智能洗澡机器人论文.doc

洛阳理工学院毕业设计（论文）洗浴服务机器人控制系统设计摘 要机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器服务机器人尤其变得越来越受欢迎本设计基于单片机技术原理，以单片机芯片AT89C51作为核心控制器，通过硬件电路的制作以及软件程序的编制，设计制作出服务机器人洗浴单元的控制系统整个设计包括两大部分： 硬件部分和软件部分硬件部分以单片机为核心, 配以一定的外围电路和芯片8255A的外部I/O扩展，软件部分通过C编程实现智能控制本洗浴单元控制系统主要由温度控制模块、LCD显示模块，液位检测模块、触摸屏按键控制模块、电磁阀和电机驱动模块组成通过触摸屏按键的选择来实现对单洗发功能、单淋浴功能以及整个洗浴过程的选择控制，利用芯片8255A的外部扩展来实现对14个电磁阀和5个电机的输出控制系统以硬件软件化为指导思想，充分发挥单片机功能，大部分功能通过软件编程来实现，系统稳定性高关键词：服务机器人，单片机，触摸屏,液晶显示屏，洗浴单元Serivice Robot Control System Design of BathABSTRACTRobot is a kind of automatic machines, this machine has some people or similar intelligent creatures, such ability, planning and coordination ability, ability, is a highly flexible automation machine.The service robot，especially， is becoming more and more popular.This design based on single-chip microcomputer AT89C51 single-chip chip in principle, as the core controller, through the hardware circuit and software production, design a service robot control system bath unit. The whole design includes two parts, hardware and software components, hardware based on singlechip, match with certain peripheral circuit and chip 8255A external I/O expansion, the software of intelligent control by the C programming.This bath temperature control system is mainly by the unit control module, LCD module, liquid level detection module, the touch-key control module, solenoid valve and motor driver module. Through the choice of buttons to touch of single function, single shower wash bath process and the function of the choice of 8255A chip control, use external expansion of 14 solenoid valves and five motor output control. System with hardware and software into the guiding ideology, fully functional, most SCM functions through software programming, high stability of system.KEY WORDS：Service robot, single-chip microcomputer,Touching screen,LCD, bath unit5目　录前　言 1第1章 系统总体设计 31.1 功能要求 31.2 控制系统的工作原理及设计要求 31.3 系统方案设计 5第2章 硬件系统设计 62.1 硬件设计模块 62.1.1 主控单元 72.1.2 温度控制模块 102.1.3 显示控制模块 112.1.4 传感器的选择 132.1.5 触摸屏与单片机串口连接控制模块 142.1.6 直流稳压电源及外部I/0扩展模块 172.1.7 输出驱动模块 192.1.8 超声波及报警电路设计模块 212.2 总体水路控制设计 21第3章 软件系统设计 233.1 总体设计思路 233.2 模块化设计 233.2.1 主程序 243.2.2 温度控制模块 253.2.3 单洗发功能模块 283.2.4 触摸屏功能模块 30第4章 系统的调试与仿真 324.1 软件调试 324.2 硬件调试 34第5章 设计总结及系统可靠安全性 375.1 设计总结及软件可靠性设计 375.2 硬件可靠性设计 38结　论 39谢 辞 40参考文献 41附 录 I 43附 录 II 44附 录 III 51外文资料翻译 52前　言在全球性金融风暴，百业萧条的情势下，机器人产业的确也受到了不小的影响。

尤其是欧美日各主要汽车市场萎靡不振，美国汽车产业面临危机甚至需要其政府纾困，半导体、资讯电子产业亦受波及，直接冲击到工业机器人的需求反观服务型机器人（Service Robots），受到影响的程度相对较小服务机器人泛称提供全自动或半自动之人员照护、保全、清洁、设施维护等服务功能之非工业用机器人服务型机器人常需与人类和环境互动，配备影像、语音、触觉等各式感测器（Sensors），结合人工智慧能及时反应外在情况且具备学习能力，故又称为「智慧型机器人」服务型机器人可进一步区分为个人/家用机器人（Personal/Domestic use）与专业服务型机器人（Professional use）个人/家用服务型机器人至2007年底为止全球家务用机器人计有340万台，娱乐休闲用机器人200万台；2008~2011年全球预估将有家务用机器人460万台，娱乐休闲用735万台，合计约1200多万台安装量，未来四年市场总值合计约57亿美元根据IFR统计资料显示：至2007年底为止，全球专业服务型机器人累计装置数量为49,000台其中包括水底作业系统、专业清洁、建筑与拆除机器人、医疗机器人、机器人移动平台、农林矿牧、防御救灾与保全、物流、检验与公共关係等用途，总市场值约近78亿美元。

