CN108606725A - 一种基于单片机的机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于单片机的机器人，包括：中空的壳体、盖在壳体顶部的端盖、安装在壳体底部的滚轮、设置在壳体内的控制器和连接控制器的红外线人体探测器、红外线传感器、有毒气体探测仪；红外线人体探测器、红外线传感器、有毒气体探测仪的输入端在壳体上露出；壳体内具有驱动滚轮的电机；壳体内还装有负离子发生器和吸尘器；壳体底面具有与吸尘器连接的吸尘孔；壳体内还具有电池。本发明提供的基于单片机的机器人，具有吸尘、清新空气、报警等多种功能。能够检测有毒气体和人体，并发出警报；智能化程度高，整体设计合理，适合家庭和公司工厂所使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于单片机的机器人，属于智能家电技术领域。
背景技术
现有的家庭机器人基本只有智能吸尘器，也就是说只具有吸尘功能。相对来说，功能单一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提出一种多功能的基于单片机的机器人。
本发明为了解决上述技术问题提出的技术方案是：一种基于单片机的机器人，包括：中空的壳体、盖在所述壳体顶部的端盖、安装在所述壳体底部的滚轮、设置在所述壳体内的控制器和连接所述控制器的红外线人体探测器、红外线传感器、有毒气体探测仪；所述红外线人体探测器、红外线传感器、有毒气体探测仪的输入端在壳体上露出；所述壳体内具有驱动所述滚轮的电机；所述壳体内还装有负离子发生器和吸尘器；所述壳体底面具有与所述吸尘器连接的吸尘孔；所述电机、负离子发生器与吸尘器由所述控制器控制；所述负离子发生器与出气孔相连；所述控制器包括单片机和与所述单片机连接的无线模块、显示器、报警铃；所述壳体内还具有电池。
上述方案进一步的改进在于：所述壳体内具有第一隔板；所述吸尘器和所述电机承载在所述第一隔板上。
上述方案进一步的改进在于：所述壳体内具有第二隔板；所述单片机布置在所述第二隔板上。
上述方案进一步的改进在于：所述端盖顶部具有连接所述电池的太阳能电池板。
上述方案进一步的改进在于：所述端盖顶部具有连接所述控制器的光线传感器。
上述方案进一步的改进在于：所述端盖顶部具有连接所述控制器的定时器。
上述方案进一步的改进在于：所述太阳能电池板优选为单晶硅太阳能电池板。
上述方案进一步的改进在于：所述单片机优选为STM32单片机。
上述方案进一步的改进在于：所述无线模块优选为凌晨新公司生产的超低耗2.4G的无线模块，使用SPI总线和单片机通信，视距15KM，城市环境3KM，穿透力很强。
上述方案进一步的改进在于：所述负离子发生器优选为JP-A2262。
上述方案进一步的改进在于：所述光线传感器优选为AMIS-7480X环境光线传感器，AMIS-7480X环境光线传感器是由两个组件即投光器及受光器所组成，利用投光器将光线由透镜将之聚焦，经传输而至受光器之透镜，再至接收感应器，接收感应器将收到之光线讯号转变成电信号，此电信讯号更可进一步作各种不同的开关及控制动作，其基本原理即对投光器受光器间之光线做遮蔽之动作所获得的信号加以运用以完成各种自动化控制。
上述方案进一步的改进在于：所述定时器优选为555定时器，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路；它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路，内部电压标准使用了三个5K电阻；外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5-16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3-18V，一般用5V；直接清零端RST，当此端接低电平时，则时基电路不工作。
上述方案进一步的改进在于：所述红外线传感器优选为LHI778KP506B。
上述方案进一步的改进在于：所述有毒气体探测仪优选为MQ138有毒气体传感器，具有高灵敏度、快速响应、大信号输出、寿命长的优点，适用于多种有机挥发物的检测。
