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隨著智能家居市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，掃地機(jī)器人憑借其便捷性與高效性，逐漸成為現(xiàn)代家庭清潔的得力助手。本方案旨在利用輝芒微 32 位 MCU 為核心控制單元，開(kāi)發(fā)一款功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定且成本可控的智能清潔機(jī)器人，為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的家居清潔體驗(yàn)。
輝芒微 32 位 MCU 具備卓越的處理能力、豐富的外設(shè)接口以及低功耗特性，能夠滿足掃地機(jī)器人在路徑規(guī)劃、傳感器數(shù)據(jù)采集、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制等多方面的需求。通過(guò)精心設(shè)計(jì)的硬件電路與軟件算法，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主導(dǎo)航、智能避障、高效清掃以及自動(dòng)充電等功能，使產(chǎn)品在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。
深圳三佛科技推出的掃地機(jī)器人方案，主控芯片使用輝芒微MCU單片機(jī)，MCU實(shí)現(xiàn)的功能如下：
采用多傳感器融合技術(shù)，包括激光雷達(dá)、紅外傳感器、超聲波傳感器以及陀螺儀等。激光雷達(dá)能夠快速掃描周?chē)h(huán)境，獲取高精度的距離信息，構(gòu)建環(huán)境地圖；紅外傳感器和超聲波傳感器用于近距離障礙物檢測(cè)，輔助激光雷達(dá)進(jìn)行更精準(zhǔn)的定位；陀螺儀則實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人的姿態(tài)變化，確保導(dǎo)航精度。
基于 SLAM（Simultaneous Localization and Mapping，即時(shí)定位與地圖構(gòu)建）算法，結(jié)合 A* 算法進(jìn)行路徑規(guī)劃。SLAM 算法通過(guò)傳感器數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)構(gòu)建環(huán)境地圖，并確定機(jī)器人在地圖中的位置；A* 算法則根據(jù)地圖信息，為機(jī)器人規(guī)劃出一條從當(dāng)前位置到目標(biāo)位置的最優(yōu)清掃路徑，同時(shí)考慮避開(kāi)障礙物、減少重復(fù)清掃區(qū)域等因素。
在機(jī)器人四周均勻布置多個(gè)紅外傳感器和超聲波傳感器，形成全方位的避障檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)。紅外傳感器主要用于近距離障礙物檢測(cè)，當(dāng)物體距離較近時(shí)，能夠快速響應(yīng)并觸發(fā)避障動(dòng)作；超聲波傳感器則負(fù)責(zé)中遠(yuǎn)距離障礙物檢測(cè)，提前感知障礙物位置，使機(jī)器人有足夠的時(shí)間進(jìn)行避障決策。
針對(duì)機(jī)器人可能遇到的困境，如陷入地毯、卡在家具縫隙等，設(shè)計(jì)了智能脫困策略。通過(guò)在機(jī)器人底部安裝壓力傳感器和電機(jī)電流檢測(cè)模塊，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人在行駛過(guò)程中的壓力變化和電機(jī)負(fù)載情況。當(dāng)檢測(cè)到壓力異常升高或電機(jī)電流過(guò)大時(shí)，判斷機(jī)器人可能陷入困境。
此時(shí)，MCU 觸發(fā)脫困程序，控制機(jī)器人按照預(yù)設(shè)的脫困動(dòng)作進(jìn)行操作，如先嘗試后退一定距離，然后左右擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)一定角度，再次嘗試前進(jìn)脫困。若多次嘗試仍未成功脫困，機(jī)器人將自動(dòng)停止并發(fā)出警報(bào)通知用戶，同時(shí)將自身位置信息發(fā)送至用戶的手機(jī) APP，方便用戶及時(shí)處理。
