目錄摘要及關鍵字····························11.緒論·······························12.整體設計思路···························23.硬件設計·····························23.1單片機控制電路························23.2超聲波檢測電路的設計·····················33.3垃圾桶檢測裝置的設計·····················53.4電機驅動電路的設計······················63.5時鐘電路的設計························73.6電源電路的設計························73.7報警電路的設計························84.軟件設計·····························94.1智能吸塵器主軟體的設計····················94.2吸塵器工作1軟體的設計···················104.3吸塵器工作2軟體的設計···················104.4吸塵器控制系統程序·····················115．總結······························20參考文獻·····························21致謝·······························23DirectoryAbstractandkeyword·······················11Introduction··························12overalldesign·························23hardwaredesign························23.1singlechipcontrolcircuit·················23.2ultrasonicdetectioncircuitdesign·············33.3trashdetectiondevicedesign················53.4motordrivecircuitdesign·················63.5clockcircuitdesign····················73.6powersupplycircuitdesign·················73.7alarmcircuitdesign····················84softwaredesign························94.1intelligentcleanermainsoftwaredesign··········94.2cleaner1softwaredesign·················104.3Cleaner2softwaredesign·················104.4Vacuumcontrolsystemprogram················115Summary····························20References···························21Acknowledgements························23基于STC單片機的吸塵器設計摘要本設計的吸塵器是AT89C51單片機為控制核心，加以步進電機、光電傳感器、壓敏傳感器和電源電路以及其他電路構成。系統是由AT89C51單片機通過I/O口控制吸塵器的前進后退以及轉向。超聲波傳感器對垃圾進行檢測。壓敏傳感器是用來檢測吸塵器的垃圾桶是否裝滿再經過蜂鳴器進行報警提示。一個按鍵進行吸塵器電路的工作狀態啟動和關閉控制。在檢測到垃圾時，通過吸塵器電機，利用流體壓強與流速的關系，可以將紙屑等垃圾進行吸附。關鍵字單片機；光電傳感器；紅外線熱釋電傳感器；松耦合變壓器；步進電機1緒論吸塵器是現代家庭中受到人們廣泛喜愛的清潔用具，傳統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，墻壁等。吸塵器主要由起塵、吸塵、濾塵三部分組成，一般包括串激整流子電動機、離心式風機、濾塵器（袋）和吸塵附件。一般吸塵器的功率為400-1000W或更高，便攜式吸塵器的功率一般為250W及其以下。近幾年來，國內吸塵器市場發展迅速，每年的增幅都保持在15%以上，在中國消費者對家庭裝修有了更高要求的同時，對保持家庭環境衛生的吸塵器也就漸漸重視起來。吸塵器對中國人來說曾經是奢侈品，但現在這種情況發生了變化，吸塵器正在中國家庭迅速普及。在吸塵器逐步走進中國消費者視野的同時，擁有時尚外觀、能夠提升生活檔次的吸塵器也在“攀比”中得到了發展空間。2整體設計思路圖1-1智能吸塵器控制系統的基本方框圖本系統的設計，是采用可篇程控制器對垃圾檢測信號進行采集處理和控制信號輸出控制。本系統設計的原理是利用超聲波傳感器對垃圾進行檢測，接收電路將接收到的信號發送給控制模塊，控制模塊對發送過來的數據信息進行處理，然后啟動吸塵器電機，對垃圾進行清理。