智能吸塵器結(jié)構(gòu)分析改進(jìn)

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(dòng)吸塵器的分類 21.3 全自動(dòng)吸塵器的發(fā)展 13第2章 全自動(dòng)吸塵器控制部分設(shè)計(jì) 142.1單片機(jī)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(cè)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(gè)控制系統(tǒng)的組成及工作原理 22第3章全自動(dòng)吸塵器結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn) 24第4章 全自動(dòng)吸塵器的改進(jìn) 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(ài)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(xì)塵埃清掃干凈，塵?？偸菑囊惶庌D(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(lái)做清潔工作就無(wú)此弊。吸塵器不但可以清潔地面，也可以用來(lái)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(shí)要經(jīng)過(guò)起塵、吸塵和濾塵三個(gè)階段。吸塵器一般包括吸塵器電機(jī)和風(fēng)機(jī)（電機(jī)多為串激整流子電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)是離心式風(fēng)機(jī)）、機(jī)身、吸塵管（手持式吸塵器的機(jī)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(jī)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(shí)靠

3、電動(dòng)機(jī)高速驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)，使空氣高速排出，而風(fēng)機(jī)前端吸塵部分的空氣不斷地補(bǔ)充風(fēng)機(jī)中的空氣，使吸塵器內(nèi)部產(chǎn)生瞬時(shí)真空，和外界大氣壓形成負(fù)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(guò)濾，排出清凈的空氣。負(fù)壓差越大風(fēng)量越大，則吸力也越大，而這時(shí)的電機(jī)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(chǎng)地和場(chǎng)所，需要配置不同規(guī)格的吸頭，這樣可分別用來(lái)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(dāng)然，也有一些是專門設(shè)計(jì)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(jī)，是動(dòng)力部分，下部為集塵箱。（2） 臥式：長(zhǎng)方形或車型狀，有前后兩部分，前部為集塵箱，后部為電機(jī)部分。 （3） 便攜式，它一般有五種形式 1) 肩式：體積較小，使用時(shí)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(wú)繩式: 吸塵器拖著長(zhǎng)長(zhǎng)的電線, 極易糾纏不清。倘若是無(wú)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(guò)42伏，只有基本絕緣。（2）類吸塵器，額定電壓超過(guò)42伏，全部為雙重絕緣，當(dāng)基本絕緣破壞時(shí)，還有一層補(bǔ)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(xiǎn)。1.2 全自動(dòng)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(dòng)機(jī)帶動(dòng)葉片高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)使吸塵部分內(nèi)空氣不斷地補(bǔ)充進(jìn)風(fēng)機(jī)。致使吸塵室內(nèi)產(chǎn)生瞬時(shí)真空，和外界大氣壓形成負(fù)壓差，在此壓差的作用下，吸入的塵埃、臟物隨空氣

6、，經(jīng)過(guò)濾塵器過(guò)濾，將塵埃、臟物收集與塵筒內(nèi)。負(fù)壓差越大，風(fēng)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(jī)、自動(dòng)充電座、虛擬墻發(fā)射器、感應(yīng)頭、開關(guān)、電動(dòng)刷、垃圾盒等組成。 智能吸塵器各部分的作用是： 1、殼體保護(hù)內(nèi)部機(jī)件；2、電機(jī)吸塵器電機(jī)是吸塵器的心臟，產(chǎn)生吸力； 3、自動(dòng)充電座讓主機(jī)自動(dòng)充滿電；4、虛擬墻發(fā)射器定時(shí)預(yù)約清掃功能，虛擬墻會(huì)發(fā)射紅外線形成一款堵虛擬的墻，按您的意愿來(lái)為您清潔地面；5、感應(yīng)頭對(duì)家中的強(qiáng)體，柱體進(jìn)行感應(yīng)，是智能吸塵器機(jī)器人的眼睛；6、開關(guān)控制機(jī)器的工作狀態(tài)；7、螺絲固定機(jī)件；8、電動(dòng)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(hù)內(nèi)部機(jī)件；電機(jī)吸塵器電機(jī)是吸塵器的心臟，產(chǎn)生吸力；吸塵器電機(jī)（VACUUM CLEANER MOTOR）是吸塵器的心臟，吸塵器電機(jī)的主要種類有：干吸吸塵器電機(jī)（THRU-FLOW），干濕吸塵器電機(jī)（BY-PASS）。 吸塵器電機(jī)由兩部分構(gòu)成：電機(jī)部分和風(fēng)機(jī)部分，由于吸塵器電機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)速要求很高，一般在20000-30000轉(zhuǎn)每分鐘，故電機(jī)主要采用的是串激類電機(jī)，又稱為串勵(lì)電機(jī)。    串激電機(jī)1串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的定義: 定子勵(lì)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(dòng)機(jī). 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu): 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)主要是由定子,

