基于STM32智能板擦机器人的研究与设计
基于STM32单机的扫地机器人设计
基于STM32单机的扫地机器人设计1. 引言1.1 背景介绍扫地机器人是一种能够自动清扫地面垃圾和灰尘的智能机器人，广泛应用于家庭、办公室和公共场所等各类环境。
随着人们生活水平的不断提高，对于清洁卫生的要求也越来越高，扫地机器人因其高效、方便、智能的特点而备受人们青睐。
随着科技的不断进步，基于STM32单片机的扫地机器人正逐渐成为研究和开发的热点之一。
STM32单片机具有低功耗、高性能、丰富的外设资源等优点，在嵌入式系统开发中得到广泛应用。
借助STM32单片机的强大功能和稳定性，扫地机器人设计师们可以实现更加智能化和高效化的设计。
本文将详细介绍基于STM32单片机的扫地机器人设计，包括系统架构设计、功能模块设计、传感器选择与应用以及控制系统设计等方面。
通过对这些内容的深入探讨，可以更好地了解基于STM32单片机的扫地机器人设计原理和技术实现，为今后的研究和应用提供参考和借鉴。
1.2 研究意义智能扫地机器人已经成为现代家居中不可或缺的清洁助手。
随着人们生活水平的不断提高以及工作节奏的加快，人们对家庭清洁的需求也越来越迫切。
而基于STM32单机的扫地机器人设计，可以更好地满足人们对高效清洁的需求。
研究意义在于提高家庭清洁的效率和质量，解放人们的双手，让他们可以更多地投入到工作和生活中。
通过对传感器及控制系统的研究与应用，可以使扫地机器人具备更加智能化的功能，可以更好地适应不同家庭环境，并具有更多的人性化设计，使其成为人们的贴心家务助手。
基于STM32单机的扫地机器人设计，还具有较高的可扩展性和灵活性，可以满足不同家庭对清洁需求的差异化需求。
本研究具有重要的实用意义和市场前景，可以为智能家居领域的发展贡献力量。
1.3 研究目的研究目的是为了通过基于STM32单机的扫地机器人设计，提高家庭和办公环境的清洁效率，减轻人力劳动的负担。
通过研究和设计扫地机器人，可以实现智能化的清洁服务，提高家庭生活质量和办公效率。
基于STM32单片机的智能黑板擦
248 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering单片机技术• SCM Technology●基金项目：大学生创新创业训练项目（20161236）资助。
【关键词】智能 STM32 无线充电随着多媒体技术的发展，课堂教学不再依赖黑板，但板书直观、简洁的特点依然不变。
目前，我国各类学校的课堂教学主要以粉笔板书为主，利用多媒体教学只在高校内盛行，大多数学校使用的仍是传统的黑板擦。
当教师用黑板擦黑板时，只有少量灰尘粘在手上，而超过95%的灰尘颗粒漂浮在空气中，并且在擦除后，黑板的表面经常会留下不易清洁的粉笔灰，造成环境的二次污染。
1 硬件设计智能黑板擦的硬件部分系统结构如图1所示，主要包括STM32单片机、无线充电模块、电机驱动模块、粉尘传感器模块、粉尘收集模块。
1.1 STM32单片机STM32微控制器是一款集成电路芯片，包括一系列结合高性能，实时功能，数字信号处理，低功耗和低电压操作的32位产品，同时保持高集成度和易于开发的特性。
STM32具有集成嵌入式闪存和SRAM 存储器的ARM Cortex-M3内核，可与所有ARM 工具和软件兼容。
1.2 粉尘收集模块本装置采用静电除尘，在毛刷的绒毛之基于STM32单片机的智能黑板擦文/张志豪 白金超 马士腾间存有缝隙，粉尘颗粒通过缝隙进入内部空间，此处采用易于拆卸安装的储放装置，当储放粉笔灰的装置盛满粉笔灰时，感应系统会提醒工作人员及时清理掉黑板擦内存储的粉尘。
其理想模型如图2所示。
1.3 粉尘传感器模块在多种粉笔字迹位置检测的方法中，使用光学方法具有灵敏度高、瞬态响应快、能耗小等特点。
