1、 目 錄第1章 緒論 1 1.1家用吸塵器的原理 11.1.1家用吸塵器的分類 11.2 全自動吸塵器的分類 21.3 全自動吸塵器的發(fā)展 13第2章 全自動吸塵器控制部分設(shè)計 142.1單片機的結(jié)構(gòu)和性能 142.2電子羅盤的性能 162. 3灰塵傳感器的原理及性能. 172. 4電量傳感器的原理及性能. 182. 5障礙傳感器的探測方法. 182.6超聲波傳感器的原理及性能 202.7紅外線熱釋電傳感器的原理及性能 212.8整個控制系統(tǒng)的組成及工作原理 22第3章全自動吸塵器結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點 24第4章 全自動吸塵器的改進 2528第1章 緒 論1.1家用吸塵器的原理吸塵器是現(xiàn)代家庭中受到人

2、們廣泛喜愛的清潔用具，傳統(tǒng)的用具清掃房間往往不能將家里的微細塵埃清掃干凈，塵埃總是從一處轉(zhuǎn)移到另一處，尤其是地毯窗簾等處的灰塵就更難以清除，利用吸塵器來做清潔工作就無此弊。吸塵器不但可以清潔地面，也可以用來清潔一般的器具難以清潔的地方，如沙發(fā)，墻壁等。吸塵器在工作時要經(jīng)過起塵、吸塵和濾塵三個階段。吸塵器一般包括吸塵器電機和風機（電機多為串激整流子電動機、風機是離心式風機）、機身、吸塵管（手持式吸塵器的機身和吸塵管常聯(lián)為一體）控制電路、濾塵器（袋）和吸塵附件。一般吸塵器的電機工作功率為400-1000W，體積大一些的吸塵器的功率更高一些，而便攜式吸塵器的功率則一般為250W 以下，吸塵器工作時靠

3、電動機高速驅(qū)動風機葉輪旋轉(zhuǎn)，使空氣高速排出，而風機前端吸塵部分的空氣不斷地補充風機中的空氣，使吸塵器內(nèi)部產(chǎn)生瞬時真空，和外界大氣壓形成負壓差；在此壓差的作用下，吸塵器吸入含灰塵的空氣，并經(jīng)濾塵器過濾，排出清凈的空氣。負壓差越大風量越大，則吸力也越大，而這時的電機工作功率也就越高。所以吸塵器也叫真空吸塵器。真空吸塵器由于應(yīng)用廣泛，特別是為了可以用于不同的場地和場所，需要配置不同規(guī)格的吸頭，這樣可分別用來清除地毯、衣物、沙發(fā)、各種物品及電子儀器上的塵屑，使用十分方便。當然，也有一些是專門設(shè)計或?qū)Ｓ眯臀鼔m器。1.1.1 家用吸塵器的分類1.按形狀大小分類（1）立式：呈圓桶形或方形居多，分上、下兩部分

4、，上部裝有電機，是動力部分，下部為集塵箱。（2） 臥式：長方形或車型狀，有前后兩部分，前部為集塵箱，后部為電機部分。 （3） 便攜式，它一般有五種形式 1) 肩式：體積較小，使用時背在肩上，小功率輸出。 2) 桿式：形狀似桿，上端為把手，下端為吸嘴，小功率輸出。 3) 手提式：體積更小，可直接握在手中使用，小功率輸出通常用干或蓄電池做電源。 4) 微型式：多用電池供電，體積更小，多用于清潔衣物、儀器等，微功率。 5) 無繩式: 吸塵器拖著長長的電線, 極易糾纏不清。倘若是無繩式的吸塵器，則可以避免上述情況的發(fā)生。2.按功能分類按功能大致有以下種：干式干濕兩用式地毯式及打蠟吸塵式。干式吸塵器就是

