基于SLH89F5162的智能清潔機(jī)器人

電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊為清潔機(jī)器人的行駛提供動(dòng)力，機(jī)器人啟動(dòng)、行駛和剎車時(shí)電機(jī)都會(huì)需要較大的驅(qū)動(dòng)電流，該模塊必須能夠提供足夠的電流并保證發(fā)熱量不會(huì)太大。本系統(tǒng)選用了驅(qū)動(dòng)芯片L298N.

L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；額定功率25W.內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298N芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該芯片可以驅(qū)動(dòng)一臺(tái)兩相步進(jìn)電機(jī)或四相步進(jìn)電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)。

引腳J1可用于輸入PWM脈寬調(diào)制信號(hào)對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。（如果無須調(diào)速可將兩引腳接5V，使電機(jī)工作在最高速狀態(tài)。）實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)也很容易，輸入信號(hào)端IN1接高電平輸入端IN2接低電平，電機(jī)M1正轉(zhuǎn)。（如果信號(hào)端IN1接低電平，IN2接高電平，電機(jī)M1反轉(zhuǎn)）控制另一臺(tái)電機(jī)是同樣的方式，輸入信號(hào)端IN3接高電平，輸入端IN4接低電平，電機(jī)M2正轉(zhuǎn)。（反之則反轉(zhuǎn)），PWM信號(hào)端A控制M1調(diào)速，PWM信號(hào)端B控制M2調(diào)速。可參考表2-2：


表2-2驅(qū)動(dòng)模塊控制表

清潔機(jī)器人必須知道自身位置，在特定位置或區(qū)域進(jìn)行特定的動(dòng)作，完成對房間的吸塵任務(wù)。它需要通過傳感器進(jìn)行障礙檢測，并將障礙物信息傳送給MCU，進(jìn)行決策，最終完成全區(qū)域路徑覆。障礙探測是指由各種傳感器組成的傳感器陣列對周圍未知環(huán)境進(jìn)行探測。整個(gè)傳感器陣列就像是清潔機(jī)器人的“眼睛”，收集周圍未知環(huán)境的某些信息。清潔機(jī)器人中的傳感器數(shù)量比較多，相關(guān)的有用于環(huán)境感知的傳感器、自身定位傳感器，種類繁多，將這些傳感器的信息有效融合是一個(gè)重要問題。

方案l：避障用激光傳感器，激光傳感器是一種利用激光技術(shù)進(jìn)行測量的新型傳感器。它由激光器、激光檢測器和測量電路組成，具有能實(shí)現(xiàn)無接觸遠(yuǎn)距離測量、速度快、精度高、量程大、抗光、電干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是激光傳感器價(jià)格昂貴，外接電路設(shè)計(jì)十分復(fù)雜，不適合小車的需要，因此放棄該方案。

方案2：避障用超聲波傳感器，超聲波傳感器是一種利用超聲波的特性研究的測量傳感器。它主要由壓電晶片組成，用來發(fā)射和接收超聲波。超聲波在空氣里傳播時(shí)，會(huì)因不同介質(zhì)的聲阻抗不同而產(chǎn)生反射，因此測量發(fā)射接收信號(hào)間的時(shí)間差，可以得到障礙物的距離，該信號(hào)經(jīng)過運(yùn)算放大器，傳送給控制芯片LPC2132，LPC2132發(fā)出控制信號(hào)改變小車的轉(zhuǎn)向，作出對障礙物的正確判斷。超聲波傳感器的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)速度靈敏，可測距離遠(yuǎn)，收到外界的干擾小，缺點(diǎn)是超聲波在小空間不同方向里會(huì)進(jìn)行多次反射，當(dāng)和障礙物形成一定角度時(shí)，會(huì)發(fā)生鏡面反射，產(chǎn)生幻影，從而動(dòng)作混亂。

方案3：避障用紅外光電開關(guān)。紅外發(fā)射器發(fā)出紅外線，遇到障礙物后，光線反射回來，接受的光感三極管導(dǎo)通，單片機(jī)接受到相應(yīng)的電平信號(hào)。其優(yōu)點(diǎn)是對近距離的障礙物反應(yīng)速度靈敏，信號(hào)之間抗干擾能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是距離要求近，容易受自然光的影響。經(jīng)過傳感器性價(jià)比和課題實(shí)際要求的綜合分析，超聲避障實(shí)現(xiàn)方便，技術(shù)成熟，是移動(dòng)機(jī)器人常用的避障方法，因此我們選擇超聲波傳感器作為機(jī)器人的眼睛［5］。

本系統(tǒng)中采用了US-100超聲波測距模塊，可實(shí)現(xiàn)2cm~4.5m的非接觸測距功能，擁有2.4~5.5V的寬電壓輸入范圍，靜態(tài)功耗低于2mA，自帶溫度傳感器對測距結(jié)果進(jìn)行校正，同時(shí)具有GPIO，串口等多種通信方式，內(nèi)帶看門狗，工作穩(wěn)定可靠。

遙控可以使機(jī)器人的操作更加方便，本系統(tǒng)中要通過智能手機(jī)遙控機(jī)器人，而智能手機(jī)的信號(hào)正是通過藍(lán)牙發(fā)出，因此只需在機(jī)器人上安裝藍(lán)牙模塊。由于機(jī)器人只接受數(shù)據(jù)，不發(fā)送數(shù)據(jù)，所以只需藍(lán)牙的從機(jī)模塊即可。

本系統(tǒng)中采用了型號(hào)為HC-06的藍(lán)牙模塊，其中編號(hào)06就表示其為從機(jī)模塊，在藍(lán)牙模塊的命名規(guī)則中偶數(shù)命名的型號(hào)出廠時(shí)就確定了從機(jī)，并無法更改。用戶不可以自己切換主機(jī)或者從機(jī)，用戶可以空過AT指令集對藍(lán)牙模塊進(jìn)行配置，AT指令集較少，包括修改藍(lán)牙名（限于從機(jī)），修改密碼，修改波特率，詢問版本號(hào)等幾個(gè)基本功能。