本次设计利用红外传感器测量黑板上位置，传感器测量精度高，同时具有温度补偿功能，从而获取准的粉尘位置。
1.4 无线充电模块根据电磁感应原理，并利用相交流感应技术，收发端用适当的线圈发送和接收感应交流信号可以在短距离内进行无线充电。
基于STM32单片机智能伺服型黑板擦
基于STM32单片机智能伺服型黑板擦作者：张家源王其申常雪娇马惜平来源：《科技创新导报》2020年第03期摘; ;要：本设计基于STM32单片机，设计了自动伺服黑板擦。
系统由信息控制处理模块、驱动设计单元模块、电路电源模块、粉尘收集模块等，使擦黑板环节更高效，环境更洁净，师生更健康。
随着计算机网络科学、多媒体、人工智能等相关技术的出现与普及，为了满足广大师生对于教学设施更为符合人性化设置的高端教学需求，众多与教育相关的教学设备例如智能黑板等进而被发明和产生，这是新技术发展的趋势及方向所致。
但是现有的高端教学设备有着成本高，智能性差的缺点，特别是还存在工程量较大的问题，难以进行普及，为此我们从体积小巧的黑板擦入手，进行改进与创新。
关键词：黑板擦; STM32单片机; 伺服驱动; 激光识别; 粉尘收集1; 产品研究内容智能伺服型黑板擦主要是由驱动装置，控制装置，粉尘收集装置，激光识别控制装置四部分组成。
系统以STM32芯片为控制核心，采用DSM501A传感器测量PM2.5、DHT11传感器测量温湿度、伺服驱动器驱动伺服电机控制黑板擦运动，各装置模块分行其职，配合紧密，共同完成擦除工作（见图1）。
使用者只需用特定的标记笔在黑板上的擦除区域进行选择型圈图，系统通过激光识别装置在黑板上定位，会将擦除区域信息传送至信息控制处理模块进行预处理，再将处理好的信息通过主控电路传送至驱动装置模块，然后便对黑板的特定区域进行擦除，工作的同时粉尘收集装置会对杂质粉尘进行收集。
擦拭结束后，智能黑板擦能根据预先设计的程序恢复到黑板左上角的默认初始位置。
2; 系统硬件设计2.1 识别设计单元模块黑板边缘处的X，Y轴能将黑板分割成无数个云点，用于识别设计单元模块进行定位。
运用测距原理测量光往返目标所需要时间，然后通过光速c=299792458m/s和大气折射系数n计算出距离D。
激光光束通过黑板边缘处特定装置的调制经过电子装置发射出来，遇到高速率旋转的粒子时能在光学棱镜表面发生反射，最后以一个特地的角度α返回黑板表面，这样就通过光学信息完成了对黑板表面的实况采集。
基于stm32智能除尘黑板擦
Science &Technology Vision科技视界0引言有关数据显示,因为老师常年吸入粉尘,患呼吸道疾病的几率几乎为100%,其中5年以上教师咽炎的患病率几乎为100%、鼻炎患病率为39%、哮喘病患病率为43%、支气管炎的患病率为8%、尘肺病的患病率为11.76%,而且癌症发病率是普通群体的8倍。
为了给广大师生营造一个无尘的学习环境,制作一个智能除尘黑板擦是很有必要的。
1智能除尘黑板擦系统总体设计框图本设计的智能除尘黑板擦利用STM32单片机作为主控芯片,用户可以通过手机APP 、操作界面上面提供的功能按键或者说关键语句让手机识别来直接控制黑板擦。
智能除尘黑板擦整体系统框图如图1所示。
图1智能除尘黑板擦整体系统框图2智能除尘黑板擦系统硬件设计2.1电机驱动模块电机驱动模块电路图如图2所示,电机驱动模块采用了TLP521芯片来进行光电耦合,将STM32单片机的控制电路与电机驱动电路隔离起来,防止电机驱动电路对系统的影响。
TLP521中的光电耦合驱动典型电流在16mA ,输入的电压信号为3.3v ,所以本文选择了220欧的电阻作为限流电阻。
当输入端有信号输入时,发光二极体发光,光敏三极管导通。
当输入端无信号输入时,发光二极体不亮,光敏三极管截止。