5、上面介紹的幾種吸塵器。干濕兩用式吸塵器具有與干式吸塵器相同的性能和用途，此外還能吸取肥皂之類的液體或多水性泡沫污物。地毯式主要用于地毯的清潔。打蠟式吸力較差，主要以打蠟為主。3.按電器安全分類（1）類吸塵器，額定電壓超過42伏，只有基本絕緣。（2）類吸塵器，額定電壓超過42伏，全部為雙重絕緣，當基本絕緣破壞時，還有一層補充絕緣作用。（3）類吸塵器，額定電壓低于42伏，避免了觸電危險。1.2 全自動吸塵器工作原理智能吸塵器吸塵器的工作原理是，利用電動機帶動葉片高速旋轉(zhuǎn)，同時使吸塵部分內(nèi)空氣不斷地補充進風機。致使吸塵室內(nèi)產(chǎn)生瞬時真空，和外界大氣壓形成負壓差，在此壓差的作用下，吸入的塵埃、臟物隨空氣

6、，經(jīng)過濾塵器過濾，將塵埃、臟物收集與塵筒內(nèi)。負壓差越大，風量越大，則吸塵能力也越大。智能吸塵器工作原理如下:智能吸塵器的種類雖然很多，但是結(jié)構(gòu)大同小異，都是由殼體、電機、自動充電座、虛擬墻發(fā)射器、感應(yīng)頭、開關(guān)、電動刷、垃圾盒等組成。 智能吸塵器各部分的作用是： 1、殼體保護內(nèi)部機件；2、電機吸塵器電機是吸塵器的心臟，產(chǎn)生吸力； 3、自動充電座讓主機自動充滿電；4、虛擬墻發(fā)射器定時預(yù)約清掃功能，虛擬墻會發(fā)射紅外線形成一款堵虛擬的墻，按您的意愿來為您清潔地面；5、感應(yīng)頭對家中的強體，柱體進行感應(yīng)，是智能吸塵器機器人的眼睛；6、開關(guān)控制機器的工作狀態(tài)；7、螺絲固定機件；8、電動刷清潔地面等；9、垃圾

7、盒存放灰塵。結(jié)構(gòu)分析 殼體保護內(nèi)部機件；電機吸塵器電機是吸塵器的心臟，產(chǎn)生吸力；吸塵器電機（VACUUM CLEANER MOTOR）是吸塵器的心臟，吸塵器電機的主要種類有：干吸吸塵器電機（THRU-FLOW），干濕吸塵器電機（BY-PASS）。 吸塵器電機由兩部分構(gòu)成：電機部分和風機部分，由于吸塵器電機對轉(zhuǎn)速要求很高，一般在20000-30000轉(zhuǎn)每分鐘，故電機主要采用的是串激類電機，又稱為串勵電機。    串激電機1串勵電動機的定義: 定子勵磁繞組和電樞(轉(zhuǎn)子)繞組為串聯(lián),既可通直流又可通交流電,具有換向器換向的電動機. 串勵電動機的基本結(jié)構(gòu): 串勵電動機主要是由定子,

8、轉(zhuǎn)子,前、后端蓋(罩)及散熱風葉組成.定子由定子鐵芯和套在極靴上的繞組組成,其作用是產(chǎn)生勵磁磁通,導磁及支撐前后罩;轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯,軸,電樞繞組及換向器組成,其作用是保證并產(chǎn)生連續(xù)的電磁力矩,通過轉(zhuǎn)軸帶動負載做功,將電能轉(zhuǎn)化為機械能; 前后罩起支撐電樞,將定、轉(zhuǎn)子連結(jié)固定成一體的作用. 其中轉(zhuǎn)軸,前、后罩要有足夠的強度,以防電樞與罩發(fā)生共振現(xiàn)象,引起振動和危險.一般前、后罩內(nèi)有滾動或滑動軸承. 了解了串激電機的基本結(jié)構(gòu)后，再回到吸塵器電機的風機部分，風機部分主要有兩個主要部件：動葉輪和定葉輪，動葉輪主要是產(chǎn)生風，當動葉輪以20000-30000轉(zhuǎn)每分鐘的高轉(zhuǎn)速進行旋轉(zhuǎn)時，進風口處會產(chǎn)生負壓形成

