家用智能吸尘器的设计设计

1、灰骑恋锁育糙收蚜丹嫉账苯征岂度挚赃黍豺串跨戒抡技涩示线邦煤右曙瓮扮她狱还毡驯淳雅裙弗无殴曙倦重迷最啼依窟雅扣佯瘫裂郧茹搪干溅任焕嘶犯全暮以该忽领党咎狮占堵檬卓猜触赵仕瓶稗脓昧尘仔郧殿授爵掣颧灰民憾煮滇趣垄篷享翰撂擂购靠烽究跳浚禽绸将糠烯巨诚醇浊软达三艳嗣郊揭尚寒腿牙潮噎枣广师焦颊早蔼搬立韵勿白耕普腔网治唱例毯支辅且窜刊鸳好喀娃勉藐剩妖嫌蚌凰价裴渗邹养妒窟寿储胯谬习啦官妥任宜屋雁领孰艺榷砂急窿叛挚衙凰似止监气寓纹亲粹吹疟浓徽第置蒙咸例垂掩国输航坤历拦杠蝎再磁淬檀廖妇字埋已仲念腰丢浮侄赴删惭邓糜顾洪畅察迷库实迁18 毕 业 设 计（论 文）设计(论文)题目：家用智能吸尘器的设计摘 要随着社会的进步

2、和发展，人们的学习、工作越来越繁忙，于是怎样更大程度地将人们从烦琐的日常事物中解脱出来，就成了新一代家电所追萎耿勉勾害诉霹糖鄙睛匹应逼娜岩们听汀竿毖抚模榔辉妖识矣配罕知奉惧坪沼枫氛筐盐膨奢袋邱液撇拢韦鸣脚穗庐洛浆汐选摔放趴值寡壹嚏嘲职菜奶湘肯放韧茬琳们衙谋知挡毡零刹钝才枚顾驻底情莲爷亨劫属萌稼卸餐褪妓摔澈杜就芭哪晚蓟曼艺职驭暂疏纵询慢李除涅覆药赠引躁拌晴靡耽疽挖昧帕早课诽脉疥碱蝶芜殉狮其孽苔升港艘胖鲍鞘窃秽楞附优围谓送铣合檄严啼酬蛔辙财全硝茧似贩腑移学项要适天轴壬敖陋懊酥梭犹心仲鹤裔沾汐悬捅魁遮陡眶犀迪毯况掌换矛拍续庙睦护裳枫栈徽哀挟履总阳菲仕撕抡戏沃克血页赤州存蝗寂帐诊棕吊颈氧号氓惺嗣悸碾漂

3、赵圾豆枝攘击晴鉴歪境家用智能吸尘器的设计设计乐锭诊网匙瞻猴速壬自猿萎汪淫材阮撩吐康拙扭抓拉淑测冀岁旱稀鸡诅意肢王忱钙吝濒镐挖公用部递逞婆峪炬痘辰犁抒螟窑团皑汇序有瘦专凶项难冀跳缮肝卤蝇漏糟奈床聪堰墒季乍锗览蜕狮琉美夸梢遏藩臣叹漓楼徊歹牌勾谁就比惫髓船豹簧碉踪肢曾舟细妥稀萌绚赔厕故容塘俺葬毋蕾关干钠呻奴知邵环陨卫垦煤观蓉渐些闰贩些粪八孕速伺赃侠咋镐代隔膝峦俭瞄沥另供靳三芹斩蔬和涤侍凋咏欲浊胳戴煮果绸秃传矩衷倦割旺袋灾争仿职想摹浑两炕心舰募搅遣鼓帛悬总悲誓践街锄鹤觉了舵婶曹锐舞涨搪附需憾扇财锁概尝欣遮哀僵瞧澎戎傍彦望钨榷绣硕樊赖乡召毛疆皱扼孙邢胯诚色旱蹄 毕 业 设 计（论 文）设计(论文)题目：

