1 电路设计

1.1 电源电路

本电源采用两块LM7805作为稳压电源，一块为控制电路和传感器电路供电，另一块单独为电机供电。分开供电这样做的好处，有利于减小干扰，提高系统稳定性。
LM7805是常用的三端稳压器件，顾名思义05就是输出电压为5v，还可以微调，7805输出波纹很小。使用方便，用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源。它的输出电压恰好为5v，刚好是51系列单片机运行所需的电压，他有很多的系列如ka7805，ads7805，cw7805等，性能有微小的差别，用的最多的还是LM7805。外形如图2-1所示。1管 脚为输入端，2管脚为地，3管脚为输出.

图2-1 外形图及引脚排列

1.1.1 电路原理

由于后级电路需要1A左右的大电流用于驱动各类电机，查找后发现E13003完全满足这要求集电极最大允许电流ICM可以到达1.5A。由于13003开关管需要较大的驱动电流，因此增加了一个Q1三极管与其构成达林顿驱动管，Q3为控制管，当DY引脚为低电平同时总开关K1闭合时电源部分才能正常供电。DY为高电平时电机供电部分停止工作。
U4单独为两个减速电机和边刷提供5V电源，由于需要输出较大的电流，输入压降又比较大，因此在输入端加了一个分压电阻，降低U4上的电压，从而降低管耗。
U5为MCU和传感器电路提供稳定的5V工作电压。在正常开机后连续保持输出。电源电路如图2-2所示。

图2-2 电源电路

2 防撞电路

防撞电路作为扫地机器人的眼睛，用于检测前方是否有障碍物，当前方有障碍物时, 相应的探头所连接的电路会发出一个低电平信号给CPU, CPU做出相应的动作来控制两 个轮子的电机，使机身始终不撞向障碍物。
当红外线对管前方无障碍时，红外线接收管上的阻值加大，此时R27上的电压低于 基准电压，电压比较器反向输入端电压高于同向输入端，因此输出高电平。
当红外线对管处于有障碍时，红外线接收管上的阻值降低，此时R28上的电压高于
基准电压，电压比较器反向输入端电压低于同向输入端，因此输出低电平。
调节电位器R33、R35、R36、R7、R8、R9改变参考电压，可探测距离。防撞电路如图2-5。

图2-5 防撞电路

2.1 电源充电电路

电池充电电路用于检测充电座的位置和充电提示。
当扫地机器人上的红外线接收头接收到充电座发出的红外信号后，向CPU发出信号, CPU控制电机，调节机身位置，进入充电区。
当扫地机器人与充电座连接后，会产生一个信号提示CPU以开始充电。

2.2 驱动电路

电机驱动电路用于驱动两路减速电机的正反转、两路边刷和一个吸尘器风机。

2.2.1 电机驱动电路设计

L9110 是为控制和驱动电机设计的两通道推挽式功率放大专用集成电路器件，将分立电路集成在单片 IC 之中，使外围器件成本降低，整机可靠性提高。该芯片有两个 TTL/CMOS 兼容电平的输入，具有良好的抗干扰性；两个输出端能直接驱动电机的正反向运动，它具有较大的电流驱动能力，每通道能通过 750～800mA 的持续电流，峰值电流能力可达 1.5～ 2.0A； 同时它具有较低的输出饱和压降； 内置的钳位二极管能释放感性负载的反向冲击电流，使它在驱动继电器、直流电机、步进电机或开关功率管的使用上安全可靠。L9110 被广泛应用于玩具汽车电机驱动、步进电机驱动和开关功率管等电路上。

当Q3、Q4、Q5的基级接收到CPU的发出的高电平后，Q3、Q4、Q5饱和导通，边刷 和吸尘器电机开始工作。给低电平时，三极管所控制的电机就停止工作。J4、J5接边刷 电机，J6接吸尘器电机。
当1A与1B输入引脚为10时，电机正转，当输入为01时电机反转。当输入为11 或00时电机停止运行。
C5、C6为高频滤波电容，过滤掉电机工作时对芯片的干扰，提高系统稳定性。J3 接左轮电机，J7接右轮电机。

3 PCB板的设计与制作

3.1 PCB板的设计

Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件，采用设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源–地层和16个机加工层[3]。
主电路板包含电源电路、电源充电电路、电机驱动电路和防撞电路（如图3-1）

