基于MSP430的智能清洁机器人系统设计

摘要

本文首先对清洁机器人国内外的发展进行了论述。介绍了本课题的研究意义和主要研究内容。在综合比较国内外多种产品后，提出了适合普通家庭使用的清洁机器人整体设计方案。
　　本文设计了一个智能清洁机器人系统，并针对机器人的速度控制部分设计了一个按键调参系统。选择MSP430G2553单片机作为控制芯片，详细介绍了机器人系统的硬件组成部分，主要有稳压模块、遥控模块、避障模块、测速模块、电机驱动模块、报警模块、清洁模块等。对于比较关键的电机驱动模块设计了三种方案，最终选择使用双H桥L298N芯片作为驱动设计核心芯片，用于控制机器人的左右两台直流电机。
　　按键调参系统也选择MSP430G2553单片机作为控制芯片，通过按键输入模块，可对速度控制方案中的各个参数进行设置，使用LCD1602液晶显示器显示各个参数的具体数值，使该控制系统的动态性能指标达到设计要求。
　　所设计的智能清洁机器人使用手机进行无线遥控，机器人接收到手机发出的指令后，通过控制左右两台直流电机的工作状态，配合一个方向轮，可控制机器人实现前进、后退、向左、向右、自主避障等多种工作模式。在工作过程中，通过光电编码器测量两台电机的转速，反馈给控制器。控制器经过PI调整后，输出PWM波控制电机的速度。机器人还可以通过三个红外避障传感器对左侧、前方、右侧的三个方向的障碍物进行检测，并根据不同的情况进行自主避障。
　　软件设计方面，实现了机器人自主避障、PWM输出、定时器定时、测速、直线调整、按键输入、LCD1602显示等子程序的设计。
　　最后，对各模块进行了硬件调试和软件调试，对出现的问题进行了分析和解决。对其性能进行测试，该机器人可实现所设计的功能，完成清扫任务。

目录

声明

1 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外研究概况

1.3 清洁机器人的关键技术

1.4 课题主要研究内容

2 整体设计

2.1 硬件系统设计

2.2 软件系统设计

2.3 本章小结

3 硬件系统设计

3.1 微处理器

3.2 5V稳压电路

3.3 3.3V稳压电路

3.4 14V稳压电路

3.5 遥控模块

3.6 避障模块

3.7 按键模块

3.8 电压检测模块

3.9 测速模块

3.10 电机驱动模块

3.11 报警模块

3.12 清洁模块

3.13 光电隔离模块

3.14 本章小结

4 软件系统设计

4.1 机器人系统主程序

4.2 PWM子程序设计

4.3 无线遥控子程序设计

4.4 避障模块子程序设计

4.5 测速模块子程序设计

4.6 直线调整子程序设计

4.7 电压检测子程序设计

4.8 机器人动作子程序设计

4.9 按键调参主程序设计

4.10 按键子程序设计

4.11 LCD1602显示子程序设计

4.12 PI控制子程序设计

4.13 本章小结

5 系统调试

5.1 硬件调试

5.2 软件调试

5.3 整机调试

5.4 系统调试问题总结

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

附录

致谢

从事科学研究和学习经历

攻读硕士期间主要成果