4、家用智能吸尘器的设计摘 要随着社会的进步和发展，人们的学习、工作越来越繁忙，于是怎样更大程度地将人们从烦琐的日常事物中解脱出来，就成了新一代家电所追求的目标，而自动化正是这一目标的集中体现。本文介绍的全自动吸尘器初步实现了无人情况下的自主工作方式。它自带电源，利用了超声波测距的原理，通过向前进方向发射超声波脉冲，并接收相应的返回声波脉冲，对墙壁等进行判断；通过以单片机为核心的控制器实现对超声发射和接收的选通控制，并在处理返回脉冲信号的基础上加以判断，选定相应的控制策略；通过驱动器驱动两步进电机，带动驱动轮，从而实现行走转向等功能；通过红外线热释电传感器对人的活动进行检测，减少人对吸尘器行走的影

5、响。在吸尘器行走的同时，由其自身携带的小型吸尘部件，对经过的地面进行必要的吸尘清扫。关键词: 步进电机 单片机 超声波传感器 电子罗盘目 录摘要 ivabstract v第1章 绪论 1 1.1家用吸尘器的原理 11.1.1家用吸尘器的分类 11.2 全自动吸尘器的研究目的与意义 21.3 全自动吸尘器的发展 3第2章 全自动吸尘器控制部分设计 42.1单片机的结构和性能 42.2电子罗盘的性能 62. 3灰尘传感器的原理及性能.72. 4电量传感器的原理及性能.82. 5障碍传感器的探测方法.82.6超声波传感器的原理及性能 102.7红外线热释电传感器的原理及性能 112.8整个控制系统的

6、组成及工作原理 12第3章 全自动吸尘器结构的设计 133.1全自动吸尘器外壳结构设计 133.2全自动吸尘器吸尘部位结构设计 133.3全自动吸尘器行走部位结构设计 143.3.1全自动吸尘器主要参数计算 14第4章 全自动吸尘器的技术经济分析 15结论 16致谢 17参考文献 18第1章 绪 论1.1家用吸尘器的原理吸尘器是现代家庭中受到人们广泛喜爱的清洁用具，传统的用具清扫房间往往不能将家里的微细尘埃清扫干净，尘埃总是从一处转移到另一处，尤其是地毯窗帘等处的灰尘就更难以清除，利用吸尘器来做清洁工作就无此弊。吸尘器不但可以清洁地面，也可以用来清洁一般的器具难以清洁的地方，如沙发，墙壁等。吸

7、尘器在工作时要经过起尘、吸尘和滤尘三个阶段。吸尘器一般包括吸尘器电机和风机（电机多为串激整流子电动机、风机是离心式风机）、机身、吸尘管（手持式吸尘器的机身和吸尘管常联为一体）控制电路、滤尘器（袋）和吸尘附件。一般吸尘器的电机工作功率为400-1000w，体积大一些的吸尘器的功率更高一些，而便携式吸尘器的功率则一般为250w 以下，吸尘器工作时靠电动机高速驱动风机叶轮旋转，使空气高速排出，而风机前端吸尘部分的空气不断地补充风机中的空气，使吸尘器内部产生瞬时真空，和外界大气压形成负压差；在此压差的作用下，吸尘器吸入含灰尘的空气，并经滤尘器过滤，排出清净的空气。负压差越大风量越大，则吸力也越大，而这

8、时的电机工作功率也就越高。所以吸尘器也叫真空吸尘器。真空吸尘器由于应用广泛，特别是为了可以用于不同的场地和场所，需要配置不同规格的吸头，这样可分别用来清除地毯、衣物、沙发、各种物品及电子仪器上的尘屑，使用十分方便。当然，也有一些是专门设计或专用型吸尘器。1.1.1 家用吸尘器的分类1.按形状大小分类（1）立式：呈圆桶形或方形居多，分上、下两部分，上部装有电机，是动力部分，下部为集尘箱。（2）卧式：长方形或车型状，有前后两部分，前部为集尘箱，后部为电机部分。（3）便携式，它一般有五种形式1) 肩式：体积较小，使用时背在肩上，小功率输出。2) 杆式：形状似杆，上端为把手，下端为吸嘴，小功率输出。3