8、轉(zhuǎn)子,前、后端蓋(罩)及散熱風(fēng)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(lì)磁磁通,導(dǎo)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(guò)轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)負(fù)載做功,將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)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(qiáng)度,以防電樞與罩發(fā)生共振現(xiàn)象,引起振動(dòng)和危險(xiǎn).一般前、后罩內(nèi)有滾動(dòng)或滑動(dòng)軸承. 了解了串激電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)后，再回到吸塵器電機(jī)的風(fēng)機(jī)部分，風(fēng)機(jī)部分主要有兩個(gè)主要部件：動(dòng)葉輪和定葉輪，動(dòng)葉輪主要是產(chǎn)生風(fēng)，當(dāng)動(dòng)葉輪以20000-30000轉(zhuǎn)每分鐘的高轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)風(fēng)口處會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓形成

9、真空，進(jìn)而形成吸力；定葉輪，又稱為導(dǎo)風(fēng)輪，主要作用是使得動(dòng)葉輪產(chǎn)生的風(fēng)量更加平順的釋放出去，定葉輪風(fēng)道的好壞，直接影響吸塵器電機(jī)的效率。    干濕吸塵器電機(jī)吸塵器電機(jī)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(jī)。其實(shí)，吸塵器電機(jī)不局限于應(yīng)用在吸塵器上，例如泡泡浴，噴漆，舞臺(tái)人工雪花，農(nóng)業(yè)機(jī)械等等需要吸力的設(shè)備。 自動(dòng)充電座讓主機(jī)自動(dòng)充滿電；虛擬墻發(fā)射器定時(shí)預(yù)約清掃功能，虛擬墻會(huì)發(fā)射紅外線形成一款堵虛擬的墻，按您的意愿來(lái)為您清潔地面；感應(yīng)頭對(duì)家中的強(qiáng)體，柱體進(jìn)行感應(yīng)，是智能吸塵器機(jī)器人的眼睛；開關(guān)控制機(jī)器的工作狀態(tài)；螺絲固

10、定機(jī)件；電動(dòng)刷清潔地面等；垃圾盒存放灰塵。 今年來(lái),隨著中國(guó)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(guó)市場(chǎng)具有旺盛的生命力。隨著設(shè)會(huì)的進(jìn)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(lái)由此誕生了一種家用服務(wù)型吸塵機(jī)器人,它將移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)和吸塵技術(shù)有機(jī)地融合起來(lái),實(shí)現(xiàn)家庭、賓館、寫字樓等室內(nèi)環(huán)境的半自動(dòng)或全自動(dòng)清潔,因此具有廣闊的市場(chǎng)前景。目前在歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家,吸塵機(jī)器人開發(fā)較早,應(yīng)用范圍也較廣,近兩年來(lái),已經(jīng)開發(fā)出多種面向市場(chǎng)的智能吸塵機(jī)器人。澳大利亞某公司研制出可自動(dòng)行駛并打掃房間的型機(jī)器人這種全自動(dòng)吸塵器表面光滑,體積很小,呈圓形,內(nèi)置搜索雷達(dá),可以搜

