论文总字数：21414字

摘 要

随着经济在不断的发展，科技创新日新月异，越来越多的智能化设备涌现出来。智能机器人的研究成了热门，越来越受到人们的关注，然而智能扫地机器人渐渐的出现在我们的日常生活中。它能够帮助我们清扫家庭垃圾，大大的降低了我们劳动力，极大的改善我们的生活质量。本次设计的扫地机器人具有手动、随机和路径规划三种模式的清扫，能够进行遥控控制，具有防坠落等功能。扫地机器人的设计方法是采用STM32F103单片机作为主控制系统，采用L298N驱动模块进行电机控制，用OLED 液晶显示屏显示扫地机器人运行方向，清扫部分采用电机带动毛刷，而吸尘部分利用电机反转带动扇叶模拟吸尘，利用红外避障传感器进行有效的避障，扫地机器人的启动、停止和三种模式的转换采用红外遥控器进行控制。最后，把设计好的扫地机器人进行硬件结合软件调试。

通过调试表明，该系统具有稳定性，能够实现手动模式、随机模式和路径规划模式的清扫任务。可以有效的清理家庭垃圾，满足家庭生活的需求，具有很好的市场应用前景。

关键词：STM32；红外避障；红外遥控；电机控制；路径规划；

Design and Implementation of Sweeping Robot Based on STM32

Abstract

With the continuous development of economy and the rapid development of scientific and technological innovation, more and more intelligent equipment emerged. The research of intelligent robots has become a hot topic and has attracted more and more attention. However, intelligent floor sweeping robots are gradually emerging in our daily life. It can help us clean up household garbage, greatly reduce our labor force, and greatly improve our quality of life. The designed sweeping robot has three modes of manual, random and path planning. It can carry out remote control and has the function of anti-falling. The design method of the sweeping robot is to use STM32F103 as the main control system, L298N driving module to control the motor, OLED LCD display to show the direction of the sweeping robot, motor-driven brush is used in the sweeping part, fan blade is driven by motor reversal to simulate dust absorption, and infrared obstacle avoidance sensor is used for effective obstacle avoidance. Start-up, stop and conversion of three modes are controlled by infrared remote controller. Finally, the designed sweeping robot is debugged by hardware and software.

The debugging results show that the system is stable and can realize the cleaning tasks of manual mode, random mode and path planning mode. It can effectively clean up household garbage and meet the needs of family life. It has a good market application prospect.

Key words: STM32; infrared obstacle avoidance; infrared remote control; motor control; path planning;

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究的背景 1

1.2 国内外研究发展综述 1

1.2.1 扫地机器人的特点 1

1.2.2 国外研究发展的现状 1

1.2.3 国内研究发展的现状 3

1.3 本课题主要设计和研究工作 3

第二章 总体系统方案的选择及设计 5

2.1 总体设计任务简述 5

2.2 系统总体框图 5

2.3 路径规划的设计 5

2.4 机身结构的选择 6

2.5 系统模块的选择 6

2.5.1 单片机的选择 6

2.5.2 驱动模块的选择 7

2.5.3 电机的选择 7

2.5.4 传感器的选择 7

2.5.5 液晶显示的选择 7

2.5.6 电源的选择 8

第三章 硬件的介绍与电路设计 9

3.1 单片机系统 9

3.2 STM32最小系统 9

3.2.1 系统时钟电路 9

3.2.2 复位电路 10

3.2.3 启动电路 10

3.3 驱动模块 10

3.3.1 驱动模块介绍 10

3.3.2 驱动电路连接 11

3.4 传感器避障模块 12

3.4.1 传感器避障模块介绍 12

3.4.2 传感器电路连接 12

3.5 液晶显示模块 13

3.5.1 液晶显示模块介绍 13

3.5.2 液晶显示模块电路连接 13

3.6 电源转换模块 14

3.7 红外遥控模块 14

3.7.1 红外遥控的介绍 14

3.7.2 红外遥控电路连接 15

3.8 报警模块 15

3.8.1 报警模块介绍 15

3.8.2 报警模块电路连接 15

第四章 软件设计 17

4.1 主程序流程 17

4.1.1 手动模式流程 17

4.1.2 随机模式流程 18

4.1.3 路径规划模式流程 19

4.2 液晶显示流程 19

4.3 防坠落流程 20

第五章 调试实验 21

5.1 硬件调试 21

5.1.1 检验主板电路连接 21

5.1.2 检验驱动电路连接 21

5.1.3 驱动模块上电调试 21

5.1.4 红外避障模块调试 22

5.1.5 车轮与车架间隙调试 22

5.2 功能调试 23

5.2.1 手动模式调试 23

5.2.2 随机模式调试 23

5.2.3 路径规划模式调试 25

5.2.4 液晶显示调试 27

5.2.5 防坠落调试 28

5.2.6 清扫模块调试分析 29

第六章 总结与展望 30

致 谢 31

参考文献 32

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景

随着自动化及科技的进步，各种类型的智能机器人不断涌现出来。智能机器人不仅在轻工业和重工业中有着不可替代的位置，而且在我们的日常生活中也占据了重要的地位，因此智能机器人的研究成为了现在的热点。在我们日常生活见的最多的智能机器人大多数是服务类型的机器人，这种机器人的出现主要有以下几种原因：其一是老龄化比例增多和福利政策体制改革为服务类型机器人打开了市场；其二是为了减少劳动力成本；其三是人们为了解放自己的双手和摆脱无聊的体力工作。服务类型的机器人与工业类型的机器人相比较具有面向对象、自适应具体的环境和任务、不受结构约束的移动性。因此，服务类型的机器人的多数为移动的机器人^[1,2]。

智能扫地机器人能够在房间完成自主清扫，这种机器人的制作和研发所用到的知识包括：电子方面、传感器方面、机器人方面、机械方面、智能人工方面、控制方面等多方面学科一体化的应用。智能扫地机器人作为家庭服务类型机器人推动了机器人在实用中的先行发展。从1997年，第一台扫地机诞生，到现在越来越多种类的智能扫地机器人发展起来，带动了传感器、图像处理识别、语音处理识别等技术的不断发展^[3-5]。

1.2 国内外研究发展综述

1.2.1 扫地机器人的特点

扫地机器人的特点：

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