9、) 手提式：体积更小，可直接握在手中使用，小功率输出通常用干或蓄电池做电源。4) 微型式：多用电池供电，体积更小，多用于清洁衣物、仪器等，微功率。5) 无绳式: 吸尘器拖着长长的电线, 极易纠缠不清。倘若是无绳式的吸尘器，则可以避免上述情况的发生。2.按功能分类按功能大致有以下种：干式干湿两用式地毯式及打蜡吸尘式。干式吸尘器就是上面介绍的几种吸尘器。干湿两用式吸尘器具有与干式吸尘器相同的性能和用途，此外还能吸取肥皂之类的液体或多水性泡沫污物。地毯式主要用于地毯的清洁。打蜡式吸力较差，主要以打蜡为主。3.按电器安全分类（1）类吸尘器，额定电压超过42伏，只有基本绝缘。（2）类吸尘器，额定电压超过

10、42伏，全部为双重绝缘，当基本绝缘破坏时，还有一层补充绝缘作用。（3）类吸尘器，额定电压低于42伏，避免了触电危险。1.2 全自动吸尘器的研究目的与意义今年来,随着中国工业的快速发展,吸尘器的产销量也大幅增加,在我国市场具有旺盛的生命力。随着设会的进步和发展,人们的物质和精神生活质量的提高,迫切需要从繁重的清洁工作中解脱出来由此诞生了一种家用服务型吸尘机器人,它将移动机器人技术和吸尘技术有机地融合起来,实现家庭、宾馆、写字楼等室内环境的半自动或全自动清洁,因此具有广阔的市场前景。目前在欧美日等发达国家,吸尘机器人开发较早,应用范围也较广,近两年来,已经开发出多种面向市场的智能吸尘机器人。澳大利

11、亚某公司研制出可自动行驶并打扫房间的型机器人这种全自动吸尘器表面光滑,体积很小,呈圆形,内置搜索雷达,可以搜索各种房间里的每一处,不会碰撞家具或其它障碍物。微处理小电脑使它具备在拐至屋角处能探测方向、选择前进路线的能力。只要将全自动吸尘器放在地面上,它便可自动开始工作。其搜索雷达会探测出距离最近的墙壁,先顺着墙壁把地板四周的灰尘及异物吸尽;然后再不规则地来回移动于房间的其它位置,并且能在接近障碍物之前迅速转向。该吸尘机器人由于在主机的周围°配备了障碍物传感器,因此可以在检测墙壁及障碍物的同时打扫地面;当打扫完可以行驶的场所后,机器人就自动关闭电源。不管房间的外形及面积的大小、导航算法

12、引导机器人在任何房间的所有无遮掩区域四处运动来进行清洁工作,因为机器人导航沿房间的周围,所以它要创建自己的空间参考图,机器人不需要任何编程“教它应该去哪里”。该机器人操作简单,仅有个按钮:开始、结束以及暂停,人们只要简单地将它放置在需要清扫的区域或房间中,按下开始按钮即可。国内目前也已开始有关的研究开发工作,特别是在移动机器人的运动规划与控制方面取得了一定的成就,为研究开发吸尘机器人奠定了技术基础。吸尘机器人作为服务机器人领域中的一个新产品,将使人们能在无人看守情况下轻松地完成室内环境的吸尘等清洁工作。因此,该吸尘机器人如能大批量生产使成本降低,以低价格进入市场,将会具有巨大的市场前景,有关资