11、索各種房間里的每一處,不會(huì)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(cè)方向、選擇前進(jìn)路線的能力。只要將全自動(dòng)吸塵器放在地面上,它便可自動(dòng)開始工作。其搜索雷達(dá)會(huì)探測(cè)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(lái)回移動(dòng)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(jī)器人由于在主機(jī)的周圍°配備了障礙物傳感器,因此可以在檢測(cè)墻壁及障礙物的同時(shí)打掃地面;當(dāng)打掃完可以行駛的場(chǎng)所后,機(jī)器人就自動(dòng)關(guān)閉電源。不管房間的外形及面積的大小、導(dǎo)航算法引導(dǎo)機(jī)器人在任何房間的所有無(wú)遮掩區(qū)域四處運(yùn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行清潔工作,因?yàn)闄C(jī)器人導(dǎo)航沿房間的周圍,所以它要?jiǎng)?chuàng)建自己的空

12、間參考圖,機(jī)器人不需要任何編程“教它應(yīng)該去哪里”。該機(jī)器人操作簡(jiǎn)單,僅有個(gè)按鈕:開始、結(jié)束以及暫停,人們只要簡(jiǎn)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(guó)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(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)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(jī)器人奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。吸塵機(jī)器人作為服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域中的一個(gè)新產(chǎn)品,將使人們能在無(wú)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(jī)器人如能大批量生產(chǎn)使成本降低,以低價(jià)格進(jìn)入市場(chǎng),將會(huì)具有巨大的市場(chǎng)前景,有關(guān)資料也預(yù)測(cè)吸塵機(jī)器人是未來(lái)幾年需求量最大的是服務(wù)機(jī)器人。1.3 全自動(dòng)吸塵器的發(fā)展前景盡管目前國(guó)內(nèi)外在吸塵機(jī)器

13、人研究開發(fā)方面已取得一定的成果,但成本過(guò)高和許多關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題急待解決。 目前,價(jià)格過(guò)高是嚴(yán)重影響吸塵機(jī)器人打入家電市場(chǎng)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(yùn)動(dòng)控制的數(shù)字處理芯片;其次,應(yīng)該看到藍(lán)牙技術(shù)在家電行業(yè)的應(yīng)用前景,通過(guò)采用藍(lán)牙技術(shù)將過(guò)高的數(shù)字處理成本轉(zhuǎn)移到用戶的個(gè)人電腦上,則有望在短期內(nèi)將吸塵機(jī)器人的成本降低在千元左右。未來(lái)的吸塵機(jī)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(cè)控制、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和控制技術(shù),研究對(duì)環(huán)境障礙物具有安全可靠的防碰撞功能的智能運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與控制器及高效的傳感器融合算法,是在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)具有良

14、好的自適應(yīng)性和魯棒性行為的機(jī)器人的關(guān)鍵。電源技術(shù)是吸塵機(jī)器人研究工作的核心問(wèn)題之一,除了為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)、吸塵及控制電路提供能量外,還需優(yōu)化自動(dòng)充電方案,保證機(jī)器人能及時(shí)進(jìn)行充電,能夠自動(dòng)完成對(duì)指定環(huán)境的吸塵任務(wù)。在研究提高化學(xué)電池使用壽命、縮小體積的同時(shí),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(zhǎng)和體積小等優(yōu)點(diǎn),為移動(dòng)電源提供了一種合適的電源,目前,上海某大學(xué)燃料電池研究所在這方面進(jìn)行著有益的嘗試。隨著吸塵機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)和性能價(jià)格比的不斷提高或改進(jìn),相信在現(xiàn)有的軟硬件條件的基礎(chǔ)上,未來(lái)幾年內(nèi)就會(huì)推出價(jià)格適中的全自動(dòng)吸塵機(jī)器人產(chǎn)品,進(jìn)而使吸塵機(jī)器人能像普通家電產(chǎn)品一樣走進(jìn)千家萬(wàn)戶,為這