上述方案进一步的改进在于：所述滚轮优选为4存尼龙带刹车万向轮。
上述方案进一步的改进在于：所述红外线人体探测器优选为AS312PIR热释电人体红外探测器。
上述方案进一步的改进在于：所述吸尘器优选为TEK微型无线吸尘器。
上述方案进一步的改进在于：所述电机优选为220V交流伺服电机。
上述方案进一步的改进在于：所述壳体的形状设计为圆柱形，材质为聚氯乙烯硬塑料，尺寸为高100厘米，底面积50平方厘米。
上述方案进一步的改进在于：所述显示器优选为LCD液晶显示器。
上述方案进一步的改进在于：所述开关按钮优选为HTML开关按钮。
上述方案进一步的改进在于：所述隔板的材质优选为绝缘尼龙隔板。
上述方案进一步的改进在于：所述电池优选为蓄电池。
本发明提供的基于单片机的机器人，具有吸尘、清新空气、报警等多种功能。能够检测有毒气体和人体，并发出警报；智能化程度高，整体设计合理，适合家庭和公司工厂所使用。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明一个优选的实施例的结构示意图。
图2是本发明一个优选的实施例的内部结构示意图。
图3是本发明一个优选的实施例的模块连接示意图。
图4是本发明一个优选的实施例的STM32单片机最小系统原理图。
图5是本发明一个优选的实施例的调试电路原理图。
图6是本发明一个优选的实施例的电机驱动电路原理图。
图7是本发明一个优选的实施例的报警铃电路原理图。
图8本发明一个优选的实施例的传感器电路原理图。
图9是本发明一个优选的实施例的无线模块电路原理图
具体实施方式
实施例
本实施例提供的基于单片机的机器人，如图1-3，包括：中空的桶状壳体10、盖在壳体10顶部的端盖、安装在壳体10底部的滚轮11、设置在壳体10内的控制器和连接控制器的红外线人体探测器18、红外线传感器21、有毒气体探测仪17；红外线人体探测器18、红外线传感器21、有毒气体探测仪17的输入端在壳体10上露出；壳体10内具有驱动滚轮11的电机；为了便于转向，本实施例中使用第一电机2驱动两个轮子，使用第二电机3驱动另外两个轮子。
壳体10内还装有负离子发生器19和吸尘器9；壳体10底面具有与吸尘器9连接的吸尘孔15；第一电机2、第二电机3、负离子发生器19与吸尘器9由控制器控制；控制器包括单片机1和与单片机1连接的无线模块16、显示器7、报警铃8；壳体10内还具有电池4，为以上各用电部件供电。壳体10内具有两层隔板14；吸尘器9和第一、第二电机承载在位于下层的隔板上。单片机1和无线模块16布置在上层的隔板上。端盖顶部具有连接电池4的太阳能电池板5。端盖顶部还具有连接控制器的光线传感器20。端盖顶部还具有连接控制器的定时器6。
本实施例中，单片机选用STM32单片机。
进一步地，红外线传感器21、有毒气体探测仪17、红外线人体探测器18、光线传感器20的I/O引脚分别接STM32单片机1的PB3、PB4、PB5、PB7引脚，并且通过PB6接5.1KΩ的上拉电阻，保证数据传输的准确性；无线模块16、显示器7、报警铃8的I/O引脚分别接STM32单片机1的PB11、PC5、PC6引脚；第一电机2、第二电机3、负离子发生器19、吸尘器9、定时器6的I/O引脚分别接STM32单片机1的PC7、PC8、PC9、PC10、PC11引脚。
结合附图4，该STM32单片机的最小系统图包括电源、单片机、时钟电路、复位电路；对于一个完整的设计来说，需要电源供电，电源模块的可靠是系统平稳运行的基础和前提。单片机系统都有晶振，全名叫做晶体振荡器，它结合单片机的内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，单片机运行的速度就越快，单片机接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率上。复位电路有按键复位和上电复位两部分组成，[1]按键复位：按键复位就是在复位电容(C22)上并联一个开关，当开关按下时电容(C22)被放电，RST也被拉到低电平，由于电容(C22)充电，会保持一定的低电平来使单片机复位。[2]上电复位：STM32单片机为低电平复位，通常在复位引脚RST上接一个电容(C22)到GND，在连接一个电阻(R22)到VCC,由此形成一个RC充放电回路，保证单片机在上电时RST脚上有足够的低电平进行复位，随后回归到高电平进行正常的工作。