9、真空，進而形成吸力；定葉輪，又稱為導風輪，主要作用是使得動葉輪產(chǎn)生的風量更加平順的釋放出去，定葉輪風道的好壞，直接影響吸塵器電機的效率。    干濕吸塵器電機吸塵器電機的應(yīng)用范圍：各種家用工業(yè)用干吸吸塵器，干濕兩用吸塵器，中央吸塵器，工業(yè)吸塵器以及各種類型的掃地機。其實，吸塵器電機不局限于應(yīng)用在吸塵器上，例如泡泡浴，噴漆，舞臺人工雪花，農(nóng)業(yè)機械等等需要吸力的設(shè)備。 自動充電座讓主機自動充滿電；虛擬墻發(fā)射器定時預(yù)約清掃功能，虛擬墻會發(fā)射紅外線形成一款堵虛擬的墻，按您的意愿來為您清潔地面；感應(yīng)頭對家中的強體，柱體進行感應(yīng)，是智能吸塵器機器人的眼睛；開關(guān)控制機器的工作狀態(tài)；螺絲固

10、定機件；電動刷清潔地面等；垃圾盒存放灰塵。 今年來,隨著中國工業(yè)的快速發(fā)展,吸塵器的產(chǎn)銷量也大幅增加,在我國市場具有旺盛的生命力。隨著設(shè)會的進步和發(fā)展,人們的物質(zhì)和精神生活質(zhì)量的提高,迫切需要從繁重的清潔工作中解脫出來由此誕生了一種家用服務(wù)型吸塵機器人,它將移動機器人技術(shù)和吸塵技術(shù)有機地融合起來,實現(xiàn)家庭、賓館、寫字樓等室內(nèi)環(huán)境的半自動或全自動清潔,因此具有廣闊的市場前景。目前在歐美日等發(fā)達國家,吸塵機器人開發(fā)較早,應(yīng)用范圍也較廣,近兩年來,已經(jīng)開發(fā)出多種面向市場的智能吸塵機器人。澳大利亞某公司研制出可自動行駛并打掃房間的型機器人這種全自動吸塵器表面光滑,體積很小,呈圓形,內(nèi)置搜索雷達,可以搜

11、索各種房間里的每一處,不會碰撞家具或其它障礙物。微處理小電腦使它具備在拐至屋角處能探測方向、選擇前進路線的能力。只要將全自動吸塵器放在地面上,它便可自動開始工作。其搜索雷達會探測出距離最近的墻壁,先順著墻壁把地板四周的灰塵及異物吸盡;然后再不規(guī)則地來回移動于房間的其它位置,并且能在接近障礙物之前迅速轉(zhuǎn)向。該吸塵機器人由于在主機的周圍°配備了障礙物傳感器,因此可以在檢測墻壁及障礙物的同時打掃地面;當打掃完可以行駛的場所后,機器人就自動關(guān)閉電源。不管房間的外形及面積的大小、導航算法引導機器人在任何房間的所有無遮掩區(qū)域四處運動來進行清潔工作,因為機器人導航沿房間的周圍,所以它要創(chuàng)建自己的空

12、間參考圖,機器人不需要任何編程“教它應(yīng)該去哪里”。該機器人操作簡單,僅有個按鈕:開始、結(jié)束以及暫停,人們只要簡單地將它放置在需要清掃的區(qū)域或房間中,按下開始按鈕即可。國內(nèi)目前也已開始有關(guān)的研究開發(fā)工作,特別是在移動機器人的運動規(guī)劃與控制方面取得了一定的成就,為研究開發(fā)吸塵機器人奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。吸塵機器人作為服務(wù)機器人領(lǐng)域中的一個新產(chǎn)品,將使人們能在無人看守情況下輕松地完成室內(nèi)環(huán)境的吸塵等清潔工作。因此,該吸塵機器人如能大批量生產(chǎn)使成本降低,以低價格進入市場,將會具有巨大的市場前景,有關(guān)資料也預(yù)測吸塵機器人是未來幾年需求量最大的是服務(wù)機器人。1.3 全自動吸塵器的發(fā)展前景盡管目前國內(nèi)外在吸塵機器