15、一高新技術(shù)產(chǎn)品帶來(lái)可觀的市場(chǎng)和經(jīng)濟(jì)效益。 第2章 全自動(dòng)吸塵器控制部分設(shè)計(jì)2.1單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能全自動(dòng)吸塵器的控制部分主要由單片機(jī)來(lái)完成，根據(jù)需要選用MC-51系列單片機(jī)中的8051作為控制器對(duì)整個(gè)全自動(dòng)吸塵器進(jìn)行控制，8051是ROM型單片機(jī)，內(nèi)含4K字節(jié)的ROM。1主要特性：8051單片機(jī)是由CPU、存儲(chǔ)器、I/O接口等組成的微型計(jì)算機(jī)，它可以尋址64K字節(jié)的程序存儲(chǔ)器和64K字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器8051單片機(jī)是一種功能很強(qiáng)的8位微型機(jī)。如圖 21是8051單片機(jī)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(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器.5

16、個(gè)中斷源，兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí).可編程串行通道.低功耗的閑置和掉電模式.一個(gè)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路2管腳說(shuō)明：VCC：供電電壓。VSS：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(gè)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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口

17、作為第八位地址接收。    （ 圖 21 8051單片機(jī)）P2口：P2口為一個(gè)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(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，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(shí)，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(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，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(gè)內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接

18、收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)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(shí)器0外部輸入） P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外

19、部存儲(chǔ)器時(shí)，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(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取值期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。    EA/VPP：當(dāng)/EA保持高電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。當(dāng)/EA端保持低電平時(shí)，此間不訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。    XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。    XTAL2：來(lái)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(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。若輸入內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)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(dòng)吸塵器的轉(zhuǎn)向需要電子羅盤進(jìn)行指引，在轉(zhuǎn)向過(guò)程中電子羅盤能將檢測(cè)到的方向角以脈沖的方式發(fā)出，通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行判斷來(lái)完成預(yù)期的轉(zhuǎn)向目的。全自動(dòng)吸塵器選擇了可以不需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的VECTOR 2X數(shù)字電子羅盤OEM板作為導(dǎo)向工具引導(dǎo)它的轉(zhuǎn)向，完成它的行走吸塵等功能。VECTOR

21、 2X是美國(guó)PNI ( Precison NavigationInc)公司以其電磁感應(yīng)設(shè)計(jì)專利技術(shù)設(shè)計(jì)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(cè)量、地面定向天線自動(dòng)伺服系統(tǒng)、機(jī)器人姿態(tài)傳感器及其它需要角度測(cè)量或指示的場(chǎng)合。該電子羅盤使用標(biāo)準(zhǔn)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(jī)接口使用。通過(guò)引腳可選擇輸出數(shù)據(jù)格式是二進(jìn)制或十進(jìn)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(diǎn)，主要特性為:.2軸，二維水平應(yīng)用，功耗低、精度高等特點(diǎn);.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(shí)3mA; .分辨率10，精度20，有校準(zhǔn)模式控制端;.標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(xué)方法測(cè)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(cè)技術(shù)非接觸式測(cè)量、不擾動(dòng)被測(cè)對(duì)象等特點(diǎn)。· 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(hào)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(jiǎn)單,可以長(zhǎng)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(huì)產(chǎn)生光的散射現(xiàn)象，與此同時(shí)，還吸收部分照射光的能量。當(dāng)一束平行單色光入射到被測(cè)顆粒場(chǎng)時(shí)，會(huì)受到顆粒周圍散射和吸收的影響，光強(qiáng)將被衰減。如此一來(lái)便可求得入射光通過(guò)待測(cè)濃度場(chǎng)的相對(duì)衰減率。而相對(duì)衰減率的大小基本上能線性反應(yīng)待測(cè)場(chǎng)灰塵的相對(duì)濃度。光強(qiáng)的大小與經(jīng)光電轉(zhuǎn)換的電信號(hào)強(qiáng)弱成正比，通過(guò)測(cè)得電信號(hào)就可以求得相對(duì)衰減率。· 灰塵傳感器的主要參數(shù)1、光學(xué)原理，能夠探測(cè)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(hào)（4V）；3、5VDC供電；4、探測(cè)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(hào)圣斯?fàn)?quot;SSET"電量傳感器中,將交直流電流電壓功率頻率等電信號(hào)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)控制或檢測(cè)(監(jiān)測(cè))系統(tǒng)對(duì)電量隔離傳感器的要求也越來(lái)越高，特別是在產(chǎn)品的穩(wěn)定性、檢測(cè)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(hào)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(shì)。具有傳感檢測(cè)、傳感采樣、傳感保護(hù)的電源技術(shù)漸成趨勢(shì)，檢測(cè)電流或電壓的傳感器便