导通时L298n 的Input 和Enable 引脚的典型输入值为30uA ,最大值为100uA ,在Input 和Enable 端串联10K 电阻使其输入值为50uA 。
电机正负端接8个二极管是防止当电机反转时起泄流作用。
本设计使用的额定电压12v 的电机,L298n 的负载驱动供电引脚为12V ,逻辑电平为5V ,TLP521的供电为5V ,因此用LM7805来将12V 降为5V ,LM7805上面接了散热片防止过热烧坏芯片,输入极接的二极管是防止反接烧坏芯片,电源正负极接入的电容起滤波作用。
图2电机驱动模块电路图2.2除尘黑板擦模块除尘黑板擦模块示意图如图3所示,接通电源,收到清除指令后,风扇转动,将毛刷清除黑板上字迹所产生的粉尘吸入收纳槽中,气流经过过滤层后才排出干净空气,过滤层含两层,活性炭层和尼龙网层,这样可以将空气中的粉尘过滤的更好。
基于STM32单片机智能伺服型黑板擦
基于STM32单片机智能伺服型黑板擦随着科技的不断进步，智能化设备在我们的生活中已经变得越来越常见。
而在教育领域中，智能化设备也在不断地发挥着作用，提高了教学效率和质量。
今天我们要介绍的就是基于STM32单片机的智能伺服型黑板擦，它能够帮助老师更加轻松便捷地擦拭黑板，提高课堂效率。
下面让我们来详细了解一下这款智能黑板擦的设计和功能。
一、硬件设计1. 单片机选择在本设计中，选择了STM32单片机作为控制核心。
STM32是意法半导体公司推出的32位MCU产品系列，具有高性能、低功耗和丰富的外设资源。
它采用ARM Cortex-M内核，运行速度快，具有较高的性能，能够满足黑板擦控制系统对性能的要求。
2. 伺服电机黑板擦的移动是由伺服电机来控制的，在本设计中选择了一款小巧轻便但功率较大的伺服电机。
这款伺服电机具有稳定的控制性能和精准的位置控制能力，能够满足黑板擦的移动需求。
3. 传感器为了提高智能化程度，本设计中还加入了一些传感器，如光电传感器和超声波传感器。
光电传感器用于检测黑板擦的位置，超声波传感器用于检测黑板的位置，从而实现对黑板擦位置的自动调整。
4. 无线通信模块为了方便控制和监测黑板擦，设计中还加入了无线通信模块，可以通过手机或电脑对黑板擦进行远程控制和监测。
1. 控制算法在软件设计中，需要设计出一个稳定可靠的控制算法，来实现对黑板擦的精准控制。
这个算法需要考虑到伺服电机的特性和黑板擦的移动特点，尽量减小误差，提高精度。
2. 界面设计为了方便用户操作和监测黑板擦，设计了一个用户友好的界面，可以在手机或电脑上实时监测黑板擦的位置和状态，并且可以通过界面来控制黑板擦的移动。
三、功能特点1. 自动擦拭智能伺服型黑板擦可以根据预设的路径和时间自动擦拭整个黑板，老师只需要简单设置一下就可以让黑板擦自己完成擦拭工作，省去了反复擦拭的麻烦。
2. 自动调整位置通过传感器检测黑板和黑板擦的位置，智能伺服型黑板擦可以自动调整擦拭路径，确保每一块区域都能被擦拭到，提高了擦拭效率。
《基于STM32的扫地机器人设计与实现》
《基于STM32的扫地机器人设计与实现》一、引言随着科技的不断进步和人们对生活品质要求的提高，扫地机器人已经成为家庭清洁的重要工具。
STM32作为一款性能强大、功能丰富的微控制器，为扫地机器人的设计与实现提供了强大的硬件支持。
本文将详细介绍基于STM32的扫地机器人的设计与实现过程，包括系统架构、硬件设计、软件设计、控制算法以及实验结果等方面的内容。
二、系统架构设计扫地机器人的系统架构主要包括硬件和软件两部分。
硬件部分主要包括STM32微控制器、电机驱动模块、传感器模块等；软件部分则包括操作系统、驱动程序、控制算法等。
系统架构设计要遵循模块化、可扩展、高可靠性的原则，以满足扫地机器人的功能需求和性能要求。
三、硬件设计1. 微控制器：采用STM32F4系列微控制器，具有高性能、低功耗、丰富的外设接口等特点，为扫地机器人的控制和数据处理提供了强大的支持。