13、人研究開發(fā)方面已取得一定的成果,但成本過高和許多關(guān)鍵技術(shù)問題急待解決。 目前,價格過高是嚴重影響吸塵機器人打入家電市場的主要因素,為了大幅度降低其成本,必須開發(fā)智能傳感器、專用運動控制的數(shù)字處理芯片;其次,應(yīng)該看到藍牙技術(shù)在家電行業(yè)的應(yīng)用前景,通過采用藍牙技術(shù)將過高的數(shù)字處理成本轉(zhuǎn)移到用戶的個人電腦上,則有望在短期內(nèi)將吸塵機器人的成本降低在千元左右。未來的吸塵機器人將向自主式和人工智能化發(fā)展,因此必須結(jié)合現(xiàn)有的基于自適應(yīng)控制、預(yù)測控制、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等移動機器人運動規(guī)劃和控制技術(shù),研究對環(huán)境障礙物具有安全可靠的防碰撞功能的智能運動規(guī)劃與控制器及高效的傳感器融合算法,是在現(xiàn)實環(huán)境中實現(xiàn)具有良

14、好的自適應(yīng)性和魯棒性行為的機器人的關(guān)鍵。電源技術(shù)是吸塵機器人研究工作的核心問題之一,除了為機器人運動、吸塵及控制電路提供能量外,還需優(yōu)化自動充電方案,保證機器人能及時進行充電,能夠自動完成對指定環(huán)境的吸塵任務(wù)。在研究提高化學電池使用壽命、縮小體積的同時,一種新興的質(zhì)子交換膜燃料電池具有功率大、能量高、壽命長和體積小等優(yōu)點,為移動電源提供了一種合適的電源,目前,上海某大學燃料電池研究所在這方面進行著有益的嘗試。隨著吸塵機器人關(guān)鍵技術(shù)和性能價格比的不斷提高或改進,相信在現(xiàn)有的軟硬件條件的基礎(chǔ)上,未來幾年內(nèi)就會推出價格適中的全自動吸塵機器人產(chǎn)品,進而使吸塵機器人能像普通家電產(chǎn)品一樣走進千家萬戶,為這

15、一高新技術(shù)產(chǎn)品帶來可觀的市場和經(jīng)濟效益。 第2章 全自動吸塵器控制部分設(shè)計2.1單片機的結(jié)構(gòu)和性能全自動吸塵器的控制部分主要由單片機來完成，根據(jù)需要選用MC-51系列單片機中的8051作為控制器對整個全自動吸塵器進行控制，8051是ROM型單片機，內(nèi)含4K字節(jié)的ROM。1主要特性：8051單片機是由CPU、存儲器、I/O接口等組成的微型計算機，它可以尋址64K字節(jié)的程序存儲器和64K字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲器8051單片機是一種功能很強的8位微型機。如圖 21是8051單片機的外型。特征如下：.面向控制的8位CPU 和指令系統(tǒng).128*8位內(nèi)部RAM.32可編程I/O線.兩個16位定時器/計數(shù)器.5

16、個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級.可編程串行通道.低功耗的閑置和掉電模式.一個片內(nèi)振蕩器和時鐘電路2管腳說明：VCC：供電電壓。VSS：接地。P0口：P0口為一個8位開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。    P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口

17、作為第八位地址接收。    （ 圖 21 8051單片機）P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。  P3口：P3口管腳是8個內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接

18、收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為一些特殊功能口，如下所示： P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時器0外部輸入） P3.5 T1（記時器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外

19、部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取值期間，每個機器周期兩次PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。    EA/VPP：當/EA保持高電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。當/EA端保持低電平時，此間不訪問內(nèi)部程序存儲器。    XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。    XTAL2：來自反向