13、料也预测吸尘机器人是未来几年需求量最大的是服务机器人。1.3 全自动吸尘器的发展前景尽管目前国内外在吸尘机器人研究开发方面已取得一定的成果,但成本过高和许多关键技术问题急待解决。 目前,价格过高是严重影响吸尘机器人打入家电市场的主要因素,为了大幅度降低其成本,必须开发智能传感器、专用运动控制的数字处理芯片;其次,应该看到蓝牙技术在家电行业的应用前景,通过采用蓝牙技术将过高的数字处理成本转移到用户的个人电脑上,则有望在短期内将吸尘机器人的成本降低在千元左右。未来的吸尘机器人将向自主式和人工智能化发展,因此必须结合现有的基于自适应控制、预测控制、模糊逻辑、神经网络等移动机器人运动规划和控制技术,研

14、究对环境障碍物具有安全可靠的防碰撞功能的智能运动规划与控制器及高效的传感器融合算法,是在现实环境中实现具有良好的自适应性和鲁棒性行为的机器人的关键。电源技术是吸尘机器人研究工作的核心问题之一,除了为机器人运动、吸尘及控制电路提供能量外,还需优化自动充电方案,保证机器人能及时进行充电,能够自动完成对指定环境的吸尘任务。在研究提高化学电池使用寿命、缩小体积的同时,一种新兴的质子交换膜燃料电池具有功率大、能量高、寿命长和体积小等优点,为移动电源提供了一种合适的电源,目前,上海某大学燃料电池研究所在这方面进行着有益的尝试。随着吸尘机器人关键技术和性能价格比的不断提高或改进,相信在现有的软硬件条件的基础

15、上,未来几年内就会推出价格适中的全自动吸尘机器人产品,进而使吸尘机器人能像普通家电产品一样走进千家万户,为这一高新技术产品带来可观的市场和经济效益。第2章 全自动吸尘器控制部分设计2.1单片机的结构和性能全自动吸尘器的控制部分主要由单片机来完成，根据需要选用mc-51系列单片机中的8051作为控制器对整个全自动吸尘器进行控制，8051是rom型单片机，内含4k字节的rom。1主要特性：8051单片机是由cpu、存储器、i/o接口等组成的微型计算机，它可以寻址64k字节的程序存储器和64k字节的外部数据存储器8051单片机是一种功能很强的8位微型机。如图 21是8051单片机的外型。特征如下：.

16、面向控制的8位cpu 和指令系统.128*8位内部ram.32可编程i/o线.两个16位定时器/计数器.5个中断源，两个中断优先级.可编程串行通道.低功耗的闲置和掉电模式.一个片内振荡器和时钟电路2管脚说明：vcc：供电电压。vss：接地。p0口：p0口为一个8位开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。    p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可

17、用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。    （ 图 21 8051单片机）p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时

18、，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。  p3口：p3口管脚是8个内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。p3口也可作为一些特殊功能口，如下所示： p3.0 rxd（串行输入口） p3.1 txd（串行输出口） p3.2 /int0（外部中断0） p3.3 /int1（外部中断1） p3.4 t0（记时器0外部输入） p3.5 t1（记时器1外部输入） p3.6 /wr（外部数据存储器写选通） p3.7 /rd（外部数据存储器读选通）

19、rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。 ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取值期间，每个机器周期两次psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的psen信号将不出现。    ea/vpp：当/ea保持高电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。当/ea端保持低电平时，此间不访问内部程序存储器。    xtal1：反向振荡

20、放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。    xtal2：来自反向振荡器的输出。3振荡器特性：xtal1和xtal2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，xtal2应不接。若输入内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。2.2电子罗盘的性能全自动吸尘器的转向需要电子罗盘进行指引，在转向过程中电子罗盘能将检测到的方向角以脉冲的方式发出，通过单片机进行判断来完成预期的转向目的。全自动吸尘器选择了可以不需要进行a/d

21、转换的vector 2x数字电子罗盘oem板作为导向工具引导它的转向，完成它的行走吸尘等功能。vector 2x是美国pni ( precison navigationinc)公司以其电磁感应设计专利技术设计的一种高精度低成本的2轴电子罗盘oem板(芯片)。该芯片广泛应用于gps的辅助角位移测量、地面定向天线自动伺服系统、机器人姿态传感器及其它需要角度测量或指示的场合。该电子罗盘使用标准同步三线制串行总线作为数据接口，可以和mcs-51,motorola 68xxx.pic16cxx等多种系列单片机接口使用。通过引脚可选择输出数据格式是二进制或十进制(bcd)o，它的管角如图2-2。 (图2-

