,上拉GPIO2D5I/O,SIP的時(shí)鐘GPIO14D6I/O,SIP的MISOGPIO12D7I/O,SIP的MOSIGPIO13D8I/O,下拉，SPI時(shí)，默認(rèn)的片選（SS）GPIO15A0AD輸入，0-3.3vADCTX串口發(fā)射GPIO1RX串口接收GPIO3RST復(fù)位RST3V3電源3.3V3.3VGGNDGND5V電源5V外部電源電池電量檢測(cè)模塊鋰電池電量檢測(cè)由多個(gè)LED燈組成，通過(guò)不同顏色、亮度或閃爍來(lái)指示電池的剩余電量。圖STYLEREF1\s圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s120鋰電池電量顯示器實(shí)物圖電池電量檢測(cè)電路的核心部分是電壓分壓器，由兩個(gè)電阻（R1和R2）組成。其中一個(gè)電阻（R1）是一個(gè)固定值，用于將電池的電壓分壓到一個(gè)較低的范圍內(nèi)。另一個(gè)電阻（R2）是一個(gè)可變電阻，用于調(diào)整電壓分壓的比例，從而控制LED的亮度。當(dāng)鋰電池的電壓高于一定閾值時(shí)，分壓器（如圖3.18中的TL431）的輸出電壓將高于微控制器的閾值，并觸發(fā)LED發(fā)光。通過(guò)微控制器讀取模擬輸入引腳的電壓值，可以確定電池的電量水平。根據(jù)電壓值的不同，可以控制LED的亮度或閃爍頻率，以指示電池的電量當(dāng)鋰電池電量較低時(shí)，分壓器的輸出電壓將下降到微控制器的閾值以下，LED停止發(fā)光，指示需要充電。圖STYLEREF1\s3圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s121電池電量檢測(cè)電路原理圖USB模塊串口通訊模塊圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s122USB串口接收模塊CP2104是一款單芯片USB轉(zhuǎn)串口模塊，它支持更高的波特率，其外部電路設(shè)計(jì)尤為簡(jiǎn)潔，這款模塊還配備了I/O電源引腳，使得它能夠通過(guò)外部電阻承受VDD至5V的電壓。CP2104具備高集成度，內(nèi)部集成了USB2.0全速功能控制器、USB收發(fā)器、晶體振蕩器、EEPROM及異步串行數(shù)據(jù)總線（UART），它支持完整的調(diào)制解調(diào)器信號(hào)功能，無(wú)需任何外部USB器件的協(xié)助，從而簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)并提升了整體性能，CP2104的工作原理與其他USB-UART圖STYLEREF1\s3.SEQ圖\*ARABIC\s122USB串口接收模塊CP2104是一款USB轉(zhuǎn)UART橋接器，支持3.3V和5V的STC全系列單片機(jī)燒錄。它的作用主要包括USB與UART之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、電源管理以及其他輔助功能。CP2104串口通信負(fù)責(zé)將程序和數(shù)據(jù)寫(xiě)入單片機(jī)內(nèi)，USB轉(zhuǎn)UART芯片將單片機(jī)的串行通信接口與USB接口連接起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)USB與計(jì)算機(jī)通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、調(diào)試和程序加載等操作。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本章節(jié)主要對(duì)系統(tǒng)主程序以及各模塊子程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)各個(gè)程序流程進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高效率運(yùn)行。系統(tǒng)主流程設(shè)計(jì)圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s11圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s11主程序流程圖驅(qū)動(dòng)模塊程序設(shè)計(jì)圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s12驅(qū)動(dòng)模塊流程圖開(kāi)啟掃地機(jī)器人，單片機(jī)等待執(zhí)行信號(hào)，在手機(jī)上或者電腦上按下“打開(kāi)吸塵器”按鍵后，圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s12驅(qū)動(dòng)模塊流程圖4.3清潔模塊程序設(shè)計(jì)開(kāi)啟掃地機(jī)器人，等待設(shè)備與WIFI成功連接，單片機(jī)等待執(zhí)行信號(hào)，在手機(jī)上或者電腦上按下“打開(kāi)邊刷”或“打開(kāi)吸塵器”按鍵后，根據(jù)用戶需要選擇掃地機(jī)器人完成相應(yīng)的清潔任務(wù)，如果工作完成，再選擇“結(jié)束”按鍵，結(jié)束工作，否則繼續(xù)執(zhí)行掃地或吸塵功能。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s13清潔模塊流程圖圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s14圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s14避障模塊流程圖通訊模塊程序設(shè)計(jì)圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s15通訊模塊流程圖圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s15通訊模塊流程圖程序語(yǔ)言及開(kāi)發(fā)環(huán)境本系統(tǒng)在程序設(shè)計(jì)任務(wù)中采用了C++語(yǔ)言，其程序結(jié)構(gòu)清晰明了、易于進(jìn)行后續(xù)的擴(kuò)展，此外，C++編寫(xiě)的程序具備良好的可讀性，能夠有效保證代碼質(zhì)量，并提升運(yùn)行效率，從而滿足系統(tǒng)對(duì)性能與穩(wěn)定性的高要求，并且C++的性能和類層次結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是明確的，功能性豐富，可讀性高，可以有效實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)目的。關(guān)于開(kāi)發(fā)平臺(tái)則選擇借助ardunio軟件來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，它arduino擁有著優(yōu)秀的窗口管理系統(tǒng),輔助實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)可行性的驗(yàn)證。圖STYLEREF1\s4.6arduino軟件的編程界面圖STYLEREF1\s4圖STYLEREF1\s4.6arduino軟件的編程界面圖STYLEREF1\s4.7arduino引腳定義初始化圖STYLEREF1\s4.圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s18基本控制函數(shù)圖STYLEREF1\s4.9自動(dòng)避障函數(shù)圖STYLEREF1\s4.10等待WIFI圖STYLEREF1\s4.10等待WIFI指令圖STYLEREF1\s4.11自動(dòng)還是手動(dòng)圖STYLEREF1\s4.12WIFI基本設(shè)置圖STYLEREF1\s4.13WIFI等待驗(yàn)證圖STYLEREF1\s4.13WIFI等待驗(yàn)證圖STYLEREF1