解剖时尚家电~地贝X500智能扫地机器人，结构功能电路长篇分析|拆机乐园

（接楼上，继续发。）
三、电路控制原理：
1、系统组成原理

扫地机器人由5部分组成：系统主控制部分、执行电机部分、传感器部分、输入输出部分和电源部分。主控系统使用ARM单片机STM32F103 VBT6，包括红外遥控接收模块，对输入输出器件的操作，对执行电机的控制，以及对传感器的响应等。执行电机部分是机器人的主要构成部分，包括行走子系统和吸尘子系统。行走结构采用轮式结构，圆形壳体，底盘为三轮电动小车，前轮为万向轮，后面两轮由两个电机独立驱动。吸尘系统用电机带动清扫刷转动，清扫灰尘并将灰尘集中于吸风口处，由吸尘机构制造的吸力将灰尘吸入灰尘存储箱中。行走滚轮电机、吸尘电机和毛刷电机使用的都是无刷直流电机；传感器部分主要为了保障机器人能够安全地工作；输入输出部分包括遥控子系统和显示子系统，语音系统能够较好地实现人机交互的功能；电源部分采用可充电的14.4伏2000mAH镍氢电池组。

其系统原理框图如下所示：


2、MCU控制器系统
基于扫地机器人自身体积尽可能小的原则，将控制器核心系统、传感器系统、行走驱动及相关电路集成在一块电路板上。红外反射式传感器和接触传感器组成多传感器系统，检测信号经预处理电路处理后送控制器；采用ARM的8位单片机STM32F103 VBT6作为控制器，控制器对传感器信号加以判断，根据判断结果，选定相应的控制策略，并控制语音系统发出相应的报警信号；在相应的控制策略下，对行走直流电机两轮独立驱动，实现避障功能；同时，控制器控制小型风机真空吸尘系统对经过的地面进行必要的清扫。
3、传感器系统（障碍物检测模块）
传感器系统采用红外光电传感器、接触传感器等构成多障碍物检测系统。
红外反射式传感器：
由8路红外发射与接收对管组成检测单元，用于主动探测机器人周边障碍物和地面落差。该电路简单、安装调试方便。其中在机器人左前方和右前方各安装2路，实现周边障碍物的检测；另4路分别安装在机器人前端左下方和右下方，用于检测地面是否有台阶等落差，防止机器人跌落。红外反射式传感器具体工作过程为，发现障碍物时，发射管发出红外信号遇到障碍物反射回来，接收管接收到反射信号后导通，则信号处理电路的输出端变为低电平，该低电平直接送入MCU控制器的一个端口，当控制器检测到这个端口的低电平变化时则表明该方位发现障碍物。

通用红外遥控系统（主机与充电器、虚拟墙之间的联系）由发射和接收两部分组成。充电器、虚拟墙采用台湾义隆的单片机EM78P173NSO14J进行管理；在遥控器上使用单片机进行红外功能编码；在机器人上,由单片机STM32F103 VBT6处理任务，4个红外接收管的信号通过或非门与MCU相连，在接收到任意方向的红外线信号时MCU都会工作。

程序设计机器人实现遍历无障碍的区域，这就要求机器人在绕开障碍物以后要回到原来的行进路线上去。为实现这个目标，需要记录下机器人在绕障过程中偏离原来路线的路程，利用安装在行走滚轮电机轴上的光电编码器来实现这一功能。用作光电编码器计数开始和结束的作判断依据，光电编码器的输出端接单片机的外部中断INT0。

接触传感器检测模块:
接触传感器具有检测范围大、信号无需处理、占用控制器资源少等一系列优点。
作为最后一道防线，选择2个小型接触开关作为接触传感器，安装在机器人前端的防撞挡板后面，作用在于通过轻微的碰撞接触，检测那些未能被红外反射式传感器检测到的杆状或微小障碍物，如座椅腿等。
在两只行走滚轮的机构上还固定有2个接触传感器（限位微动开关），当行走滚轮一旦悬空，或机器人脱离地面，这个开关立即断开，切断行走系统电机和清扫系统电机电源，停止工作。
灰尘感应眼：
在机器人底部的灰尘收集口内，有一组光电传感器（第8张图），当感应到灰尘较多时，会给MCU一个信号，系统程序会指令清扫系统电机转速加快，即实行变频打扫。
4、驱动系统
移动机构是扫地机器人的主体，决定了清洁机器人的运动空间。执行电机部分是吸尘机器人的主要构成部分,包括行走驱动子系统和吸尘子系统。
行走结构采用轮式结构,圆形壳体,底盘为三轮电动小车。前面两滚轮由两个电机独立驱动,后轮为万向轮。