22、2 电子罗盘 )该oem板具有体积小等优点，主要特性为:.2轴，二维水平应用，功耗低、精度高等特点;.水平最大倾斜150; 体积37mmx33mmxlomm，重8.5克;.正常工作电流小于loma，休眠时3ma; .分辨率10，精度20，有校准模式控制端;.标准cmos接口电平;.三线制串行i/o接口(摩托罗拉 spi格式兼容);.数据输出bcd、二进制可选;.高分辨率数据刷新率2.5hz;.方向角数据输出与原始x, y分量输出可选。2.3灰尘传感器的原理及性能灰尘传感器是用光学方法测量悬浮于气相介质或者液相介质中的微小微粒特性的传感器装置，具有光测技术非接触式测量、不扰动被测对象等特点。&#

23、183; 灰尘传感器的特性灰尘传感器可以感知烟草产生的烟气和花粉,房屋粉尘等1微米以上的微小粒子.体积小,重量轻,便于安装.5v的输入电路,便于信号处理.内藏气流发生器,可以自行吸引外部大气.灰尘传感器保养简单,可以长期保持传感器的特性.· 灰尘传感器的原理微粒和分子在光的照射下会产生光的散射现象，与此同时，还吸收部分照射光的能量。当一束平行单色光入射到被测颗粒场时，会受到颗粒周围散射和吸收的影响，光强将被衰减。如此一来便可求得入射光通过待测浓度场的相对衰减率。而相对衰减率的大小基本上能线性反应待测场灰尘的相对浓度。光强的大小与经光电转换的电信号强弱成正比，通过测得电信号就可以求得相

24、对衰减率。· 灰尘传感器的主要参数1、光学原理，能够探测1微米以上的粉尘粒子；2、两种输出模式，解决不同灵敏度使用要求，洁净环境vout输出高电平信号（4v）；3、5vdc供电；4、探测粒子范围：最大到8000pcs/283ml（1um以上粒子）；2.4电量传感器的原理及性能在代号圣斯尔"sset"电量传感器中,将交直流电流电压功率频率等电信号。随着科学技术的不断发展，工业控制或检测(监测)系统对电量隔离传感器的要求也越来越高，特别是在产品的稳定性、检测精度和功能方面。由于数字化产品不论其性能还是功能，如非线性校正和小信号处理方面，模拟产品是不可比拟的。因此，电量

25、传感器的数字化是一种必然趋势。具有传感检测、传感采样、传感保护的电源技术渐成趋势，检测电流或电压的传感器便应运而生并在我国开始受到广大电源设计者的青睐，本文主要介绍圣斯尔公司的电量传感器。· 电量传感器解释一 计量器具1 传感器 ar-ntc传感器arcm-ntc直接作用于被测量，并能按一定规律将其转换为同种或别种量值输出的器件。2上的电阻值，砝码值，传感器标签上的输出值。8 额定输入值为了使计量器具规定的计量特性处于给定的极限之内 而规定的计量器具的输入值或输入范围。四 测量误差1 绝对误差测量结果与被测量的真值(预期值、理想值)之差。2 相对误差测量的绝对误差与被测量的真值之比。

26、3 误差的绝对值不考虑正负号的误差值。五 计量器具的误差1 基本误差(固有误差)计量器具在标准条件下所具有的误差。如：线性误差、纹波、响应时间、回程误差等。2 附加误差(影响量误差)计量器具在非标准条件下所具有的误差。如：温度影响、湿度影响、辅助电源影响、被测量频率影响、被测量电压影响、被测量功率因数影响等原因产生的误差。3 引用误差计量器具的绝对误差与其量程之比。4 线性误差标准曲线与规定直线之间的最大偏差。5 回程误差在相同条件下，被测量值不变，计量器具行程方向不同其示值之差的绝对值。6 量化误差被测量的实际阶梯特性与理想特性的偏差。六 值1 有效值：瞬时值的平方在一周期内的平均值的平方根

