硬件电路设计
本设计的智能清洁小车有三个：红外感应模块、给水模块和智能小车部分硬件模块。其中红外感应模块包含红外线发射、红外线电源模块，两个子模块；给水模块包括水泵、蓄水箱，也是两个子模块，智能小车部分硬件模块包含PLC、电机驱动模块、避障循迹模块、红外接收器模块、电源模块6个子模块。
（四）设计所需准备内容
基于PLC的清洁小车，所需准备内容有三菱PLC的FN系列产品。通过查阅SOLIDWORKS的教学材料、书籍，学习使用软件SOLIDWORKS 2018参与进行小车的装配图制作、小车的渲染图制作、小车的仿真动画制作。
设计过程
（一）设计草图制作
使用SW 2018软件是因为，他太像之前熟练操作过的CAD软件了。只是从之前的平面设计制图，三视图变成了现在的立体零件装配图，并且能够模拟仿真，转化成为爆炸图等优质功能。
SW几乎涵盖了智能清洁小车设计的整个生命链从草图绘制，零件装配图的尺寸确定再到装配体的仿真、材料选定，到最后的动画模拟仿真，它全部都能够胜任，甚至能够返璞归真，将设计好的小车的三视图进行导出。
主要是确定大的框架后，对内部尺寸进行再细化的安排，首先小车的底盘进行数据的预估计，这样就相应地得出小车的轮毂尺寸信息，其次小车的结构注定承重条件有限，过大的水箱会影响之后的电路板拼接安装，并且会增加轮毂驱动电机的负载，所以水箱容量的设置是在100ml-200ml的合适范围内，安装在小车的中间。再其次预估PLC及电源元件、线路板的尺寸，我们将小车尾部做为核心：驱动元件的上方成为了线路板排式插入的空间。
在初步确定小车各个零件尺寸之后，使用SolidWorks 2018 进行零件图的绘制。
（二）装配图组装
装配图组装通过网课的学习，掌握了SolidWorks2018的基本操作包括：裁剪实体、延伸、拉伸等等，通过同轴线、同轴心以及基准点的配合实现装配体的组装，通过参考文献得到零件参数规格，基本操作后通过零件图调整基准点后的相互配合得到装配图。
（三）装配图渲染
PhotoView 360渲染，通过内置的的3D渲染插件，可以对零件以及零件构成的装配图进行外观、布景的美化和贴图编辑，选择日常生活中该设计的工作场所进行布景、装饰，然后对零件进行渲染处理，并对渲染细节进行设置。
在SW 2018版本中，“PhotoView 360”作为SW本身的一个插件存在，无需额外安装，可以给到十分醒目的仿真体验。
装配图渲染是SW自带的功能，首先将清洁小车表面选择合适的材料，在这里我选择了镀铬的哑光材料，当然在实物制作中会选择其他价格适中、强度到位的材料作为替换。其次选择醒目的撞色配色，最后将小车渲染，放入软件自带的环境模拟场景中得到渲染后的清洁小车如下图所示。
（四）动画演示
通过Instant 3D插件，使智能清洁小车和模拟家庭场景的路面基准点配合，特意在模拟路面上，刻画出弯曲的路径曲线，并加入带有警示的雪糕筒作为测试道具，从而模拟清洁小车在家庭环境中的避障、防倒、防侧翻的功能。
使用SolidWorks来进行动画仿真并非是设计内容，Instant 3D作为插件能够做出多轴减速器、摇杆结构等等机械设计的仿真，给予观众更直观的认识，能更加清楚的认识到不管是纯机械部件也好，亦或是电气设备，它们背后的机械原理，正逢疫情，我们的实验小组因为时间、地点的约束，选择采用一种动画仿真的形式代替实物进行展示。
（五）电路设计
智能清洁小车的电路设计是分开设计的，不共地的分开设计，让功能区域和驱动区域电路在运行当中，波形图正常且不会失真，大大增强了电路的可靠性。 以上排线图将电源电路、复位电路、晶振电路红外遥控接收电路、举升电路分开接地，完成了以上所述，在现实的运行中，保证了清洁小车的“心脏”部分有条不紊地工作，该设计部分必不可少。二、散热设计
由于散热而导致的机器失灵屡见不鲜，采用何种方式进行排版是重中之重，我们通过查阅相关资料，将排列规则反复研究，最终确定了直排立式的安装方式。
（1）利用空气冷却，冷热空气对流的方式，可冷却PCB板，这种情况将其纵向排列即可，可充分降温。
（2）小的窍门，将PCB板上的元器件进行区分，电容、集成电路等等放在上风口处。大规模的集成电路可以放置在下风口进行通风。前者为低耗元件。后者为高耗能元件。
（3）大功率的元器件我们放置在PCB板的末端，也就是靠近清洁小车外壳的一端，纵向层面大功率元件靠上，横向层面大功率元件靠机箱外壳，即可充分降温。
（4）一些受热影响使用的电元器件应放在通风良好的地方（即小车尾部的空间）避免将它放在热源的顶部，良好的PCB板布局实际上也是保障了核心的安全问题。
（5）设备内PCB板的散热主要依靠空气流动，在组装时可以外置散热风扇，功率合理的情况下，使得小车电路部分更加安全。配置器件、印制电路板做到避免在某个区域留有较大的空缺部分，这是考虑到空气流动时总是趋向于阻力小的地方流动。
三、电磁兼容性设计
电子设备在电磁环境下能够正常运转则非常考验它的电磁兼容性。通过改变物理参数使得电子设备能够在强磁干扰、正常完成清洁任务，并且自身所释放的电子干扰不会影响其它电器的使用，这就是此设计的目的所在。
（1）导线宽度
PCB板排线上所产生的电磁干扰主要是来源于电感因素而产生的，因此应尽量降低PCB板排线的电感量。PCB板排线的电感量通过公式得知和它的长度是成正比的，和它的径向长度是呈现反比的，排线越短、越细越能抑制这种现象。驱动器衔接的信号线会有瞬变电流通过，PCB板排线越短越好短。我们设计的电路PCB板排线宽在0.5mm。
（2）排线方式
在PCB板排线正面进行横向排线，反面进行交叉方向的排线，然后在使用用金属化孔连接的方式。不用长距离的排线也是进一步抑制它们线与线之间的电磁干扰。
四、接地的情况分析
接地是使得干扰减少的普遍做法。将驱动、功能模块大大小小电路全部分开接地这样就解决大部分因共接地线而产生的干扰问题，让元件能够正常运行。
1、接地点数
低频电路涉及到接地点数的问题，则要考虑工作频率。如果信号的工作频率在1MHz以下，PCB板排线的布线和电源器间的电磁感应影响较小，此时接地电路形成的环流对PCB板上元件影响较大，此时应使用单点接地。工作频率在10MHz以上的时候，地线阻抗上升，那么降低地线的阻抗，所以多点接地适用。
2、数电模电分离
增加线性电路的接地面积。PCB板上高速逻辑电路、线性电路相分离，两条地线也同时分开，分别与电源端的地线连接。
3、接地线加粗
接地线过细，接地电位将会因为电流的改变而发生改变，电子设备的电平不稳，抗噪声性能失效。我们将接地线的设计尽可能地加粗，使它能通过位于PCB板的允许电流。最终我们的设计规格选择接地线的宽度为2mm。
4、接地线构成闭环路
PCB板地线系统只通过数电来构成，PCB板上的大小集成电路组件，碰上功耗大的电元器件时，接地线直径大小会产生较大的电位差，抗噪音能力下降，接地结构成环路，电位差值相应减小，元件因抗噪音能力恢复而恢复稳定。
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