基于ARM處理器的吸塵機器人硬件設計

　　本文選用的是US-100 超聲波測距模塊可實現0~4.5 m的非接觸測距功能，擁有2.4~5.5 V的寬電壓輸入范圍，靜態功耗低于2 mA,自帶溫度傳感器對測距結果進行校正，同時具有GPIO,串口等多種通信方式，工作穩定可靠。在機器人的前后各安裝兩個超聲波傳感器，處理器產生40 kHz的脈沖經I/O口輸出，再經過與非門以及三極管放大形成極性相反的兩路脈沖輸入超聲波發射頭的兩個引腳，探頭便可發出一連串40 kHz的超聲波，遇障礙物后返回給接收電路，處理器同時控制門電路，以實現發射波的間斷如圖3所示。超聲波接收端通過壓電轉換的原理，把經障礙物反射回的信號轉換為電信號經過低噪聲放大和帶通濾波，再比較產生中斷給處理器進行時間測量，從而做出障礙物的距離判斷，如圖4所示。

（2）紅外和碰撞傳感器模塊

　　本吸塵機器人在工作時對于遠距離障礙物主要利用超聲波測距，但是超聲波對近距離障礙物不敏感，所以增設紅外模塊進行近距離檢測，根據能量反射法設計紅外測量模塊。機器人前后安裝兩組紅外傳感器，每組由多達14組紅外發射接收管組成，在機器人的上面和底盤各安裝14個，每上位和下位的2個紅外發射和接收管并聯并且指向同一個方向構成一組，每一組電路可分為高頻脈沖信號產生、紅外發射調節與控制、紅外發射驅動、紅外接收等幾個部分。通過38 kHz晶振和非門電路得到一個38 kHz的調制脈沖信號；利用三極管驅動紅外發射管（TSAL6200）的發射。發射管發出的紅外光經物體反射后被紅外接收模塊接收，通過接收頭（HS0038B）內部自帶的集成電路處理后返回一個數字信號，輸入到微控制器的I/O口，如圖5所示。

　　接收頭如果接收到38 kHz的紅外脈沖就會返回輸出低電平，否則就會輸出高電平。通過對I/O口的檢測，便可以判斷物體的有無。這樣一共可以檢測14個方向，覆蓋360°范圍。機器人對前后的近距離障礙物都能檢測，前進后退都能工作，這種由2個紅外接收管組成測障傳感器有效距離接近2 m,并且還能夠在球非常近的范圍內（10 cm內）讀取障礙物距離結果（沒有溢出）。

　　在機器人的左前、左后、右前、右后4個方位安裝四個碰撞開關（常開），通過采集模擬口上電壓值的變化，判斷出其中的一個或幾個碰撞開關閉合，從而檢測出哪個方向有碰撞發生。

　　2.4 人機交互模塊

　　（1）液晶顯示和鍵盤輸入：兩者配合使用可以設置機器人各種參數，如自主啟動、設置工作時間等。

　　（2）無線遙控模塊：紅外遙控使機器人的使用更加方便簡單，發射距離超過10 m,能滿足需要。

　　3 結語

　　通過這樣的硬件設計，清潔機器人控制系統，既能滿足良好的實用性，還降低了成本，工作穩定可靠。機器人傳感器模塊能精確定位障礙物，通過軟件策略能實現良好的避障。對將來家用服務機器人的研究與開發有著重要現實意義。