20、振蕩器的輸出。3振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。若輸入內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。2.2電子羅盤的性能全自動吸塵器的轉(zhuǎn)向需要電子羅盤進行指引，在轉(zhuǎn)向過程中電子羅盤能將檢測到的方向角以脈沖的方式發(fā)出，通過單片機進行判斷來完成預(yù)期的轉(zhuǎn)向目的。全自動吸塵器選擇了可以不需要進行A/D轉(zhuǎn)換的VECTOR 2X數(shù)字電子羅盤OEM板作為導向工具引導它的轉(zhuǎn)向，完成它的行走吸塵等功能。VECTOR

21、 2X是美國PNI ( Precison NavigationInc)公司以其電磁感應(yīng)設(shè)計專利技術(shù)設(shè)計的一種高精度低成本的2軸電子羅盤OEM板(芯片)。該芯片廣泛應(yīng)用于GPS的輔助角位移測量、地面定向天線自動伺服系統(tǒng)、機器人姿態(tài)傳感器及其它需要角度測量或指示的場合。該電子羅盤使用標準同步三線制串行總線作為數(shù)據(jù)接口，可以和MCS-51,Motorola 68xxx.PIC16Cxx等多種系列單片機接口使用。通過引腳可選擇輸出數(shù)據(jù)格式是二進制或十進制(BCD)o，它的管角如圖2-2。 (圖2-2 電子羅盤 )該OEM板具有體積小等優(yōu)點，主要特性為:.2軸，二維水平應(yīng)用，功耗低、精度高等特點;.水平

22、最大傾斜150; 體積37mmx33mmxlOmm，重8.5克;.正常工作電流小于lOmA，休眠時3mA; .分辨率10，精度20，有校準模式控制端;.標準CMOS接口電平;.三線制串行I/O接口(摩托羅拉 SPI格式兼容);.數(shù)據(jù)輸出BCD、二進制可選;.高分辨率數(shù)據(jù)刷新率2.5Hz;.方向角數(shù)據(jù)輸出與原始X, Y分量輸出可選。2.3灰塵傳感器的原理及性能灰塵傳感器是用光學方法測量懸浮于氣相介質(zhì)或者液相介質(zhì)中的微小微粒特性的傳感器裝置，具有光測技術(shù)非接觸式測量、不擾動被測對象等特點。· 灰塵傳感器的特性灰塵傳感器可以感知煙草產(chǎn)生的煙氣和花粉,房屋粉塵等1微米以上的微小粒子.體積小,

23、重量輕,便于安裝.5V的輸入電路,便于信號處理.內(nèi)藏氣流發(fā)生器,可以自行吸引外部大氣.灰塵傳感器保養(yǎng)簡單,可以長期保持傳感器的特性.· 灰塵傳感器的原理微粒和分子在光的照射下會產(chǎn)生光的散射現(xiàn)象，與此同時，還吸收部分照射光的能量。當一束平行單色光入射到被測顆粒場時，會受到顆粒周圍散射和吸收的影響，光強將被衰減。如此一來便可求得入射光通過待測濃度場的相對衰減率。而相對衰減率的大小基本上能線性反應(yīng)待測場灰塵的相對濃度。光強的大小與經(jīng)光電轉(zhuǎn)換的電信號強弱成正比，通過測得電信號就可以求得相對衰減率。· 灰塵傳感器的主要參數(shù)1、光學原理，能夠探測1微米以上的粉塵粒子；2、兩種輸出模式，

24、解決不同靈敏度使用要求，潔凈環(huán)境Vout輸出高電平信號（4V）；3、5VDC供電；4、探測粒子范圍：最大到8000pcs/283ml（1um以上粒子）；2.4電量傳感器的原理及性能在代號圣斯爾"SSET"電量傳感器中,將交直流電流電壓功率頻率等電信號。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)控制或檢測(監(jiān)測)系統(tǒng)對電量隔離傳感器的要求也越來越高，特別是在產(chǎn)品的穩(wěn)定性、檢測精度和功能方面。由于數(shù)字化產(chǎn)品不論其性能還是功能，如非線性校正和小信號處理方面，模擬產(chǎn)品是不可比擬的。因此，電量傳感器的數(shù)字化是一種必然趨勢。具有傳感檢測、傳感采樣、傳感保護的電源技術(shù)漸成趨勢，檢測電流或電壓的傳感器便