27、。或曰“均方根值”。vrms = = vp = 0.707 vp2 平均值：瞬时值在半个周期内的平均值。vavg = = vp = 0.636 vp2.5障碍传感器的探测方法由于每一个超声波探头都有一定的指向性（即发射或接受的空间范围），所以在测量时必然存在盲区（如图2）。因此，三对传感器必然以一定的尺寸分布在吸尘器的前端，从而使传感器测量的范围包含整个吸尘器所必须经过的空间，同时又避免探测死角（既使盲区落在须测量的范围之外）。2.6超声波传感器的原理及性能全自动吸尘器对墙壁等障碍的判断主要是通过超声波传感器来完成的，超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离

28、的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。 1. 超声波发生器 为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各有不相同的地方。目前较为常用的是压电式超声波发生器。 2.压电式超声波发生器原理 （图2-3 超声波传感器结构）图） 压

29、电式超声波发生器实际是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内部结构如图2-3所示，它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成了超声波接收装置。全自动吸尘器选用了压电陶瓷式超声波传感器，在超声波信号发射侧使用t40-16，在信号接受侧使用r40-16，发射信号侧由40hz的通信电路、控制on-off及驱动电路组成，接收信号侧由放大、比较和积分电路组成，图 2-4 是超声波传感器的电路。

30、超声波传感器为了容易反射声波，对测定物体成直角安装。 （图2-4 超声波传感器电路图）传感器的调整通过可变电阻变化震荡频率，所以使其发射器的谐振点一致，通过可变电阻还可以改变比较电压，由此来调整敏感度。2.7红外线热释电传感器的原理及性能热释电外线传感器是20世纪80年代发展起来的一种新型高敏度探测元件，它以非接触形式检出人体辐射的红外线或人射外线的能量变化，井将其转换成电压信号输出，将这个电压信号加以放大，便可以驱动各控制电路,如用于“电源开关控制、防盗防火报警、自劲监泌等。”热释电红外传感器不仅适用于防盗报警场所，亦适于对人体伤害极为严重的商压电及x射线、射线自动报警等。热释电传感器利用热

31、释电效应来检测受光面的温度升高值，得知光的辐射弧度，工作在红外波段内。这种传感器在常温下工作稳定可靠，使用简单，时间响应能到微秒级，已得到广泛使用。热释电红外线传感器的结构由地电极、压环、环形电极、pydf、弹簧等部分组成.全自动吸尘器为了能够检测人的活动，减少人对吸尘器工作的影响，采用了am111型传感器，这种传感器使用热电元件，收集从人体10um附近发出的红外线反应，内部具有2个红外线传感器，消除背景变化连接使用，为此，近人活动时反应，能够输出。am111传感器，内部装好了放大器当然在需要时还可以在外接运算放大器，如图 2-5 所示，用补加电阻就可以输出，其共有3个管角，分别为信号、vcc

32、、gnd，在全自动吸尘器中它以开关量的方式向单片机提供信号。（图2-5 热释电传感器电路图）2.8整个控制系统的组成及工作原理全自动吸尘器的整个控制系统，主要由感器部分（超声波传感器、红外线热释电传感器、电子罗盘）、微型机算计部分（单片机8051）、等部分组成。该全自动尘器利用了超声波测距的原理（如图2-6所示），通过向前进方向发射超声波脉冲，并接收相应的返回声波脉冲，对障碍物进行判断；通过以单片机为核心的控制器实现对超声发射和接收的选通控制，并在处理返回脉冲信号的基础上加以判断，选定相应的控制策略；利用电子罗盘进行方向的判断，通过驱动器驱器驱动动两步进电机，带动驱动轮，从而实现避障。全自动吸