在超神波傳感器檢測不倒垃圾時，控制系統控制電機不工作，當垃圾出現在檢測范圍之內時，傳感燈會亮起來，此時電機工作。在垃圾桶滿時，桶內的應變式傳感器會產生微笑形變，并將此裝換成電信號，報警電路工作，發出蜂鳴聲，便可知道此時垃圾桶已經裝滿，此時我們將垃圾桶內的垃圾傾倒出來，接著繼續讓吸塵器工作。3硬件設計3.1單片機控制電路本系統的功能比較大，用到的I/O口也多，因此，為了滿足要求，采用了一塊I/O擴展芯片8255來擴展AT89C52單片機的I/O口。下面圖是51系統與I/O擴展芯片的電路圖：圖3-1AT89C52單片與的I/O接口電路3.2超聲波檢測電路的設計3.2.1超聲波傳感器的基本原理超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發生振動產生的，它具有頻率高、波長短、繞射現象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產生多普勒效應。3.2.2超聲波發射電路和設計超聲波發射電路是采用一個超聲波頻率通過電聲轉換器將該頻率成折射式發射在介質空間里。本系統是設計一個40KHZ的超聲波發射器。圖3-240kHZ超聲波發射電路圖3-2由LM555時基電路及外圍元件構成40kHZ多諧振蕩器電路，調節電阻器RP阻值，可以改變振蕩頻率。由LM555第3腳輸出端驅動超聲波換能器T40-16，使之發射出超聲波信號。電路簡單易制。電路工作電壓9V，工作電流40~50mA。發射超聲波信號大于8m。3.2.3超聲波接收電路的設計超聲波接收電路是一個將接收到指定超聲波聲信號轉換成電信的轉置，本系統設計的是一個40KHZ的超聲波接收器。圖3-340kHZ超聲波接收電路圖3-3是個單穩式超聲波接收器電路原理圖，超聲波換能器R40-16諧振頻率為40kHZ，經R40-16選頻后，將40kHZ以外的干擾信號衰減，只有諧振于40kHZ的有用信號（發射機信號）送入VT1~VT3組成的高通放大器放大，經C5、VD1檢出直流分量，控制VT4、VT5組成的電子開關帶動繼電器K工作。由于該電路僅作單路信號放大，當發射機每發射一次超聲波信號時，接收機的繼電器吸合一次（吸合時間同發射機發射信號時間相同），無記憶保持功能。電路中VT1β≥200，VT2β≥150，其他元件自定。電路不需調試即可工作。如靈敏度和抗干擾不夠，可檢查三極管的β值與電容C4的容量是否偏差太大。經實測，配合相應的發射機，遙控距離可達8m以上。在室內因墻壁反射，故沒有方向性。電路工作電壓3V，靜態電流小于10mA。3.3垃圾桶檢測裝置的設計3.3.1應變式傳感器原理應變式傳感器是根據應變原理，通過應變片和彈性元件將機械構件的應變或應變力轉換為電阻的微小變化再進行電量測量的裝置。電阻應變片是一種將被測件上的應變變化轉換成為一種電信號的敏感器件。它是壓阻式應變傳感器的主要組成部分之一。電阻應變片應用最多的是金屬電阻應變片和半導體應變片兩種。金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩種。通常是將應變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產生力學應變基體上，當基體受力發生應力變化時，電阻應變片也一起產生形變，使應變片的阻值發生改變，從而使加在電阻上的電壓發生變化。這種應變片在受力時產生的阻值變化通常較小，一般這種應變片都組成應變電橋，并通過后續的放大器進行放大，再傳輸給處理電路或執行機構。3.3.2垃圾桶檢測裝置電路的分析垃圾桶檢測裝置主要是由一個壓敏傳感器對垃圾桶內的垃圾量達到一定的升度時觸發到它而產生的一個物理量變化轉可控制電量信號的裝置，具體情況如圖3-4所示，當電阻應變片壓敏傳感器觸發到外力的作用時，電阻應變片的阻值產生變化，應變電橋RP輸出的電壓也隨之而變，應應變電橋輸出的電壓微弱，所以還要經過VT101、VT102兩個放大管與其它分立元件制成的二極放大器放大后采送給后續的處理器。圖3-4中FB101電感和C102電容是起耦合濾波作用，而U302運放集成LM393和R104、R105組成一個比較器。改變可調電阻R104的阻值可以調解垃圾桶檢測裝置的敏度。圖3-4電阻應變片傳感器檢測壓力的壓敏電路3.4電機驅動電路的設計采用電機驅動芯片L298N作為電機驅動，驅動電路的設計如圖3-5所示：圖3-5L298電機驅動電路L298N的IN1、IN2、IN3、IN4四個引腳接到單片機上，通過對單片機的編程就可以實現兩個步進電機的正反轉和轉速。3.5時鐘電路的設計由555時基振蕩芯片不主設計的時鐘延時電路。其中555構成多諧振蕩器，振蕩頻率fo＝1.43/[（RI＋2R2）C]，如圖3-6所示。圖3-6NE555時基振蕩延時時鐘電路3.6電源電路的設計采用供電電源12V蓄電池做為主電源，再采用現代的LCDTV上的DC－DC處理技術處理后，給系統供電。這是在實際產品上的需求而設計的。不過，本課題所設計的是一個智能吸塵器的控制系統虛似系統，因此，本課題在供電上沒做重點要求。不過，下面圖3-7就是一個LCDTV上的DC－DC處理技術原理圖。圖3-7電源電路圖3-8中的U701、U702、U703、U704是個穩壓集成芯，此芯片穩壓性能非常好。電路中的R701、R702、R706是個限流電阻。