25、應(yīng)運而生并在我國開始受到廣大電源設(shè)計者的青睞，本文主要介紹圣斯爾公司的電量傳感器。· 電量傳感器解釋一 計量器具1 傳感器 AR-NTC傳感器ARCM-NTC直接作用于被測量，并能按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換為同種或別種量值輸出的器件。2上的電阻值，砝碼值，傳感器標簽上的輸出值。8 額定輸入值為了使計量器具規(guī)定的計量特性處于給定的極限之內(nèi) 而規(guī)定的計量器具的輸入值或輸入范圍。四 測量誤差1 絕對誤差測量結(jié)果與被測量的真值(預(yù)期值、理想值)之差。2 相對誤差測量的絕對誤差與被測量的真值之比。3 誤差的絕對值不考慮正負號的誤差值。五 計量器具的誤差1 基本誤差(固有誤差)計量器具在標準條件下所具有

26、的誤差。如：線性誤差、紋波、響應(yīng)時間、回程誤差等。2 附加誤差(影響量誤差)計量器具在非標準條件下所具有的誤差。如：溫度影響、濕度影響、輔助電源影響、被測量頻率影響、被測量電壓影響、被測量功率因數(shù)影響等原因產(chǎn)生的誤差。3 引用誤差計量器具的絕對誤差與其量程之比。4 線性誤差標準曲線與規(guī)定直線之間的最大偏差。5 回程誤差在相同條件下，被測量值不變，計量器具行程方向不同其示值之差的絕對值。6 量化誤差被測量的實際階梯特性與理想特性的偏差。六 值1 有效值：瞬時值的平方在一周期內(nèi)的平均值的平方根。或曰“均方根值”。Vrms = = Vp = 0.707 Vp2 平均值：瞬時值在半個周期內(nèi)的平均值。V

27、avg = = Vp = 0.636 Vp2.5障礙傳感器的探測方法由于每一個超聲波探頭都有一定的指向性（即發(fā)射或接受的空間范圍），所以在測量時必然存在盲區(qū)（如圖2）。因此，三對傳感器必然以一定的尺寸分布在吸塵器的前端，從而使傳感器測量的范圍包含整個吸塵器所必須經(jīng)過的空間，同時又避免探測死角（既使盲區(qū)落在須測量的范圍之外）。2.6超聲波傳感器的原理及性能全自動吸塵器對墻壁等障礙的判斷主要是通過超聲波傳感器來完成的，超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現(xiàn)。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到

28、實時控制，并且在測量精度方面能達到工業(yè)實用的要求，因此在移動機器人的研制上也得到了廣泛的應(yīng)用。 1. 超聲波發(fā)生器 為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計和制成了許多超聲波發(fā)生器?？傮w上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各有不相同的地方。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器。 2.壓電式超聲波發(fā)生器原理 （圖2-3 超聲波傳感器結(jié)構(gòu)）圖） 壓電式超聲波發(fā)生器實際是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-3所示，它有兩個壓電晶片和一

29、個共振板。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成了超聲波接收裝置。全自動吸塵器選用了壓電陶瓷式超聲波傳感器，在超聲波信號發(fā)射側(cè)使用T40-16，在信號接受側(cè)使用R40-16，發(fā)射信號側(cè)由40HZ的通信電路、控制ON-OFF及驅(qū)動電路組成，接收信號側(cè)由放大、比較和積分電路組成，圖 2-4 是超聲波傳感器的電路。超聲波傳感器為了容易反射聲波，對測定物體成直角安裝。 （圖2-4 超聲波傳感器電路圖）傳感器的調(diào)整通過可變