单片机STM32F103 VBT6的I/O口只需要给出相应信号，由三极管D882做电子开关驱动行走电机；场效应管FR024N驱动吸尘风机；场效应管FDS8958A驱动清扫刷电机。

吸尘系统用电机带动清扫刷的转动,清扫灰尘并将灰尘集中于吸风口处,由吸尘机构制造强大的吸力将灰尘吸入灰尘存储箱中。滚轮电机、吸尘电机和清扫刷电机使用无刷直流电机。

四、拆机细节：
1、主机
首先打开机器人底部的电池盖板，取下电池组，对机器断电：






电池组由12只镍氢电池串联组成，14.4V/2000mAH：


取下旋转清扫刷：




卸下防撞挡板的边框固定螺丝：


移开防撞挡板，可以看见底部4组红外感应头（左前方2组、右前方2组），起防跌落检测信号作用；2组接触传感器杆（左、右前方各1组），触发微动开关，给出碰撞检测信号：


将机芯抬起：


可以看见接触传感器杆下还有1组红外发射、接收LED，这个高度的前半圆弧共分布4组红外发射、接收LED，起检测前方较大障碍物、避免碰撞的作用：






卸下机器底板上的10颗固定螺丝：


将机器上下分开：


机器下半部是产生真空吸尘的风机、积尘盒室：




机器上半部的结构：


左滚轮盒及位置检测微动开关（当滚轮悬空时，微动开关断开，机器立即停止工作）：




右滚轮盒及位置检测微动开关：



圆形绿色物件是动圈式小喇叭，机器语音用：





主机电路板：

LED热感触控屏（即电容触控屏）是密封的整体组件，用接插口与主板连接的，将其拔下：

取下的LED热感触控屏组件：

LED热感触控屏组件背面，TM1628是带键盘扫描接口的LED显示器驱动控制专用电路，内部集成有MCU数字接口、数据锁存器、LED高压驱动、键盘扫描等电路。主要应用于VCR、VCD、DVD 及家庭影院等产品的显示屏驱动：

拔下热感应触控屏后的主电路板：



  
主控系统MCU使用ARM单片机STM32F103 VBT：



  
主电路板左侧的主要IC：
仙童公司FDS8958A双MOSFET，驱动左清扫刷电机
74HC02D是四2输入或非门：
LM293是低功耗低失调电压双比较器：
D882型功率三极管(3A  10W)用于驱动左滚轮电机：


主电路板右侧的主要IC，与左侧对称，有FDS8958A，74HC02D，LM293，D882，驱动右边的清扫刷电机及滚轮电机：


电路板不同角度：






WTV040-20SS是一次性编程（OTP）语音芯片，机器的提示语音储存其中：


IR公司的场效应管FR024N（ID=17A，45W），驱动风机：


IR公司的场效应管FR9024N  最大漏极电流5.5A，最大耗散功率38W，作DC-DC变换器的电源管：


MC34063AL是一种单片双极型线性集成电路，专用于DC-DC变换器控制部分,片内包含有温度补偿带隙基准源、一个占空比周期控制振荡器驱动器和大电流输出开关，能输出1.5A的开关电流。它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器、降压式变换器和电源反向器。这里作变换直流1.8V，为CPU提供电源。


AMS1117 3.3是输出3.3伏的低压差线性稳压器IC，为系统I/O口提供3.3伏电源：


LM224是工业级的四运放IC：



卸下主板固定螺丝，看看PCB背面：



  
下面是左滚轮驱动电机、左清扫刷驱动电机：


滚轮驱动电机的转速由MCU控制，当灰尘收集口的光电感应器发出灰尘较多信号，其转速会加快（自动变频）；同时为了实现遍历无障碍的区域，以滚轮电机轴上的光电编码器计数开始和结束作为判断依据，给MCU提供中断控制信号，MCU按程序控制机器人在绕开障碍物以后，回到原来的行进路线上去：


下面是右滚轮驱动电机、右清扫刷驱动电机，与左侧的完全相同：


未完，楼下精彩继续......

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