结合附图5，串口只能下载代码，并不能实时跟踪调试，因而要利用调试工具，比如ULINK、JLINK、STLINK等就可以实时跟踪程序，从而找到你程序中的bug，STM32单片机支持JTAG和SWD，所以我们有两种调试方法，此处采用JTAG调试。
结合附图6，该电路为电机驱动电路，该电路通过隔离开关电源，将220V的交流电转化为24V的直流电，再经过肖特基二极管(D1)，通过三端集成电路IC芯片(LM7812)转化成12V的电压，PWM的信号为STM32单片机的输出信号，故电压幅值只有3.3V,通过上拉电阻(R4)接入到NPN型三极管(Q4)，经过NPN型三极管(Q2)和PNP型三极管(Q5)推挽输出，驱动N-MOS管(Q3),同时在电动机一侧并联一个肖特基二极管(D2)为续流二极管，它以并联的方式接到感应电动势的元件两端，与其形成闭合回路，从而起到保护电路元器件不被损坏的作用。
结合附图7，所示报警铃电路为蜂鸣器电路和三极管放大电路，使用驱动蜂鸣器的三极管为9012，三极管的类型为NPN型，R1为基极的限流电阻，蜂鸣器为有源蜂鸣器，单片机给基极一个电平就能持续发声。
结合附图8，传感器电路包括恒流源电路和PT1000桥式电路，在图中仅示意恒流源电路，同时R11选用为高精度电阻，使R58两端有较为精确的压差，减少部分检测误差；传感器采集到的模拟值传输给单片机进行处理。
结合附图9，该电路为无线模块电路图，图中RST脚为无线模块的复位脚，低电平有效，高电平运行，需要注意的是RST管脚一般在初始化的时候进行操作，初始化结束后禁止使用此管脚，此无线模块有6个普通的GPIO，我们的设计不需要使用，所以不需要连接，ANT管脚适用于连接外置天线，一般使用弹簧天线，可伸缩，体积小，安装简单。
工作原理：定时器6可以控制机器人工作的时间；第一电机2带动滚轮前进，当红外线传感器21检测前方一定距离有障碍物时，第二电机3改变前进方向；当有毒气体探测仪17检测到有毒气体或者可燃气体超标时，则通过报警铃8发出铃声提示，并通过无线模块使用网络将报警信息发送给对应用户的手机；当红外线人体探测器18监测到人体时，同样发出报警信号；壳体10上具有一个开关按钮12，能够关闭报警铃8；这样，如果是误触发，可以通过该按钮关闭；吸尘器9放通过吸尘气孔15吸尘；负离子发生器19通过出气孔22释放负离子清洁空气；当电量不足时，启动光线传感器20让机器人自动寻找光源储存电能；显示器7对机器人工作状态信息进行实时监控。
本发明不局限于上述实施例的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于单片机的机器人，其特征在于，包括：中空的壳体、盖在所述壳体顶部的端盖、安装在所述壳体底部的滚轮、设置在所述壳体内的控制器和连接所述控制器的红外线人体探测器、红外线传感器、有毒气体探测仪；所述红外线人体探测器、红外线传感器、有毒气体探测仪的输入端在壳体上露出；所述壳体内具有驱动所述滚轮的电机；所述壳体内还装有负离子发生器和吸尘器；所述壳体底面具有与所述吸尘器连接的吸尘孔；所述电机、负离子发生器与吸尘器由所述控制器控制，所述负离子发生器与出气孔相连；所述控制器包括单片机和与所述单片机连接的无线模块、显示器、报警铃；所述壳体内还具有电池。
2.根据权利要求1所述的基于单片机的机器人，其特征在于：所述壳体内具有第一隔板；所述吸尘器和所述电机承载在所述第一隔板上。
3.根据权利要求1所述的基于单片机的机器人，其特征在于：所述壳体内具有第二隔板；所述单片机布置在所述第二隔板上。
4.根据权利要求1所述的基于单片机的机器人，其特征在于：所述端盖顶部具有连接所述电池的太阳能电池板。
5.根据权利要求1所述的基于单片机的机器人，其特征在于：所述端盖顶部具有连接所述控制器的光线传感器。
6.根据权利要求1所述的基于单片机的机器人，其特征在于：所述端盖顶部具有连接所述控制器的定时器。
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