本發明屬于互聯網技術領域，尤其涉及一種掃地機器人的硬件系統。
背景技術：
隨著信息時代的高速發展，掃地機器人是被廣泛應用于智能家居領域的智能設備，自動清掃機器人是當今服務機器人領域一個熱門的研究方向，從理論和技術上講，自動清掃機器人比較具體地體現了移動機器人的多項關鍵技術，具有較強的代表性，從市場前景角度講，自動清掃機器人將大大降低勞動強度、提高勞動效率，適用于賓館、酒店、圖書館、辦公場所和大眾家庭，因此開發自動清掃機器人既具有科研上的挑戰性又具有廣闊的市場前景。
目前，在控制掃地機器人進行清潔時，通常采用的控制方式為：通過遙控裝置發出控制信號，控制掃地機器人在各個方向上的移動，當接近障礙物時，控制掃地機器人停止移動，以避免與障礙物發生碰撞。
然而，當采用上述方式控制掃地機器人時，一方面，需要頻繁對遙控器進行操作，造成在控制掃地機器人的移動的過程較為繁瑣，另一方面，當接近諸如掃地機器人接近電線被纏繞、接近地毯被卡住的情況，均需要以人工方式進行排除才能使掃地機器人重新移動，造成在控制掃地機器人的移動的過程較為繁瑣。
因此，需要一種新的掃地機器人的硬件系統的產生來克服上述技術中的缺陷。
技術實現要素：
針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種新的掃地機器人的硬件系統，能自動走遍所以可進入的房間，可以自動清掃吸塵，可在遙控和手控狀態下清掃吸塵。
一種掃地機器人的硬件系統，所述硬件系統包括單片機AT89C51和分別與所述單片機AT89C51連接的狀態設置按鈕、電動驅動、外圍電路和傳感器接口，所述傳感器接口連接至紅外避障傳感器和紅外遙控，所述外圍電路連接至電源模塊、復位電路和時鐘電路，所述電動驅動鏈接至驅動電機、毛刷電機和吸塵電機。
優選地，所述掃地機器人的車箱體采用框架式結構：從下至上分隔成三個空間：第一層裝配各運動部件的驅動電機、傳動機構；第二層為垃圾存儲空間；第三層裝配機器人控制系統、接線板、電源電池和開關。
本發明的技術方案具有以下有益效果：
本發明提供的一種掃地機器人的硬件系統，主控模塊通過對各子程序的調用,按一定時序完成了對吸塵器的控制,避障模塊通過對采集到的超聲波信號和接近開關信號的判斷和處理,很好地完成了對障礙物的自動感知和自主躲避;步進電機及吸塵電機控制精度較高等。
附圖說明
圖1是本發明一種掃地機器人的硬件系統的結構框圖。
具體實施方式
為了清楚了解本發明的技術方案，將在下面的描述中提出其詳細的結構。顯然，本發明實施例的具體施行并不足限于本領域的技術人員所熟習的特殊細節。本發明的優選實施例詳細描述如下，除詳細描述的這些實施例外，還可以具有其他實施方式。
下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細說明。
參照圖1，圖中公開了一種掃地機器人的硬件系統，所述硬件系統包括單片機AT89C51和分別與所述單片機AT89C51連接的狀態設置按鈕、電動驅動、外圍電路和傳感器接口，所述傳感器接口連接至紅外避障傳感器和紅外遙控，所述外圍電路連接至電源模塊、復位電路和時鐘電路，所述電動驅動鏈接至驅動電機、毛刷電機和吸塵電機。
所述掃地機器人的車箱體采用框架式結構：從下至上分隔成三個空間：第一層裝配各運動部件的驅動電機、傳動機構；第二層為垃圾存儲空間；第三層裝配機器人控制系統、接線板、電源電池和開關。
步進電機作為執行元件，廣泛應用于各種自動化設備中，步進電機和普通電動機不同之處在于它是一種可以將電脈沖信號轉化為角位移的執行機構，工作中傳遞轉矩的同時還可以控制角位移或速度，本發明中采用兩臺步進電機分別驅動兩個驅動輪，通過通電方式的不同使自動清掃機器人的行走機構達到前進、后退、左轉、右轉的運動姿態，自動清掃機器人的吸塵器則采用直流電機（H橋式電路）驅動。
采用以AT89C51單片機為核心的紅外接收電路和步進電機驅動電路。紅外遙控器發射不同的碼值來控制步進電機的正轉、反轉、加速減速以及啟動停止。單片機通過對紅外信號的解碼來實現步進電機的變速。
由于吸塵器兩動力輪的中心與車體中心不重合,故采用以一輪為中心的旋轉方式并通過檢測轉彎標志位(1或0)來判斷轉向，在墻角轉彎時處，根據吸塵器外形的幾何尺寸計算吸塵器遇墻停止后,后退再轉彎的時間。吸塵器內圈行走時的轉彎依靠轉彎設定值實現，當超聲波傳感器1的值小于等于設定值時,吸塵器轉彎。考慮到超聲波傳感器的最小量程為0.5m,第一圈內圈行走的轉彎設定值設定為50cm,以后每圈的轉彎設定值遞增30cm。吸塵器單向行駛至轉彎結束的過程稱為一次單向清掃過程。若某次單向行駛結束后檢測到超聲波傳感器1的值小于轉彎設定值,則吸塵器原地再次轉彎,然后前進至墻停止,整個房間清掃完畢。