另外，電路中的Q701與Q702和其它元件是構成一個電壓開關電路。Q701是一個開關管，它主要是當G腳電壓為高電平時電壓會從S腳流向D腳，當G腳的電壓為低時，S腳與D腳斷開，電壓無法從S腳流向D腳而輸出。3.7報警電路的設計在吸塵器裝滿垃圾的狀態下能發出足夠響的響聲提示。采用單片機的P2.7口做為報警器的出輸出信號，另外，猶于單片機輸出的信號比較弱，無法使蜂鳴器發出足夠響亮的響聲，所以，在單片機送出的信號加以簡易放大器和放大之后在去推動蜂鳴器工作。具體如下圖3-8所示。圖3-8蜂鳴報警器電路4軟件設計4.1智能吸塵器主軟體的設計主軟體是編寫一個對按鍵掃描的軟體程序，掃描【ON/OFF】鍵與【定時/OFF】鍵的按鍵是否動作。【ON/OFF】鍵是一個開關鍵。此鍵沒動作下面的程序將都無法運行。此鍵偶次動作下面的程序也一樣的無法運行。【ON/OFF】鍵奇次動作后緊接著就是【定時/OFF】鍵的掃描，【定時/OFF】是一個定時工作的開關鍵，也是吸塵器的兩種工作狀態的選擇鍵。軟體的設計流程請參見圖4-1流程圖。在主軟體里還有對整個系統初時化。圖4-1智能吸塵器主軟體設計的流程圖4.2吸塵器工作1軟體的設計吸塵器工作1軟體是一個采集尋跡電路信號與避障電路信號后進行處理，并做相對應的反應去控制吸塵器做智能化的行走工作。吸塵器工作1是以掃描形式進行掃描處理信號。軟體具體設計的思路見圖4-2流程圖。圖4-2智能吸塵器工作形式1軟體設計的流程圖4.3吸塵器工作2軟體的設計吸塵器工作2的軟體是建立在工作1的狀態下在加以定時時間同步運行一個軟體，軟體的設計流程見圖4-3流程圖。圖4-3智能吸塵器定時工作軟體設計的流程圖4.4吸塵器控制系統程序＝＝＝＝主程序＝＝＝＝org0000hajmpstinorg0030hstin:movdptr,#0ff7fhmova,#0b8hmovx@dptramova,#00hmovx@dptr.amovpa,amovpb,amovpc,cmovp0,#00hmovp1,#00hmovp2,#00hmovp3,#00hajmpstartstart:org0089hjnbp2.3,startmovp2.4,#01hjbP2.2,timingwork1:movp2.4,#01hmovp1.7,#00h＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝work1＝＝＝＝work1:movp2.4,#01hmovp1.7,#00hjbp1.2,ir1jbp1.3,ir2jbp1.4,ir3jbp1.0,uas1jbp1.1,uas2jbp1.5,psSmova,#0ffhmovp2,#30hmov@drtr,aajmpwort1＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝timing＝＝＝＝timing:movp2.4,#01hmovp1.7,#00hjbp2.2,work1Jbp2.1,whenJbp2.0,minJbp2.2,wok2ajmpriming＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝work2＝＝＝＝work2:movp2.4,#01hmovp1.7,#01hacalltimtimstart:acallledacallworkjnbr6,timstartajmpstart＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝work＝＝＝＝＝work:acallsxxs0acalladzhacallxjqkcljnbxjjs,xunjiyxclrzjenclryjenmovxczt,#00hmovysss,#03hsetbysztxunjiyx01:jbyszt,$clrxjjsxunjiyx02:acallcshmovxczt,#01hacallxcqjclrp2.5clrp2.7ajmpmain0main0:callsxxsmovr3,#07m001:acalladzhmovr7,#20djnzr7,$djnzr3,m001acallqkcljnbmgjs,main0clrzjenclryjenmovxczt,#00hmovysss,#03hsetbysztjbyszt,$ajmpxunjiyxqkcl:movr7,xcztcjner7,#00h,qkcl000ajmpqkclfhqkcl000:acallqkcl010mova,ad04clrcsubba,#20hjcqkcl001mova,ad05clrcsubba,#20h;jcqkcl001setbmgjsajmpqkclfhqkcl001:mova,ad01decntwkyclrcsubba,ad02jncqkcl002incntwkzincntwkzmova,ad02clrcsubba,ad01qkcl002:cjnea,#10h,qkcl003qkcl003:jnzqkcl004clrpwmtzmovntwkz,ntwkzymovntwky,ntwkzyacallqkcl010ajmpqkclfhqkcl004:setbpwmtzqkclfh:retqkcl010:mova,xcztcjnea,#01h,qkcl020mova,ad00cjnea