2. 电机驱动模块：采用电机驱动芯片驱动扫地机器人的行走电机和旋转电机，实现机器人的运动控制。
3. 传感器模块：包括红外传感器、超声波传感器、陀螺仪等，用于实现扫地机器人的避障、定位和姿态控制等功能。
四、软件设计1. 操作系统：采用嵌入式实时操作系统，如FreeRTOS，以提高系统的实时性和稳定性。
2. 驱动程序：编写驱动程序实现微控制器与各模块的通信和控制。
3. 控制算法：包括路径规划算法、避障算法、姿态控制算法等，实现扫地机器人的自主导航和智能控制。
五、控制算法实现1. 路径规划算法：采用全局路径规划和局部路径规划相结合的方法，实现扫地机器人的高效清扫。
2. 避障算法：通过红外传感器和超声波传感器检测障碍物，实现机器人的实时避障功能。
3. 姿态控制算法：通过陀螺仪等传感器检测机器人的姿态，实现机器人的稳定控制和自主平衡。
六、实验结果与分析经过实验验证，基于STM32的扫地机器人具有以下优点：1. 高效清扫：通过全局和局部路径规划算法，实现高效清扫，提高清洁效率。
基于STM32微控制器的扫地机器人控制系统硬件架构设计
基于STM32微控制器的扫地机器人控制系统硬件架构设计扫地机器人是一种智能化的家庭清洁设备，它能够自动进行地面清洁工作，并具备一定的智能化能力。
为了实现扫地机器人的控制，需要设计一个适合的硬件架构，以便能够满足机器人的功能需求。
硬件架构设计主要包括：主控模块、传感器模块、执行器模块和电源模块。
主控模块是扫地机器人的核心控制部分，用于实现控制算法的运行和数据处理。
STM32微控制器是一种低功耗、高性能的微控制器，适合用作扫地机器人的主控模块。
主控模块还包括存储器模块，用于存储控制算法和相关数据。
传感器模块用于感知环境信息，从而实现机器人的定位和避障功能。
传感器模块包括多个传感器，如超声波传感器、红外传感器、视觉传感器等。
这些传感器可以通过I2C、SPI等接口连接到主控模块，将感知到的信息传输给主控模块进行处理。
执行器模块用于实现机器人的运动控制和清洁功能。
执行器模块包括直流电机、驱动电路和轮子等组件。
直流电机用于驱动轮子进行运动，驱动电路用于控制直流电机的转向和速度。
此外，执行器模块还包括刷子和吸尘器等清洁装置，用于清理地面的垃圾。
执行器模块可以通过PWM、IO 等接口与主控模块连接。
电源模块提供机器人所需的电力供应，并为各个模块提供适当的供电电压。
电源模块包括电池、充电电路和电源管理芯片等组件。
电源模块还需要考虑电源管理的智能化设计，如低电量检测、过充保护等功能，以保障机器人的正常运行。
在设计硬件架构时，需要考虑以下几个因素：1.通信接口的设计：主控模块需要与传感器模块、执行器模块以及外部设备进行通信。
合理选择通信接口，如UART、I2C、SPI等，以满足不同模块之间的数据传输需求。
2.电路设计的可靠性：扫地机器人需要面对不同的工作环境，如地面的不平整、摩擦力等。
因此，在电路设计中需要考虑电路的抗干扰能力和稳定性，以确保机器人能够正常工作。
3.电源管理的智能化设计：合理设计电源管理模块，可实现低电量检测、过充保护等电源管理功能，以保护电池和延长机器人的工作时间。
基于STM32单片机智能伺服型黑板擦
DOI：10.16660/ki.1674-098X.2020.03.023基于STM32单片机智能伺服型黑板擦①张家源 王其申 常雪娇* 马惜平(北华大学电气与信息工程学院 吉林吉林 132000)摘 要：本设计基于STM32单片机，设计了自动伺服黑板擦。
系统由信息控制处理模块、驱动设计单元模块、电路电源模块、粉尘收集模块等，使擦黑板环节更高效，环境更洁净，师生更健康。
随着计算机网络科学、多媒体、人工智能等相关技术的出现与普及，为了满足广大师生对于教学设施更为符合人性化设置的高端教学需求，众多与教育相关的教学设备例如智能黑板等进而被发明和产生, 这是新技术发展的趋势及方向所致。