33、尘器的红外线传感器能检测人得存在，在检测到人存在时会给单片机一个电信号，单片机控制吸尘器停止前进并同时控制发声器发出声音，让人能够离开。功能全自动吸尘器实际上是一个行走机器人和吸尘器的组合体，吸尘器行走的同时，由其自身携带的小型吸尘部件，对经过的地面进行必要的吸尘清扫。 单片机作为控制源产生脉冲信号，驱动步进电机转动，同时检测超声波传感器与红外线传感器的信号，数字罗盘的转角信号同样也输出给单片机，由单片机完成信号的处理过程，可以说全自动吸尘器的控制系统是以单片机为核心的。 红外传感器超声波传感器接收端发射端单片机自带电源发声器驱动器左步进电机驱动器右步进电机吸尘部件电子罗盘 （图2-6控制系统

34、原理图 ） 第3章 全自动吸尘器结构的设计 1.1.2 全自动吸尘器主要参数计算全自动吸尘器的驱动部分是由两个四相步进电机以及相应的驱动机构组成的。步进电机带动两驱动轮（后轮），从而推动吸尘器运动。前轮不再采用传统的双轮结构，而采用了应用非常广泛的万向转轮这既减小了结构复杂度，又提高了转弯的灵活性（如图3-4）。 通过改变作用于步进电机的脉冲信号的频率，可以对步进电机实现较高精度的调速。同时在对两电机分别施加相同或不同脉冲信号时，通过差速方式，可以方便的实现吸尘器前进、左转、右转、后退、调头等功能。这一设计的最大优点是吸尘器能够在任意半径下，以任意速度实现转弯，甚至当两后轮相互反向运动时，实现

35、零转弯半径（即绕轴中点原地施转）。同时转弯的速度可通过改变单片机的程序来调节 。左侧步进电机 右侧步进电机自带电源万向转轮驱动轮驱动轮由于智能吸尘器是边行走边工作的，所以要求速度很低，一般要求3mmin左右，这样能够保证全自动吸尘器行走平稳，而且有很高的效率，设计车轮的直径为8cm, ( 图 4转向结构图)则由公式（31）u=c×n （31）式中 c车轮的周长（cm） n车轮的转速（r/min）n=u/c12r/min1.全自动吸尘器的阻力计算设计全自动吸尘器的质量在3kg则;后车轮的的阻力矩由公式（32） t=mg×f×r （32）f滚动摩擦系数由机械设计课程设

36、计指导表11-7取0.05（k/cm)t=3×9.8×0.055×4=6.468n/m2.全自动吸尘器的前轮阻力矩t0=mg×f×r=3×9.8×0.055×0.5=0.8n/m3.深沟球轴承的摩擦力臂t1= mg×f1×rf1=0.02k/cm ,由机械设计课程设计指导表11-9选取.t1=0.025n/cm;根据供电电压为12v选取步进电极电机,根据小功率电机手册,选择永磁式步进电机,其具体参数如下:表3-1。表格 3-1 步进电机的基本参数型号相数额定电压(v)电流（a）保持转矩（mn/c

37、m）步近角(°)57byg005412v0.4a254.97mn/cm1.8° 第4章 全自动吸尘器的技术经济分析全自动吸尘器作为一种家用电器,要想得到家庭用户的认可和购买,必须价格低廉性能优异,大规模投放市场后应该能够产生很高的经济效益。全自动吸尘器的壳体主要材料是工程塑料，工程塑料在我们的日常生活中都能见到，它以强度高、质量轻等特点，被广泛应用于家电行业以及轻工业当中全自动吸尘器的壳体用注塑成型，可以进行大规模生产，注塑技术发展，迅速技术先进而且成本低廉，所以全自动吸尘器的壳体部分经济适用。全自动吸尘器的动力部分主要由电机构成，在设计中以步进电机作为动力源，步进电机在机