专业服务型机器人的应用范畴殊异且单价差距颇大，有低于1万美元者，亦有高于30万美元者，视其应用领域的功能要求而定水底作业系统的单价最高，从30万美元至超过100万美元均有，属于最昂贵之类型；其次为医疗用机器人，约自10万美元至数百万美元预估2008年至2011年专业服务型机器人的装置量预估将达到54,000台其中农林矿牧用机器人（Field Robots）最多，共将有19,110台；防御救灾与保全机器人预计将有15,600台销售量；专业清洁机器人亦约有4,000台销售量；医疗用机器人约达3,420台；多用途机器人移动平台（Mobile Robot Platforms）约2,375台；水底作业系统预估将有超过925台销售量由以上IFR对全球主要机器人供应商所做调查结果的统计与预测，可看出未来服务型机器人的销售与应用数量上仍以个人/家用型最被看好，2008年起每年预期将有百万台以上的销售量，商机可期，故各国投入竞争的厂商亦愈来愈多而专业服务型机器人由于应用领域殊异，具高度专业技术要求，数量不大且单价高昂，虽仅在专业市场应用，但累计金额甚至超过个人/家用机器人的总和；未来四年中，部份应用领域如农林矿牧用机器人、医疗用机器人、防御保全机器人均将呈现较显着的成长。

我国863项目个人卫生护理机器人样机各项指标已经达到预期要求，现已进入产品工程样机加工调试阶段，预计今年年底将参加科技部在北京和上海同时举办的服务机器人成果展示，这将是我国“十一五”期间服务机器人顶尖水平的展示盛会2009年，圣瑞公司联合河南科技大学、洛阳理工学院、洛阳浮法玻璃集团等单位组成产学研联合体，经过多轮激烈竞标，凭借雄厚科研实力争得国家863计划重点立项项目——个人卫生护理机器人的开发研制该项目针对老年人、残疾人行动不便的特点，面向家用与医用环境，利用智能控制、人机工程学等技术设计研究开发个人卫生清洗护理机器人，实现洗浴过程自动化此个人卫生护理服务机器人是通过高压喷淋自动洗发，采用温水泡浴、超声波清洁完成洗澡和气动保健按摩，与此同时，整个洗浴过程还能够对生命体征进行实时监护在这台高度自动化机器人的操作下，整个洗浴过程分为洗发和洗澡两部分，不仅实现了节水、节能、节约空间、脏物回收等目标，而且由于采用了基于模糊理论的智能洗浴控制程序，防水传感器传回的信号，可以准确模拟洗浴环境下人体不同倾角姿势，使身体各部位的受力均匀分布，在心理上给老年人、残疾人以莫大安慰科技部机器人领域办负责人评价，洛阳圣瑞公司从满足老年人等特殊群体的洗浴护理需求出发开发研制的个人卫生护理机器人，为老年人、残疾人提供了洗头、洗澡、干身、按摩和康复等服务，产品市场前景广阔、社会效益巨大。

第1章 系统总体设计1.1 功能要求总体的设计主要实现单洗发功能、单淋浴功能和洗澡功能三个模块功能的实现通过浸没式加热器和温度变送器实现水温的检测、采集和控制；通过LCD1602来显示，通过触摸屏面板的选择来实现对单洗发功能、单淋浴功能以及整个洗浴过程的选择控制；单洗发功能通过循环清洗和吹干等自动完成；单淋浴功能通过高压喷淋、吹干等方式自动完成；洗澡过程采用温水泡浴、超声波清洁、喷淋、 干身等过程实现由于小组的分工，本设计重点研究功能中的单洗发功能：循环清洗和吹干等自动完成功能1.2 控制系统的工作原理及设计要求该洗浴单元控制系统，当电源启动后，安在水箱中的浸没式加热器开始加热，并由DS18B20进行水温的采集并在LCD1602上显示，当达到设定水温时则加热器停止加热然后洗浴人由触摸屏按键选择进行单洗发、单淋浴和洗浴中的哪种功能对于单洗发功能控制，先用调整好温度的水打湿头发，再用混合有洗发液的温水冲洗头发，在温水注入到设定值后，关闭注入温水和洗发液的阀门，启动循环水装置，在设定的时间内用混合液体反复冲洗头发，洗发过程结束后，打开排水阀，排掉污水，再在打开温水经行冲洗，待头发洗干净后，停止冲洗，打开热风吹干头发，然后结束洗发过程，清理消毒。

对于整个洗澡功能控制在洗浴人进入浴舱后，由监护人员或洗浴者本人盖好浴缸上盖板，然后启动开始洗浴按钮，系统自动调整水温，将混合有固定比例沐浴液的合适的温水注入浴缸内，在温水注入到合适水位后注水阀门关闭，停止加水，系统进入定时泡浴阶段，泡浴结束后，系统自动启动超声波和循环水装置对人体进行洗浴，超声波换能器安装于浴缸内部多个部位，超声波能量通过浴池内部的水传播到人体，并在人体表面产生空化现象将人体污垢分离，。