25、應(yīng)運(yùn)而生并在我國(guó)開始受到廣大電源設(shè)計(jì)者的青睞，本文主要介紹圣斯?fàn)柟镜碾娏總鞲衅鳌?#183; 電量傳感器解釋一 計(jì)量器具1 傳感器 AR-NTC傳感器ARCM-NTC直接作用于被測(cè)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(biāo)簽上的輸出值。8 額定輸入值為了使計(jì)量器具規(guī)定的計(jì)量特性處于給定的極限之內(nèi) 而規(guī)定的計(jì)量器具的輸入值或輸入范圍。四 測(cè)量誤差1 絕對(duì)誤差測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量的真值(預(yù)期值、理想值)之差。2 相對(duì)誤差測(cè)量的絕對(duì)誤差與被測(cè)量的真值之比。3 誤差的絕對(duì)值不考慮正負(fù)號(hào)的誤差值。五 計(jì)量器具的誤差1 基本誤差(固有誤差)計(jì)量器具在標(biāo)準(zhǔn)條件下所具有

26、的誤差。如：線性誤差、紋波、響應(yīng)時(shí)間、回程誤差等。2 附加誤差(影響量誤差)計(jì)量器具在非標(biāo)準(zhǔn)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(cè)量頻率影響、被測(cè)量電壓影響、被測(cè)量功率因數(shù)影響等原因產(chǎn)生的誤差。3 引用誤差計(jì)量器具的絕對(duì)誤差與其量程之比。4 線性誤差標(biāo)準(zhǔn)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(cè)量值不變，計(jì)量器具行程方向不同其示值之差的絕對(duì)值。6 量化誤差被測(cè)量的實(shí)際階梯特性與理想特性的偏差。六 值1 有效值：瞬時(shí)值的平方在一周期內(nèi)的平均值的平方根?；蛟弧熬礁怠?。Vrms = = Vp = 0.707 Vp2 平均值：瞬時(shí)值在半個(gè)周期內(nèi)的平均值。V

27、avg = = Vp = 0.636 Vp2.5障礙傳感器的探測(cè)方法由于每一個(gè)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(cè)量時(shí)必然存在盲區(qū)（如圖2）。因此，三對(duì)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(cè)量的范圍包含整個(gè)吸塵器所必須經(jīng)過(guò)的空間，同時(shí)又避免探測(cè)死角（既使盲區(qū)落在須測(cè)量的范圍之外）。2.6超聲波傳感器的原理及性能全自動(dòng)吸塵器對(duì)墻壁等障礙的判斷主要是通過(guò)超聲波傳感器來(lái)完成的，超聲波指向性強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，因而超聲波經(jīng)常用于距離的測(cè)量，如測(cè)距儀和物位測(cè)量?jī)x等都可以通過(guò)超聲波來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用超聲波檢測(cè)往往比較迅速、方便、計(jì)算簡(jiǎn)單、易于做到

28、實(shí)時(shí)控制，并且在測(cè)量精度方面能達(dá)到工業(yè)實(shí)用的要求，因此在移動(dòng)機(jī)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(jì)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(jī)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(dòng)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(shí)際是利用壓電晶體的諧振來(lái)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(gè)壓電晶片和一