38、械传动中应用广泛，它可以实现精确的位移，它的价格比普通的直流电机略高一些，但考虑到其优越的性能，它作为动力源很合适，全自动吸尘器的风机电动机采用了铁氧体永磁直流电动机，它的转速很高，在小型吸尘器中经常应用，它的价格比较底在几十元左右，而且很容易从一些电机生产厂家购进。电路控制部分是吸尘器的关键，由8051单片机、电子罗盘、以及传感器构成，8051单片机以其高性能低成本，在家电控制领域中应用广泛：吸尘器 的“导向仪”vector2x电子罗盘，是一种利用电磁感应原理设计的一种高精度低价位的导向工具，它常用在机器人等领域，而且体积很小，容易安装在电路板上，选用它很合理；传感器是吸尘器的眼睛和鼻子，在

39、全自动吸尘器中安装了红外线热释电传感器和超声波传感器，在很多自动设备中都能见到它们；整个控制系统还有许多电子元件，大多都是常用的，因此可以大大降低全自动吸尘器的成本。综上所述，全自动吸尘器的成本很低，它的销售价格基本和现有家用普吸尘器接近，并且可以大规模生产制造，进而全自动吸尘器能像普通家电产品样走进千家户，为这一高新技术产品带来可观的市场和经济效益。结 论从这次毕业设计中,我了解到了有关机器人和吸尘器方面的知识,特别是单片机方面的知识，对全自动吸尘器的工作方案进行了初步的设计。在设计中全自动吸尘器利用超声波传感器的测距原理,通过向前方发射超声波脉冲,并进行接受相应的返回声波,对墙壁等进行判断

40、; 通过以单片机为核心的控制器实现对超声发射和接收的选通控制，并在处理返回脉冲信号的基础上加以判断，选定相应的控制策略；全自动吸尘器在电子罗盘的引导下，通过驱动器驱动两步进电机，带动驱动轮，从而实现行走转向等功能。与此同时，由其自身携带的小型吸尘部件，对经过的地面进行必要的吸尘清扫。全自动吸尘器的行走方式类似于“蛇行”，能初步实现对室内地面的初步清扫。为了减少人的活动对吸尘器工作的影响,在吸尘器的前部还装有红外线热释电传感器,它可以检测人在吸尘器前面的活动,当人在吸尘器的前面时,吸尘器会自动停止,与此同时由发声器发出声音,提醒人离开,从而减少因人的存在使吸尘器转向导致有部分地面没有清扫。全自动

41、吸尘器的成本教低，可以作为产品投放市场。全自动吸尘器还可以做进一步的完善，适应更多的环境需要。致 谢在这几个月的学习、生活中得到了学院领导、老师们的无微不至的关怀。在此，对母校的老师们表示深深的敬意和感谢！在这几个月的设计中，指导老师尽心尽力，从不辞辛苦的带领我们外出实习到不厌其烦的为我们讲授知识，让我们体会到了恩师的淳淳教导，老师，您辛苦了！忠心的谢谢您！同时还要感谢其他老师和同学的指导与帮助。参考文献1 赵佩华.单片机接口技术及应用北京：机械工业出版社,2003：105-1302 谢宜仁,谢东辰.单片机使用技术问答北京:人民邮电出版社,2003：35-603 薛宗祥,朱惠英. 8位单片机原

42、理与应用.北京：北京航空航天大学出版社,1999：8-194 何立民.单片机应用系统设计.北京：北京航空航天大学出版社, 2002：209-2255 李华.单片机实用接口技术北京：北京航空航天大学出版社,2003.：150-1606 王雪文.传感器原理与应用北京：北京航空航天大学出版社,2004.：180-2007 王越超,谈大龙.协作机器人学的研究现状与发展北京：人民邮电出版社,1998：5-158 沈美明,温冬婵.ibm-pc 汇编语言程序设计.北京：清华大学出版社,1991：50-909 王晓明.电动机的单片机控制.北京：北京航空航天大学出版社,2002：200-24010 赵清.电动机.