图3-1 主板电路

4 外壳制作

4.1 有机玻璃

有机玻璃特性：
①高度透明性。有机玻璃是目前最优良的高分子透明材料，透光率达到92％，比玻璃的透光度高。称为人造小太阳的太阳灯的灯管是石英做的，这是因为石英能完全透过紫外线。普通玻璃只能透过0.6％的紫外线，但有机玻璃却能透过73％。
②机械强度高。有机玻璃的相对分子质量大约为200万，是长链的高分子化合物，而且形成分子的链很柔软，因此，有机玻璃的强度比较高，抗拉伸和抗冲击的能力比普通玻璃高7～18倍。有一种经过加热和拉伸处理过的有机玻璃，其中的分子链段排列得非常有次序，使材料的韧性有显著提高。用钉子钉进这种有机玻璃，即使钉子穿透了，有机玻璃上也不产生裂纹。这种有机玻璃被子弹击穿后同样不会破成碎片。因此，拉伸处理的有机玻璃可用作防弹玻璃，也用作军用飞机上的座舱盖。
③重量轻。有机玻璃的密度为1.18kg/dm3，同样大小的材料，其重量只有普通玻璃的一半，金属铝（属于轻金属）的43％。
④易于加工。有机玻璃不但能用车床进行切削，钻床进行钻孔，而且能用丙酮、氯仿等粘结成各种形状的器具，也能用吹塑、注射、挤出等塑料成型的方法加工成大到飞机座舱盖，小到假牙和牙托等形形色色的制品。

4.2 底板

先在30x30cm的有机玻璃上画一个直径为30cm的圆圈，钢丝锯选用最细的锯条， 沿着圆圈边缘线慢慢切割，最终切割出一个圆盘。
用打磨机将圆盘的外圈打磨至圆润光滑。

4.3 边框

将有机玻璃板切成四条的长方形，并进行拼接，制成长条。
将热风枪温度调制200度左右，均匀给有机玻璃加热，使其变软，变软后，将其弯成一个圆环。
制作好圆环后用有机玻璃专用的胶水粘合到底板上。

4.4 置灰盒

储灰盒底层由三层构成，地面一层为有机玻璃，上面分布着3排的洞，每排6个。中间一层为过滤网，顶层为四条有机玻璃粘合在边缘，起固定作用。
进灰口设计为45度角，这样做的好处为，灰进去后不会随机器的震动而洒出来。外形为长方体。

5 整机调试

经过电路设计、PCB的制作、电路调试、软件编程、外壳制作、整机调试等步骤后最终完成的设计。

5.1 存在的问题与解决办法

由于我们使用的是红外线接收头，太阳光中的红外线对红外线探头有着非常大的影响。 在进行防撞测试时正好是中午，阳光充足，因此单片机无法做出正确的判断，拉下窗帘后问题解决。
当扫地机进入充电区域后，无法正确的执行程序所编写的要求，始终保持在前进的状态。出现这种问题有两种的可能，一种硬件电路出现问题另一种是有子程序没有执行。 经拆机后发现充电信号线没有接入到主板上，连接上后，开机测试，问题解决。

5.2 系统缺陷

5.2.1 传感器缺陷

由于缺少适合的传感器，所有探头都采用红外线探头，因此光线对其存在严重干扰。因此该机器人不能在阳光直射的地方运行。

5.2.2 吸尘器功率缺陷

由于吸尘器电机最大功率只有2.5W,因此在吸尘的时候存在较大的缺陷，对于比较大的污物来说，洗除干净比较困难。

第七章 整机调试
经过电路设计、PCB的制作、电路调试、软件编程、外壳制作、整机调试等步骤后最终完成的设计。
7.1 存在的问题与解决办法
由于我们使用的是红外线接收头，太阳光中的红外线对红外线探头有着非常大的影响。 在进行防撞测试时正好是中午，阳光充足，因此单片机无法做出正确的判断，拉下窗帘后问题解决。
当扫地机进入充电区域后，无法正确的执行程序所编写的要求，始终保持在前进的状态。出现这种问题有两种的可能，一种硬件电路出现问题另一种是有子程序没有执行。 经拆机后发现充电信号线没有接入到主板上，连接上后，开机测试，问题解决。
7.2 系统缺陷
7.2.1 传感器缺陷
由于缺少适合的传感器，所有探头都采用红外线探头，因此光线对其存在严重干扰。因此该机器人不能在阳光直射的地方运行。
7.2.2 吸尘器功率缺陷
由于吸尘器电机最大功率只有2.5W,因此在吸尘的时候存在较大的缺陷，对于比较大的污物来说，洗除干净比较困难。