但是现有的高端教学设备有着成本高，智能性差的缺点，特别是还存在工程量较大的问题，难以进行普及，为此我们从体积小巧的黑板擦入手，进行改进与创新。
关键词：黑板擦 STM32单片机 伺服驱动 激光识别 粉尘收集中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2020)01(c)-0023-02①作者简介：张家源（2000—），男，汉族，吉林长春人，本科在读，研究方向：信息与通信工程。
王其申（2000—），男，汉族，山东潍坊人，本科在读，研究方向：信息与通信工程。
马惜平（1975—），女，汉族，吉林辽源人，硕士，讲师，研究方向：计算机网络，多媒体通信技术。
1 产品研究内容智能伺服型黑板擦主要是由驱动装置，控制装置，粉尘收集装置，激光识别控制装置四部分组成。
系统以ST M32芯片为控制核心, 采用DSM501A传感器测量PM2.5、DHT11传感器测量温湿度、伺服驱动器驱动伺服电机控制黑板擦运动，各装置模块分行其职，配合紧密，共同完成擦除工作(见图1)。
使用者只需用特定的标记笔在黑板上的擦除区域进行选择型圈图，系统通过激光识别装置在黑板上定位，会将擦除区域信息传送至信息控制处理模块进行预处理，再将处理好的信息通过主控电路传送至驱动装置模块，然后便对黑板的特定区域进行擦除，工作的同时粉尘收集装置会对杂质粉尘进行收集。
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基于STM32智能板擦机器人的研究与设计
摘要目前，智能家居、人工智能技术已经渗透我们生活中的方方面面，在广电、银行、电信、家居、教育等方面都有很大的发展和突破。
为此，研究出一种具有粉尘识别的智能黑板擦，以STM32单片机为其控制中心，设计板擦机器人识别粉尘、自由移动各个控制系统的有效结合，并通过STM32单片机输入的脉冲PWN波的不同加速度来控制板擦的上下、左右前进后退的动作。
本项目可以很好地延伸到其他相关方面，涉及日常生活中的很多领域，有一定的实际应用价值。
关键词服务机器人；自控；识别；STM32
前言
随着人工智能时代的到来，各行各业都离不开互联网产业。
互联网向传统行业渗透，实质是传统行业需要互联网。
教育行业是最具有传统行业的代表之一，然而粉笔是传播文化的工具，人类几千年文化的积淀通过粉笔相传，而粉尘灰长期会引起人体皮肤、呼吸道等身体的不适，故对自动运转的板擦机器人的需求日益明显。
因此本文设计了一种STM32智能板擦机器人，有明显的粉尘传感器、采集电路、四轮驱动机构，利用粉尘传感器实现定位，利用电机正反转原理控制板擦的上下左右的移动，实现全自动擦黑板功能，进而很好地避免了对教师身体健康的影响。
1 总体设计方案
智能板擦机器人可以完成教室中人工的擦黑板的系列动作，通过机器的上下左右运动来完成黑板的擦拭，以STM32控制器为核心。
本设计的机械本体由中间运动平台、主支撑平台构和线路系统控制系构成。
其中中间运动平台主要由2根光轴、2块亚克力中间盖板及直线轴承和单边法兰轴承搭建；主支撑平台用2块不同的亚克力板和若干螺丝分别固定步进电机和铝合金到相应的槽口位置；线路装置由1块主板2个A4988驱动及其与配件构成，且本设备提供12V直流电作驱动控制系统[1]。
2 硬件控制系统设计
2.1 STM32简介
STM32C5616AD微控制器作为整个控制系统的核心，它是一种高性能、宽电压、低功耗、成本低的嵌入式处理器。
工作频率在0—35MH之间，有外部掉电检测电路，可在掉电时及时将数据保存进EEPROM，并进行外部中断唤醒（可支持下降沿/上升沿和远程唤醒），内置Flash程序存储器可达62K、4个16位定时器，10位高速ADC，速度可达25万次/秒，2路PWM还可当2路D/A使用，并且可以使用Keil软件利用C进行编程，不需要操作系统，下图为最小系统电