29、個(gè)共振板。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成了超聲波接收裝置。全自動(dòng)吸塵器選用了壓電陶瓷式超聲波傳感器，在超聲波信號(hào)發(fā)射側(cè)使用T40-16，在信號(hào)接受側(cè)使用R40-16，發(fā)射信號(hào)側(cè)由40HZ的通信電路、控制ON-OFF及驅(qū)動(dòng)電路組成，接收信號(hào)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(duì)測(cè)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(guò)可變

30、電阻變化震蕩頻率，所以使其發(fā)射器的諧振點(diǎn)一致，通過(guò)可變電阻還可以改變比較電壓，由此來(lái)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(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一種新型高敏度探測(cè)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(hào)輸出，將這個(gè)電壓信號(hào)加以放大，便可以驅(qū)動(dòng)各控制電路,如用于“電源開關(guān)控制、防盜防火報(bào)警、自勁監(jiān)泌等?！睙後岆娂t外傳感器不僅適用于防盜報(bào)警場(chǎng)所，亦適于對(duì)人體傷害極為嚴(yán)重的商壓電及x射線、射線自動(dòng)報(bào)警等。熱釋電傳感器利用熱釋電效應(yīng)來(lái)檢測(cè)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(jiǎn)單，時(shí)間響應(yīng)能到微秒級(jí)，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(dòng)吸塵器為了能夠檢測(cè)人的活動(dòng)，減少人對(duì)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(gè)紅外線傳感器，消除背景變化連接使用，為此，近人活動(dòng)時(shí)反應(yīng)，能夠輸出。AM111傳感器，內(nèi)部裝好了放大器當(dāng)然在需要時(shí)還可以在外接運(yùn)算放大器，如圖 2-5 所示，用補(bǔ)加電阻就可以輸出，其共有3個(gè)管角，分別為信號(hào)、VCC、GND，在全自動(dòng)吸塵器中它以開關(guān)量的方式向單片機(jī)提供信號(hào)。（圖2-5 熱釋電傳感器電路圖）2.8整個(gè)控制

32、系統(tǒng)的組成及工作原理全自動(dòng)吸塵器的整個(gè)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(jī)算計(jì)部分（單片機(jī)8051）、等部分組成。該全自動(dòng)塵器利用了超聲波測(cè)距的原理（如圖2-6所示），通過(guò)向前進(jìn)方向發(fā)射超聲波脈沖，并接收相應(yīng)的返回聲波脈沖，對(duì)障礙物進(jìn)行判斷；通過(guò)以單片機(jī)為核心的控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲發(fā)射和接收的選通控制，并在處理返回脈沖信號(hào)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(jìn)行方向的判斷，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)器驅(qū)動(dòng)動(dòng)兩步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪，從而實(shí)現(xiàn)避障。全自動(dòng)吸塵器的紅外線傳感器能檢測(cè)人得存在，在檢測(cè)到人存在時(shí)會(huì)給單片機(jī)一個(gè)電信號(hào)，單片機(jī)控制吸塵器停止前進(jìn)并同時(shí)控制

33、發(fā)聲器發(fā)出聲音，讓人能夠離開。功能全自動(dòng)吸塵器實(shí)際上是一個(gè)行走機(jī)器人和吸塵器的組合體，吸塵器行走的同時(shí)，由其自身攜帶的小型吸塵部件，對(duì)經(jīng)過(guò)的地面進(jìn)行必要的吸塵清掃。 單片機(jī)作為控制源產(chǎn)生脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)檢測(cè)超聲波傳感器與紅外線傳感器的信號(hào)，數(shù)字羅盤的轉(zhuǎn)角信號(hào)同樣也輸出給單片機(jī)，由單片機(jī)完成信號(hào)的處理過(guò)程，可以說(shuō)全自動(dòng)吸塵器的控制系統(tǒng)是以單片機(jī)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(jī)自帶電源發(fā)聲器驅(qū)動(dòng)器左步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器右步進(jìn)電機(jī)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(dòng)吸塵器的優(yōu)缺點(diǎn) 1.1.2 全自動(dòng)吸塵器的主要優(yōu)缺點(diǎn)一.優(yōu)點(diǎn)：吸塵器主要優(yōu)點(diǎn)作用

