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单片机自动清洁机器人设计(电路图+原理图+流程图+源程序)-课程设计单片机自动清洁机器人设计最近在电视看到一款能够遥控移动的吸尘器，圆形的和遥控汽车差不多，我感觉到如果再不把自己的想法写出来，自己的创意会被很多人实现，我几年前就想设计一款能够打扫卫生的机器人，直到看到电视里的那个东西，我意识到，我要自己做一个出来。
移动机构是清洁机器人的主体，决定了清洁机器人的运动空间，一般采用轮式结构。
传感器系统一般采用超声波传感器、红外光电传感器、接触传感器等构成多传感器系统。
随着近年来控制技术、传感技术以及移动机器人技术等技术的迅速发展,智能清洁机器人控制系统的研究和开发已具备了坚实的基础和良好的发展前景。
吸尘系统在原理上与传统立式吸尘器相同，主要是在结构设计上更多考虑结构尺寸、集成度以及一些辅助机构的合理布置和利用，以此来提高能源利用率和工作效率。
现在的智能清洁机器人通过软硬件的合理设计，使其能够自动避开障碍物，实现一般家居环境下的自主清洁工作。
它的主要功能有: 1 能够自动熟悉地形，了解房间布局，感知自己的方位，记录和分析环境卫生状况，容易脏的地方多打扫，干净的地方少打扫，节省能源。
2能够自动补充能量。
当检测到电源不足时，自动找到电源，并充电。
充电结束自动专为待机状态。
3当垃圾装满后自动打包，并将垃圾放到主人指定的地点。
4能够检测主人是否在家，只有当主人不在家时，才出来打扫卫生，主人在家时机器人休息。
保证不影响主人的正常生活。
可行性分析:1应用超声波测距和滚轮定位就可以测到自己的位置，给据吸入垃圾量的多少，就可以分析出，那干净那里脏.2应用简单的空中加油技术就可以把自动充电搞定。
检测电源能量多少，和是否充满就更简单了.3垃圾打包只用简单的打包技术就可以解决.4机器人上装上热释红外探测器就知道主人在不在了..5剩下的功能，好多玩具里都有，只要把吸尘器和遥控车结合起来就搞定了1 系统整体方案设计1．1 制作清洁机器人的任务与要求：任务: 清洁机器人在场地上任意运动并吸尘，当遇到障碍物时，可自主避开障碍物绕道继续运动（轨迹由团队设定）。
课程设计任务书学生姓名：冀阳博专业班级：电气1001指导教师：龚跃玲工作单位：自动化学院1、题目: 机器人行走电路设计任务：设计一个能前进、后退的机器人行走控制电路。
要求：1)接通电源，机器人前进，行走一段时间后，机器人自动后退，退行一段时间后自动前行，周而复始。
2)机器人行走动力只能使用干电池，不能使用动力电源。
3)机器人前进、后退时间可调。
4）对设计电路进行仿真。
2、初始条件1.实验室提供万用表、信号发生器、直流稳压电源、示波器等设备。
2.学生已学习了大学基础课程和《电路》、《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《电力电子变流技术》等专业基础课程。
3.主要参考文献1)《新编电子电路大全》第1、2、3、4卷中国计量出版社2)《传感器及其应用电路》何希才编著电子工业出版社3)《电力电子变流技术》黄俊王兆安编机械工业出版社4)《集成电路速查手册》王新贤主编山东科学技术出版社5)《集成电路速查大全》尹雪飞陈克安编西安电子科技大学出版社6)《晶体二极管手册》各种版本皆可7)《晶体三极管手册》各种版本皆可3、要求完成的主要任务1.课程设计结束时每个学生要交一份按统一格式要求撰写的课程设计说明书，并装订成册。
2.课程设计说明书中每个题目要求有方案比较、绘制方框图、电原理图，阐述电路工作原理、每个元器件的主要参数、设计电路的性能指标及电路仿真效果图等。
3.说明书中除个人签名外，其它文字、符号、图形或表格一律用计算机打印。
4.文字、符号、图形等必须符合国家标准。
5.独立完成设计任务，严禁相互抄袭。
4、时间安排设计时间为二周（6月25日—7月6日），安排如下：1．6月25日上午，指导教师讲授课程设计的有关基本知识等。
2．6月25日下午——7月1日学生查阅资料，完成初步设计。
3．7月2日——7月3日检查设计进度，答疑、质疑。
4．7月4日——7月5日完善设计，形成设计说明书电子文档。
4．7月5日——7月6日课程设计打印、装订、提交。
摘要随着自动化生产程度的提高,PLC 在生产控制系统中的应用也越来越广泛。
本设计是基于西门子公司S7-300可编程控制器，设计了机械手臂PLC控制的自动控制系统。
该工艺过程主要是完成对电机的控制。
系统主要由变频器、转台电机、液压泵电机、采样头电机、输送机、破碎机、缩分机、收集器以及控制系统组成。
通过对系统主电路、控制电路设计，给出了机械手臂自动控制系统完整的硬件接线图和流程图。
根据机械手臂的生产工艺要求，设计并使用STEP 7编制了一套适用于该生产工艺的梯形图。
利用Simens公司的Wincc完成了机械手臂的监控界面。
本设计过程中涉及较多的开关量输入输出点，故选用配置灵活的模块式结构PLC 以提高系统的可靠性与处理效率。