設計躲避障礙物功能模塊程序設計避障總規則:利用超聲波實測值與已測得的房間長(寬)值的比較,判斷某次單向清掃途中是否有障礙物。若有障礙物:行走時若為左轉,采用左避讓規則;行走時若為右轉,采用右避讓規則。障礙物避開后按行走規則繼續行進;若無障礙物:按行走規則繼續行進,在轉彎前應判斷是否有足夠的空間供機器人吸塵器轉彎。若吸塵器可以轉彎,則轉彎,本次單向清掃完畢;若吸塵器不能轉彎,說明下次單向清掃起始點處有障礙物,后退,避開障礙物后再轉彎,前進至通過障礙物邊線后,本次單向清掃完畢。避障功能是在行走功能基礎上實現的,分為內圈避障程序設計和外圈程序設計。清掃完畢的判斷方案:用外圈行走結束后清掃區域的精確長、寬值與內圈行走軌跡寬度30cm相除,商即為長、寬方向上各自所需的單向清掃次數,有余數則說明還有一塊寬度小于30cm的矩形區域需要清掃。在執行內圈避障時,只要長或寬任意方向上的單向清掃次數達到所需的次數,即認為清掃完畢,剩余矩形區域的清掃在終止模塊中完成。
為保證車體運行時不偏離軌道,采用陀螺儀傳感器監視車體運動狀況，當車體偏移量達到一定值時,通過控制行進方式調整車體姿態，當車體偏轉角度大于10%時,開始調整車體姿態，首先判斷車體偏轉的方向并記錄車體偏轉角度，為使車體能最大限度地回到原位置,采用一個動力輪不動,另一動力輪倒轉的方式實現車體姿態調整，使用該方案調整車體位置后,車體并不一定能恰好回到原位置,但誤差已經達到最小。
主控程序是吸塵器工作的主體邏輯。在主控程序中需要完成DSP的初始化設置,考慮各功能模塊間的邏輯關系,實現對各子程序的調用,并要充分考慮到各級中斷信號對程序運行的影響,做出正確的處理、協調。
主控程序流：用戶操作鍵盤時接近開關可能會工作,這有可能導致程序運行出錯,故DSP需在程序最開始首先屏蔽所有中斷，鍵盤的檢測由單片機實現,用戶若想通過鍵盤設定吸塵器工作方式,則必須在開機后20s內開始操作,該20s的延時由DSP提供,20s后若無鍵按下,則認為用戶未設定吸塵器工作狀態,系統按自動方式開始工作;20s后若有鍵按下,則將等待用戶輸入完畢后,按照用戶設定要求工作。
系統初始化程序設計，系統的初始化程序是系統各功能實現的前提。給狀態寄存器賦值,保證子程序調用或進入中斷時實現CPU各種狀態的保存;數據存儲區配置;輸出口的選擇及功能設定;中斷的相關寄存器處理;累加器的溢出方式選擇及系統的時鐘頻率的選定等功能都在初始化程序中實現。
系統中斷處理，系統設計中共有4路中斷信號需要處理,其中8路接近開關和4路超聲波傳感器共用優先級為1級的外部中斷XINT1;兩個事件管理模塊EVA和EVB在產生PWM波形時用到了優先級為2級的定時器1和定時器3的周期中斷;此外,陀螺儀的測量值經ADC轉換時用到了中斷優先級為6級的ADC中斷。
外部中斷XINT1的處理，由于8路接近開關和超聲波傳感器共用XINT1中斷,故在響應該中斷時應首先判斷是哪個外部設備產生的中斷請求,然后進行相應的處理。若為接近開關中斷,單片機向雙口RAM8040h單元寫0,若為超聲波中斷則寫1,DSP通過讀8040h單元內容來判斷是哪個外設產生的中斷:①若為超聲波傳感器發出的中斷,在其中斷服務程序中只需重新開中斷即可(這是因為進入中斷服務程序時,系統自動關閉中斷)；②若為接近開關中斷,需判斷該接近開關是否工作。工作時,則在中斷服務程序中還要執行停止程序,否則只需開中斷即可。是第幾個接近開關工作,單片機就在雙口RAM8033h單元中寫幾,若同時有多個接近開關工作,則單片機從8033單元的最低位起將其序號依次寫入。DSP只需依照此規則便可根據8033h單元內容判斷是哪個接近開關工作；ADC中斷處理，吸塵器在測距模塊中車體旋轉180,左、右轉及姿態調整的過程中都會響應ADC中斷,故在執行上述功能的程序時分別向012Eh單元寫0、1、2、3,功能實現后再向012Eh單元寫4,這樣,響應中斷時便可在中斷服務程序中通過查詢012Eh單元的內容來判斷車體的運動情況,從而執行不同的服務程序。
定時器周期中斷處理，定時器周期中斷的處理相對簡單,只需在中斷服務程序中將計數器1和計數器3重新設置計數初值并開中斷即可。
本發明提供的一種掃地機器人的硬件系統，主控模塊通過對各子程序的調用,按一定時序完成了對吸塵器的控制,各主要功能模塊滿足設計要求：如避障模塊通過對采集到的超聲波信號和接近開關信號的判斷和處理,很好地完成了對障礙物的自動感知和自主躲避;步進電機及吸塵電機控制精度較高等。
最后應當說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員依然可以對本發明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的權利要求保護范圍之內。