1. 职场清洁机器人的需求背景与设计目标
现代办公环境对清洁效率的要求越来越高。传统人工清洁存在工作时间受限、重复劳动强度大等问题，而市面上的家用扫地机器人又难以满足职场环境的特殊需求。这正是我们选择基于STM32开发职场专用清洁机器人的核心动机。
职场环境与家庭环境存在显著差异：
- 空间更大且布局复杂（开放办公区、会议室、走廊等）
- 地面材质多样（地毯、瓷砖、木地板等）
- 存在大量固定障碍物（工位隔断、文件柜等）
- 需要避开人员活动区域
我们的设计目标是通过STM32实现：
- 自主路径规划能力
- 多传感器融合的环境感知
- 适应不同地面材质的清洁模式
- 低功耗长时间运行
- 无线远程监控功能
提示：职场机器人的核心难点不在于清洁本身，而在于如何在不干扰正常办公的前提下高效完成清洁任务。这需要在算法设计和传感器选型上做特殊考量。
2. 硬件系统架构设计
2.1 主控单元选型
我们选用STM32F407ZGT6作为主控制器，主要基于以下考虑：
- 168MHz主频满足实时控制需求
- 1MB Flash+192KB RAM可存储复杂地图数据
- 丰富的外设接口（3个SPI、6个USART、2个CAN等）
- FPU硬件浮点单元加速算法运算
- 性价比优势明显（批量采购约$8/片）
2.2 传感器系统配置
多传感器融合是实现智能清洁的基础：
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红外传感器阵列（5组GP2Y0A21YK0F）：
- 检测距离10-80cm
- 用于近距离障碍物检测
- 成本低廉且抗干扰性强
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超声波模块（HC-SR04）：
- 检测距离2cm-4m
- 补充红外传感器的盲区
- 特别适合玻璃等透明障碍物检测
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陀螺仪+加速度计（MPU6050）：
- 提供姿态和运动状态数据
- 用于航迹推算(Dead Reckoning)
- I²C接口与主控通信
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地面材质检测电路：
- 基于电容感应原理
- 可区分地毯/硬质地面的导电特性差异
- 输出信号经ADC采样处理
2.3 驱动与清洁系统
双轮差速驱动方案：
- 采用MG995舵机改装的直流减速电机
- 额定扭矩15kg·cm
- 配套TB6612FNG电机驱动芯片
- 编码器分辨率400脉冲