关键词： S7-300；机械手臂；自动控制AbstractWith the improvement of automatic production, the PLC application in production control system is also more and more broad. This design based on the Siemens S7-300 programmable controller, PLC controlled robotic arm designed automatic control system. The key is to complete the process of motor control. System mainly consists of inverter, turntable motor, hydraulic pump motor, the sampling hea d and the motor, conveyor, crusher, reduced extension, the collector and the control system.Through the design of system main circuit and control circuit, gives the complete hardware of the control system wiring diagrams and flow charts.According to the mechanical arm's technique of production's request, Design and use STEP 7 for the preparation of a ladder in the production process. Wincc by Simens company completed a mechanical arm monitoring interface.This design involves more switches quantity input output spot, the simulation quantity input output spot, therefore selects input output disposition nimble module type structure PLC to enhance the system the reliability and the processing efficiency.Key Words:S7-300；Mechanical arm；Automatic control目录第一章绪论 (1)1.1设计背景 (1)1.2设计目的 (1)1.3国内外研究现状和趋势 (2)1.4设计原则 (3)第二章系统方案设计 (4)2.1设计依据 (4)2.2各部分功能分述 (5)2.2.1 采样过程 (5)2.2.2 制样过程 (5)2.3控制方案的比较、论证和确定 (5)2.3.1 方案的比较 (5)2.3.2 方案论证及确定 (8)2.4系统结构图 (9)第三章系统硬件设计 (10)3.1设计依据 (10)3.2硬件设计 (10)3.3电动机选型 (14)3.4变频器设计 (15)3.4.1 概述 (15)3.4.2 变频器分类 (15)3.4.3 变频器的组成、工作原理及控制方式 (15)3.4.4 变频器选择 (18)3.5硬件地址配置 (20)3.6控制系统模块选择 (22)3.6.1 设计依据 (22)3.6.2 S7-300系列PLC组成 (23)3.6.3 S7-300PLC特点 (24)3.6.4 模块选择 (24)第四章控制系统软件设计 (32)4.1软件设计分析 (32)4.2系统流程图 (32)4.3STEP7编程过程 (37)4.3.1 建立工程 (37)4.3.2 硬件配置 (37)4.3.3 STEP 7编程 (38)第五章组态画面设计 (40)5.1组态软件概述 (40)5.2WINCC的介绍 (40)5.3画面组态 (40)5.3.1 建立主界面 (40)5.3.2 建立手动控制界面 (41)5.3.3 动作过程 (42)第六章 S7-300与WINCC通讯 (43)总结 (46)参考文献 (47)英文翻译原文 (48)英文翻译译文 (60)致谢 (69)附录 (70)第一章绪论1.1 设计背景机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。
Fanuc机器⼈IO配置和UIUO配置Fanuc机器⼈IO配置和UI/UO配置说明：这⼏天直接跳转发送Fanuc部分内容知识，以供⼤家阅读借鉴。
这⾥主要给⼤家分享Fanuc机器⼈的IO分类以及CRMA15、CRMA16的IO分配，UI/UO的分配。
⼀、Fanuc机器⼈IO种类1、Fanuc机器⼈IO分类I/O （输⼊/输出信号），是机器⼈与末端执⾏器、外部装置等系统的外围设备进⾏通信的电信号。
有通⽤I/O 和专⽤I/O 。
（1）通⽤I/O通⽤I/O 是⽤户可以⾃⼰定义和使⽤的的I/O信号，通⽤I/O 有如下三类。
I/O 的ｉ表⽰信号号码和组号码的逻辑号码。
数字I/O：DI［i ］／DO［i ］个数：512/512群组I/O：GI［i ］／GO［i ］个数：100/100，范围：0-32767模拟I/O：AI［i ］／AO［i ］个数：64/64，范围：0-16383（2）专⽤I/O系统定义的专⽤IO信号，⽤户不能重新定义功能的信号；专⽤I/O 是⽤途已经确定的I/O ，专⽤I/O 有如下⼏种。