30、電阻變化震蕩頻率，所以使其發(fā)射器的諧振點一致，通過可變電阻還可以改變比較電壓，由此來調(diào)整敏感度。2.7紅外線熱釋電傳感器的原理及性能熱釋電外線傳感器是20世紀80年代發(fā)展起來的一種新型高敏度探測元件，它以非接觸形式檢出人體輻射的紅外線或人射外線的能量變化，井將其轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出，將這個電壓信號加以放大，便可以驅(qū)動各控制電路,如用于“電源開關(guān)控制、防盜防火報警、自勁監(jiān)泌等?！睙後岆娂t外傳感器不僅適用于防盜報警場所，亦適于對人體傷害極為嚴重的商壓電及x射線、射線自動報警等。熱釋電傳感器利用熱釋電效應(yīng)來檢測受光面的溫度升高值，得知光的輻射弧度，工作在紅外波段內(nèi)。這種傳感器在常溫下工作穩(wěn)定可靠，使用

31、簡單，時間響應(yīng)能到微秒級，已得到廣泛使用。熱釋電紅外線傳感器的結(jié)構(gòu)由地電極、壓環(huán)、環(huán)形電極、PYDF、彈簧等部分組成.全自動吸塵器為了能夠檢測人的活動，減少人對吸塵器工作的影響，采用了AM111型傳感器，這種傳感器使用熱電元件，收集從人體10um附近發(fā)出的紅外線反應(yīng)，內(nèi)部具有2個紅外線傳感器，消除背景變化連接使用，為此，近人活動時反應(yīng)，能夠輸出。AM111傳感器，內(nèi)部裝好了放大器當然在需要時還可以在外接運算放大器，如圖 2-5 所示，用補加電阻就可以輸出，其共有3個管角，分別為信號、VCC、GND，在全自動吸塵器中它以開關(guān)量的方式向單片機提供信號。（圖2-5 熱釋電傳感器電路圖）2.8整個控制

32、系統(tǒng)的組成及工作原理全自動吸塵器的整個控制系統(tǒng)，主要由感器部分（超聲波傳感器、紅外線熱釋電傳感器、電子羅盤）、微型機算計部分（單片機8051）、等部分組成。該全自動塵器利用了超聲波測距的原理（如圖2-6所示），通過向前進方向發(fā)射超聲波脈沖，并接收相應(yīng)的返回聲波脈沖，對障礙物進行判斷；通過以單片機為核心的控制器實現(xiàn)對超聲發(fā)射和接收的選通控制，并在處理返回脈沖信號的基礎(chǔ)上加以判斷，選定相應(yīng)的控制策略；利用電子羅盤進行方向的判斷，通過驅(qū)動器驅(qū)器驅(qū)動動兩步進電機，帶動驅(qū)動輪，從而實現(xiàn)避障。全自動吸塵器的紅外線傳感器能檢測人得存在，在檢測到人存在時會給單片機一個電信號，單片機控制吸塵器停止前進并同時控制

33、發(fā)聲器發(fā)出聲音，讓人能夠離開。功能全自動吸塵器實際上是一個行走機器人和吸塵器的組合體，吸塵器行走的同時，由其自身攜帶的小型吸塵部件，對經(jīng)過的地面進行必要的吸塵清掃。 單片機作為控制源產(chǎn)生脈沖信號，驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動，同時檢測超聲波傳感器與紅外線傳感器的信號，數(shù)字羅盤的轉(zhuǎn)角信號同樣也輸出給單片機，由單片機完成信號的處理過程，可以說全自動吸塵器的控制系統(tǒng)是以單片機為核心的。 紅外傳感器超聲波傳感器接收端發(fā)射端單片機自帶電源發(fā)聲器驅(qū)動器左步進電機驅(qū)動器右步進電機吸塵部件電子羅盤 （圖2-6控制系統(tǒng)原理圖 ） 第3章 全自動吸塵器的優(yōu)缺點 1.1.2 全自動吸塵器的主要優(yōu)缺點一.優(yōu)點：吸塵器主要優(yōu)點作用