34、：有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、 導(dǎo)航系統(tǒng)、感應(yīng)系統(tǒng)、 機(jī)械系統(tǒng)、記憶系統(tǒng)、 自救系統(tǒng)，利用自動(dòng)吸 塵、拖地、凈化空氣幾大功能同步進(jìn)行清潔。 （1）、省時(shí)、省力，整個(gè)清潔過(guò)程全部自動(dòng)控制，減輕您操作負(fù)擔(dān)，讓您有更多的時(shí)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(guò)程中便您免受噪音之苦。 （3）、凈化空氣：內(nèi)置特制過(guò)濾器，粉塵凈化率高達(dá)96,吸塵過(guò)濾效率100%。 （4）、輕便小巧：扁平設(shè)計(jì)，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(shí)使用。季節(jié)變更時(shí)收藏被褥等物品由于占用儲(chǔ)藏空間大、保管不當(dāng)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(chǔ)藏空間，而且也不易受潮霉變。 2、找尋細(xì)小物品。居家生活難免會(huì)不慎跌落諸如紐扣、藥片、瓶蓋、縫衣針等細(xì)小物品，借助吸塵器就能毫不費(fèi)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(dāng)?shù)娘L(fēng)力，隨后接通電源用吸管口在落物處周圍來(lái)回滑動(dòng)，跌落的物品很快就會(huì)吸附到紗布上。 3、清潔電器除塵。利用吸塵器也可以對(duì)諸如電視機(jī)、影碟機(jī)、電腦、鍵盤、音響、空調(diào)機(jī)等電器進(jìn)行日常保養(yǎng)，清除電器內(nèi)外的灰塵。除塵時(shí)，應(yīng)先將電器的電源插頭拔掉，按說(shuō)明書將電器外殼打開卸下，選用合適形狀的吸管伸進(jìn)電器內(nèi)部將灰塵清除，然后再用電吹

36、風(fēng)驅(qū)除潮氣，最后再將外殼裝好恢復(fù)原狀即可。二 缺點(diǎn)：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(chǔ)塵袋拆卸繁瑣 4.使用過(guò)程容易兩次污染出氣過(guò)濾紙需要合理改進(jìn)。 5.一般只能干用碰到水后容易損壞電機(jī)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(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)使用有損壽命。 1.1.3 第4章 全自動(dòng)吸塵器的改進(jìn)最主要的改進(jìn)應(yīng)該是在產(chǎn)品的功能方面，通過(guò)降低產(chǎn)品配件或者是其他相關(guān)部件的成本，來(lái)降低整個(gè)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(dá)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(jī)身融合，整合產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品的成本降下來(lái)。降低噪音的分析改進(jìn)：噪聲主要分為三大類，即振動(dòng)噪聲、氣動(dòng)噪聲和電磁噪聲，其中：固體的振動(dòng)導(dǎo)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(dǎo)的壓力波動(dòng)引起的流體流動(dòng)誘導(dǎo)噪聲，屬于氣動(dòng)噪聲范疇。氣動(dòng)聲源不易識(shí)別，有意義的區(qū)域一般在流體流動(dòng)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(dòng)在對(duì)流，通常實(shí)驗(yàn)很難獲取設(shè)計(jì)相關(guān)的指導(dǎo)數(shù)據(jù)確定噪聲源 01 整機(jī) 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(fēng)機(jī)停止運(yùn)行 62.9 5 灰塵盒風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行、抬起機(jī)器人 58 06 灰塵盒風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行、更換毛刷 64.8 07 毛刷停止運(yùn)行 56.7 毛刷噪聲主要是在毛刷傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的避振上。因?yàn)槊樾D(zhuǎn)工作部件，不論是新機(jī)或者是工作一段時(shí)間后的臟機(jī)，旋轉(zhuǎn)部件的動(dòng)不平衡，將導(dǎo)致整個(gè)旋轉(zhuǎn)傳