外围设备（ＵＯＰ）：UI［i ］／UO［i ］个数：18/20操作⾯板（ＳＯＰ）：SI［i ］／SO［i ］个数：15/15机器⼈I/O ：RI［i ］／RO［i ］个数：8/83、Fanuc机器⼈图⽚（图⽚来⾃百度⽹络）⼆、Fanuc机器⼈通讯IO模块1、Fanuc机器⼈硬件种类和机架号机架系指构成I/O 模块的硬件的种类。
?0 ＝处理I/O 印刷电路板1～16＝I/O 单元MODELＡ／Ｂ32 ＝I/O LINK 从动装置48 ＝外围设备控制接⼝（CRMA15、CRMA16）2、Fanuc机器⼈CRMA15、CRMA16插槽插槽系指构成机架的I/O 模块部件的号码。
使⽤处理I/O 印刷电路板的情况下，按所连接的印刷电路板顺序分别为插槽１、２．．．。
使⽤I/O 单元MODEL Ａ／Ｂ的情况下，则为⽤来识别所连接模块的号码。
摘要导盲机器人是为视觉障碍者行动提供导航帮助的一种服务机器人，它利用多种传感器对周围环境进行探测，将探测的信息进行处理然后做出相应的反馈提供给驱动装置和视障者，以帮助使用者有效地避开障碍。
世界上视觉障碍者数量众多，而他们只能用60%的感觉来获取经验。
因而设计一款实用的导盲机器人来帮助视觉障碍者是十分必要的。
本文在综述国内外现有导盲辅助工具特点的基础上，确定了导盲机器人的总体方案。
机器人行走机构采用1个万向轮和2个差动轮的轮式结构，在两个差动轮中，有一个是由驱动电机，从而控制车体行进方向，机器人前进的动力由使用者自身提供。
机器人采用西门子S7-200控制，配备射频传感器、红外传感器、超声波传感器等检测环境信息，并具有语音提示功能。
机器人的主体控制思想为BP神经网络算法，基于这种算法，机器人可以选择合适的转动角度，确定最优运动路径。
关键词: 导盲机器人；避障；传感器；BP神经网络算法AbstractAs one of serving robots, The blind guiding robot is a novel device designed to help blind or visually impaired users navigate safely. it detects the environment information by the many kinds of sensors. And it sends the information to the blind and robot, and helps him/her know the environment and avoid the obstacle efficiently.Throughout the world, the number of blind is numerous, and the blind have to use 60% abilities of sensory. Designing a sort of practical blind guiding robot to help thevisual impaired persons has great significance.According to the characters in the blind guiding robot at home and abroad, a portable and reasonable general scheme is designed. The walking mechanism of the robot is the wheel-structure. It has one steering wheel and two universal wheels. and one of universal wheels is driven by the motor. The steering wheel controls the marching direction of the robot. The progressive power of robot is provided by the user. A PLC is used to control the behaviors of the robot. And the robot detects the environment with three types of sensors including Ultrasonic Sensor, Infrared Sensor, and a RFID sensor. The main program of robot is based on BP neural network algorithm, And the robot can select the appropriate rotation angle, to determine the optimal motion path.Key words:The blind guiding robot；Avoiding Obstruction；Sensor；BP neural network algorithm第一章绪论1.1 引言世界卫生组织估计全世界有盲人4000万到4500万，低视力人数是盲人的3倍，约1.4亿人，我国曾在上世纪80年代进行过视力残疾状况调查。