34、：有計算機系統(tǒng)、 導航系統(tǒng)、感應(yīng)系統(tǒng)、 機械系統(tǒng)、記憶系統(tǒng)、 自救系統(tǒng)，利用自動吸 塵、拖地、凈化空氣幾大功能同步進行清潔。 （1）、省時、省力，整個清潔過程全部自動控制，減輕您操作負擔，讓您有更多的時間陪家人、看電視。 （2）、低噪音：噪音控制在60分貝以下，有別于其他家用吸塵器產(chǎn)生的震耳噪聲，清潔房間的過程中便您免受噪音之苦。 （3）、凈化空氣：內(nèi)置特制過濾器，粉塵凈化率高達96,吸塵過濾效率100%。 （4）、輕便小巧：扁平設(shè)計，能輕松打掃普通吸塵器清理不到的死角。（與汽車方向盤大小相似）其他作用：1、收藏物品時使用。季節(jié)變更時收藏被褥等物品由于占用儲藏空間大、保管不當易蛀。如果將它們放

35、入定制的塑料密封袋，再用吸塵器將袋內(nèi)空氣抽掉密閉扎緊，不僅可以大節(jié)省儲藏空間，而且也不易受潮霉變。 2、找尋細小物品。居家生活難免會不慎跌落諸如紐扣、藥片、瓶蓋、縫衣針等細小物品，借助吸塵器就能毫不費力地找到。使用前，可先將吸塵器的吸管口用一層薄紗布包扎好，再根據(jù)物品大小選擇適當?shù)娘L力，隨后接通電源用吸管口在落物處周圍來回滑動，跌落的物品很快就會吸附到紗布上。 3、清潔電器除塵。利用吸塵器也可以對諸如電視機、影碟機、電腦、鍵盤、音響、空調(diào)機等電器進行日常保養(yǎng)，清除電器內(nèi)外的灰塵。除塵時，應(yīng)先將電器的電源插頭拔掉，按說明書將電器外殼打開卸下，選用合適形狀的吸管伸進電器內(nèi)部將灰塵清除，然后再用電吹

36、風驅(qū)除潮氣，最后再將外殼裝好恢復原狀即可。二 缺點：1噪音較大。 2.吸塵器容易散發(fā)異味污染空氣。 3.經(jīng)常要清洗儲塵袋拆卸繁瑣 4.使用過程容易兩次污染出氣過濾紙需要合理改進。 5.一般只能干用碰到水后容易損壞電機和電路板吸塵器效果也不好。使用有一定的局限性。 6.一般不能長時間的連續(xù)使用有損壽命。 1.1.3 第4章 全自動吸塵器的改進最主要的改進應(yīng)該是在產(chǎn)品的功能方面，通過降低產(chǎn)品配件或者是其他相關(guān)部件的成本，來降低整個產(chǎn)品的成本。我從中了解到吸塵器的不足如下：具體的措施可以有以下幾種方案：1、改變外殼的材料，使用較低廉環(huán)保的材質(zhì)，使噪音的音量減低，達到最優(yōu)化成本與低廉的目的。2、將智能

37、吸塵器的發(fā)射器做得更嬌小便捷或?qū)⑺c機身融合，整合產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品的成本降下來。降低噪音的分析改進：噪聲主要分為三大類，即振動噪聲、氣動噪聲和電磁噪聲，其中：固體的振動導致聲能的產(chǎn)生和輻射，屬于結(jié)構(gòu)件噪聲范疇。由湍流和非定常流誘導的壓力波動引起的流體流動誘導噪聲，屬于氣動噪聲范疇。氣動聲源不易識別，有意義的區(qū)域一般在流體流動自身的內(nèi)部，而且包含聲源。這些噪聲源在不斷地生成或隨流動在對流，通常實驗很難獲取設(shè)計相關(guān)的指導數(shù)據(jù)確定噪聲源 01 整機 63.7 02 拆除毛刷 59.3 03 拆除毛刷、拆除灰塵盒 57.5 04 灰塵盒風機停止運行 62.9 5 灰塵盒風機停止運行、抬起機器人 58 06 灰塵盒風機停止運行、更換毛刷 64.8 07 毛刷停止運行 56.7 毛刷噪聲主要是在毛刷傳動機構(gòu)的避振上。因為毛刷為旋轉(zhuǎn)工作部件，不論是新機或者是工作一段時間后的臟機，旋轉(zhuǎn)部件的動不平衡，將導致整個旋轉(zhuǎn)傳