,#05h,qkcl011qkcl011:jncqkcl020acallpztfjncqkcl020acallpytfjncqkcl020movxczt,#04hacallxchtajmpqkfhqkcl020:acallpztfjncqkcl021acallpytfjncqkcl021ajmpqkfhqkcl021:mova,xcztcjnea,#01h,qkcl022movlsjsl,#34qkcl022:cjnea,#04h,qkcl023movlsjsl,#10qkcl023:setblsjstbmovntwkz,ntwkzymovntwky,ntwkzyclrpwmtzjblsjstb,$clrzjenclryjenmovr3,#07m003:acalladzhmovr7,#20djnzr7,$djnzr3,m003movr7,xcztcjner7,#01h,q040acallpqtfjncqkcl024acallpztfjncqkcl025acallpytfjncqkcl026movxczt,#04hacallxchtajmpqkfhq040:ajmpqkcl040qkcl024:acallpztfjncqkcl027acallpytfjncqkcl028acallxcqjajmpqkfhqkcl025:acallpytfjncqkcl029movxczt,#02hmovlsjsl,#15setblsjstbacallxczzjblsjstb,$movxczt,#01hacallxcqjajmpqkfhqkcl026:movxczt,#03hmovlsjsl,#15setblsjstbacallxcyzjblsjstb,$movxczt,#01hacallxcqjajmpqkfhqkcl027acallpytfjncqkcl030incjdzzmova,#jdzqadda,jdzzmovr1,amov@r1,#00000110bmovxczt,#02hmovlsjsl,#16setblsjstbacallxczzjblsjstb,$movxczt,#01hacallxcqjajmpqkfhqkcl028:incjdzzmova,#jdzqadda,jdzzmovr1,amov@r1,#00000011b;movxczt,#01hacallxcqjajmpqkfhqkcl029:incjdzzmova,#jdzqadda,jdzzmovr1,amov@r1,#00000101bmovxczt,#02hmovlsjsl,#16setblsjstbacallxczzjblsjstb,$movxczt,#01hacalxcqjajmpqkfhqkcl030:incjdzzmova,#jdzqadda,jdzzmovr1,amov@r1,#00000111bmovxczt,#02hmovlsjsl,#16setblsjstbacallxczzjblsjstb,$movxczt,#01hacallxcqjajmpqkfheng＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝5總結項目設計中采用AT89C52單片機和光電傳感器、金屬傳感器、超聲波傳感器等，實現相應信號的檢測與吸塵器的控制，系統結構簡單、穩定、具有較高的控制精度、抗干擾能力強，實現了智能吸塵器能智能化的在工作范圍內進行吸塵。在本次設計過程中出現過許多的小問題。首先是單片機語言由于很長一段時間沒有接觸的原因，又得重新熟悉，浪費了很長一段時間。其次就是傳感器方面，有一段時間學了檢測技術這門課，但里面所講的傳感器知識都畫在書本，很少接觸到現實中的傳感器，這次的設計我在傳感器方面也是無從下手，不知道怎么選擇該用什么樣型號的傳感器，它們的和類特性又是怎樣。所以我在做硬件設計的時候,我只才用了比較常用的傳感器與比較器來制作傳感探測電路。在設計本項目時，我不知道往學校圖書管走了有多少回，在網上泡了多少天，所收集到的書籍、材料雖然重多，但是能用上的不多。一路走過來真的是很辛苦。參考文獻[1]張洪潤,單片機原理及應用.北京:清華大學出版,2005,4[2]張毅剛,單片機原理及應用.北京:高等教育出版社,2005,5[3]孫育才,AT89S51系列單片機及其應用.北京:清華大學出版社,2005,1[4]黃智偉,全國大學生電子設計競賽訓練教程,學京:電子工業出版社,2007,6[5]眭碧霞,單片機及其應用,西安:電子科技大學出版社,2003,4[6]鄒振春,單片機原理及接口技術,學京:機械工業出版社,2002,7[7]沙占友,單片機外圍電路設計,北京：電子工業出版社,2003,1[8]王煜東,傳感器及應用,學京:機械工業出版,2007,7[9]陳杰,傳感器與檢測技術,學京:高等教育出版社,2002,2[10]趙負,傳感器集成電路手冊,北京：化學工業出版社,2002,3[11]劉征宇,最新74系列IC特性代換手冊,福建:科學技術出片,2003,4VacuumcleanerdesignbasedonSTCsinglechipmicrocomputerWangXiaoyun(DepartmentofPhysics,DezhouUniversity,Dezhou,253023)AbstractVacuumcleanerofthisdesignisthe