設(shè)計(jì)了多種清掃模式，包括普通清掃模式、邊緣清掃模式、重點(diǎn)清掃模式和深度清掃模式。普通清掃模式適用于大面積房間的日常清掃，機(jī)器人按照規(guī)劃路徑均勻清掃；邊緣清掃模式專(zhuān)門(mén)針對(duì)房間角落、墻邊等邊緣區(qū)域，機(jī)器人會(huì)沿著邊緣緩慢行駛，確保邊緣區(qū)域的灰塵和雜物被徹底清掃干凈；重點(diǎn)清掃模式則允許用戶通過(guò)手機(jī) APP 指定特定區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)清掃，機(jī)器人會(huì)集中力量對(duì)該區(qū)域進(jìn)行多次清掃，提高清潔效果；深度清掃模式采用更高的吸力和更慢的清掃速度，適用于頑固污漬或長(zhǎng)時(shí)間未清掃的區(qū)域。
在機(jī)器人內(nèi)部安裝灰塵傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)清掃過(guò)程中灰塵的吸入量。MCU 根據(jù)灰塵傳感器的數(shù)據(jù)，判斷當(dāng)前區(qū)域的清潔程度。如果某一區(qū)域灰塵量較多，機(jī)器人會(huì)自動(dòng)增加清掃時(shí)間和吸力，確保該區(qū)域達(dá)到理想的清潔效果；若灰塵量較少，則適當(dāng)加快清掃速度，提高整體清掃效率。
清掃完成后，機(jī)器人將清潔效果數(shù)據(jù)上傳至用戶的手機(jī) APP，用戶可以直觀地了解本次清掃的詳細(xì)情況，包括清掃時(shí)間、清掃面積、灰塵量等信息，便于用戶對(duì)清潔效果進(jìn)行評(píng)估和后續(xù)的清潔計(jì)劃安排。
采用電磁感應(yīng)式充電技術(shù)，充電座發(fā)出特定頻率的電磁信號(hào)，機(jī)器人通過(guò)內(nèi)置的電磁感應(yīng)模塊接收信號(hào)，利用輝芒微 32 位 MCU 的信號(hào)處理能力，對(duì)電磁信號(hào)進(jìn)行解碼和定位計(jì)算，確定充電座的位置。即使在較遠(yuǎn)距離或復(fù)雜環(huán)境下，機(jī)器人也能夠快速、準(zhǔn)確地找到充電座。
在接近充電座時(shí)，機(jī)器人會(huì)進(jìn)一步降低速度，通過(guò)微調(diào)行駛方向，使充電接口與充電座精準(zhǔn)對(duì)接。MCU 控制電機(jī)的微調(diào)動(dòng)作，確保對(duì)接的準(zhǔn)確性，避免因?qū)邮?dǎo)致充電中斷。
MCU 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人電池的電量狀態(tài)，當(dāng)電量低于設(shè)定的閾值時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)低電量返回充電程序。機(jī)器人會(huì)立即停止清掃工作，按照預(yù)先規(guī)劃的返回路徑或利用實(shí)時(shí)定位技術(shù)，快速返回充電座進(jìn)行充電。
在返回充電過(guò)程中，如果遇到障礙物或路徑變化，機(jī)器人能夠自動(dòng)調(diào)整路線，確保順利返回充電座。同時(shí)，機(jī)器人會(huì)向用戶發(fā)送低電量提醒信息，告知用戶機(jī)器人正在返回充電，讓用戶對(duì)機(jī)器人的狀態(tài)有清晰的了解。
在機(jī)器人頂部設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)潔直觀的本地交互界面，包括一個(gè) LCD（液晶顯示屏）屏幕和幾個(gè)功能按鍵。LCD 屏幕能夠?qū)崟r(shí)顯示機(jī)器人的工作狀態(tài)、電量信息、清掃模式等關(guān)鍵信息，用戶可以通過(guò)功能按鍵方便地切換清掃模式、啟動(dòng)或暫停清掃任務(wù)以及查詢清掃記錄等操作。
通過(guò) Wi-Fi 模塊將機(jī)器人連接至家庭網(wǎng)絡(luò)，用戶可以使用手機(jī) APP 遠(yuǎn)程控制機(jī)器人。APP 界面友好，功能豐富，用戶可以隨時(shí)隨地啟動(dòng)、暫停、預(yù)約清掃任務(wù)，切換清掃模式，查看清掃地圖和清潔效果數(shù)據(jù)等。
本基于輝芒微 32 位 MCU 的智能清潔機(jī)器人開(kāi)發(fā)方案，充分發(fā)揮了 MCU 的高性能、低功耗優(yōu)勢(shì)，通過(guò)精心設(shè)計(jì)的硬件架構(gòu)和軟件算法，實(shí)現(xiàn)了自主導(dǎo)航、智能避障、高效清掃、自動(dòng)充電以及便捷用戶交互等多項(xiàng)先進(jìn)功能。以上就是深圳三佛科技分享的掃地機(jī)器人方案。深圳市三佛科技專(zhuān)注單片機(jī)應(yīng)用方案設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，提供8位單片機(jī)、32位單片機(jī)。