智能小车控制在科技高速发展的当今社会，人类对于汽车的无人驾驶技术的研究热度有增无减，工程训练（电工电子）以STC系列的芯片作为主控芯片，搭配红外循迹、红外测距、超声波测距对智能小车的周边环境进行监测，保障小车可以安全正常的行驶，搭载颜色传感器用来识别物体的颜色。
系统图如图1所示。
图1. 系统框图一、芯片介绍1、STC15系列单片机智能小车以IAP15W4K58S4作为主控芯片，IAP15W4K58S4是属于STC15系列的单片机，芯片采用LQFP44方式封装,速度比传统8051快8-12倍，内部集成高精度R/C时钟；支持ISP/IAP（在系统/在应用可编程）；7个定时器/计数器，其中5个16位可重装定时器/计数器；4路超高速完全独立的串口；8通道10位ADC；6通道15位的高精度PWM，加上2路CCP；从型号规格体现出该芯片拥有58K ROM和4K RAM。
实物图如图2所示。
图2. IAP15W4K58S4实物图2、颜色传感器TCS3200颜色传感器TCS3200是TAOS公司推出的可编程彩色光到频率的转换器，采用8引脚表面贴装形式封装（如图3所示），它把可配置的硅光电二极管与电流频率转换器集成在单一的CMOS电路上，同时在芯片上集成四种不同的滤光器：红、绿、蓝（RGB）三种滤光器各16个，不带任何过滤器16个。
为了保证能够尽量减少入射光辐射不平衡，这64个过滤器是交叉排列，从而可以提高颜色识别率。
由于可以驱动标准的TTL或CMOS逻辑输入，所以可直接与MCU或其他逻辑电路相连接，并且可以直接输出数字量，并且能够实现每个彩色信道10位以上的转换精度，因而不再需要A/D转换电路，使电路变得更简单。
图3. TCS3200实物图TCS3200颜色传感器原理图如图4所示，利用三原色理，采集被测物的颜色，即各种颜色都是有三种颜色组成的，通过对芯片的S2、S3引脚编程选择不同的滤波器，它只能让某种特定的原色通过，经过电流到频率转换器后输出不同的方波，不同的颜色和光强对应不同频率的方波。
ABB 机器人DSQC652板外部IO接线与检测IO信号
9脚（0V)和10脚（24V)需要外接24V电源的正负极，如果不给电路板供电，DSQC652不会工作，输出的是24V（注意不是0V）。
输出电路图的9脚和10脚对应下图的0V和24V。
输入电路图的9脚和10脚对应下图的0V和NC。
上图圈出来胡区域是24V直流电源和DSQC652外部接线端。
1: 24V 2: 0V
3: DSQC652板输出的9脚（0V) 4: DSQC652板输出的10脚（24V) 5: DSQC652板输入的9脚（0V) 6：未连接有线
使用机器人电控箱电源需要使用输入输出时：
使用输出时：输出的是24V，2（0V)和3(0V)连接，1(24V)和4(24V)连接，用电器一端接输出、另一端接0V;
使用输入时：输入属于共0V，2（0V)、3(0V)和5(0V)连接，1(24V)和4(24V)连接，开关一端接输入、另一端接24V;
IO信号检测方法如下：
在ABB菜单里打开“输入输出”，点击“视图”，选择“数字输出”，点击任意一个输出信号，把值改为1即强制输出为1，可用万用表检测到输出。
选择“数字输入”可检测输入信号，外部接线，一端接输入，另一端接24V,可用万用表检测。
一、设定IO信号为常用信号操作1、设定说明这里把已经建立的IO信号设定为常用信号，主要是为了方便我们在示教器输入输出中查看信号和对信号进行各种操作。
机器人断电重启以后一般会在输入输出中显示常用IO信号，手动自动状态人不干预情况下都可以显示默认状态显示的常用IO信号。
2、设定步骤（1）ABB菜单——>控制面板——>常用IO配置——>进行配置常用IO信号并应用确认，之后再在ABB菜单——>输入输出中查看——>默认查看常用信号。
（2）具体操作图片A:ABB菜单——>控制面板B:控制面板——>常用IO配置C:进行配置常用IO信号并应用确认D:在ABB菜单——>输入中查看——>默认查看常用信号D：默认查看常用信号画面二、信号查看方式1、查看路劲在ABB菜单——>输入中查看——>默认查看常用信号，一般设定常用信号以后，**次查看信号都是看到默认设定的信号，如果开始没设定常用IO信号，则开始进去是不显示信号，直到点击右下角视图的查看方式以后才会显示对应的信号选项。
这里还有2、查看方式（1）进入常用信号画面：系统默认常用信号（2）信号查看方式：视图中按照需要查看类型选项选择（3）按信号IO设备查看（4）按照信号的名称、类别设置查看信号三、信号的强制仿真1、输入信号的仿真功能操作（1）仿真功能介绍ABB机器人（其他工业机器人同）的仿真功能，是对建立好的IO信号进行虚拟仿真，可以设定对应信号为需要的设定值，但是这些信号处于仿真状态时候，设定的输出信号值对外部真实设备无效，或者输入信号不是外部真实信号有输入，信号仿真就是对信号的虚拟状态，仅仅在机器人系统编程中起作用，不对真实设备起作用，所以称为信号的仿真功能。
这里不管是数字输入、模拟输入还是组输入信号都可以仿真，同样对于数字输出、模拟输出和组输出信号都可以进行使用仿真功能，这里使用数字输入和数字输出信号进行演示说明。