路图电路图，如图1所示[2]。
2.2 控制系统原理
根据A4988芯片的工作原理，控制器电路主要分为上位机串口模块、STM32最小系统板模块和A4988微型步进电机驱动模块。
通过STM32C5616AD控制器接收上位机的控制指令，经识别分析之后执行步进电机控制操作。
内部步进电机驱动控制器总体设计框图如图2所示[3]。
2.3 电机驱动原理
A4988是一款完全的微步电动机驱动器，带有内置转换器，易于操作。
它可在全、半、1/4、1/8 及1/16 步进模式时操作双极步进电动机，输出驱动性能可达35 V 及±1 A。
A4988 包括一个固定关断时间电流稳压器，该稳压器可在慢或混合衰减模式下工作。
转换器是A4988 易于实施的关键。
A4988界面非常适合复杂的微处理器不可用或过载的应用。
在微步运行时，A4988 内的斩波控制可自动选择电流衰减模式（慢或混合）。
通过测试，影响步进电机转速的主要因素有步进脉冲频率和模式设置。
步进脉冲频率过高会造成步进电机失步，经过测试400 Hz时步进电机不会失步，且经过设置之后步进电机旋转不会出现强烈的震动和声音。
当相位越来越小时，步进电机的旋转速度也会随之越来越小。
表1即为步进模式设置表[4]。
3 软件系统设计
板擦机器人是利用KEIL编程软件编写的，KEIL能兼容ANSI标准的语言编程，使用接近于传统C语言的语法来开发，与汇编相比，C语言易学易用，且大大提高了工作效率和项目开发周期，并可嵌入汇编。
这个集成开发环境包括：编译器，汇编器，实时操作系统，项目管理器，调试器。
在这个平台中能够执行并实施“文件的编辑”和“工程的构建”，并自动生成“hex”格式的文件在单片机中运行和在Protrus软件中实现仿真等功能[5]。
4 系统实验结果
完成板擦机器人的编程后，对机器人进行了左右、摆动、步行前进后退进行测试，实现了通过参数的调整向机器人发送指令做出相应动作的功能。
例如发射信号①$0=10 （step pulse，usec）
可调控步进脉冲，发射信号②$110=3000.000 （x max rate，mm/min）可調制最大速度，机器人会正确的根据收到的信号做出相应的动作，达到了软件控制机器人自动做出不同动作的目的[6]。
5 结束语
基于STM32的智能板擦机器人是一款将粉尘识别与课堂情况相结合的设
计！采用自动识别系统，在传统黑板擦的基础上加以改进。
以STM32C5616AD 单片机为核心控制器，运用了STM32、A4988以及电机所需的电源稳定供电、电源调节问题！本机的主要特点在于其不依靠外附加固定装置，其本身外设结构简单；可自动识别粉笔灰，准确定位；四轮驱动，运动灵活；有效的吸尘，方便清洁；机构零件容易获得，安装调试方便；单片机控制，提高工作效率。
参考文献
[1] 郭志阳，陈学英.STM32的医疗康复机器人手臂控制系统[J].单片机嵌入式系统应用，2015，15（12）：67-69.
[2] 周继.基于PID算法和STM32的分拣搬运机器人的设计[J].仪表技术与传感器，2017，（4）：123-126.
[3] 卢士林.基于STM32双足竞步机器人的研究与设计[J].智能计算机与应用，2016，（6）：106-108.
[4] 郑新.基于STM32和树莓派的四足人形机器人系统[J].中国科技信息，2016，（23）：65-67.
[5] 王春荣.基于STM32的智能答疑机器人设计[J].三明学院学报，2016，（33）：68-71.
[6] 蓝杰.基于STM32的微型步进电机驱动控制设计[J].微型机与应用，2015，（1）：43-46.。