全自动吸尘器的设计

全自动吸尘器的设计

袁洪坚

袁洪坚

身份证号码：440682198406064019

摘要：全自动吸尘器能够有机地把移动机器人技术与吸尘器技术结合在一起，使室内环境的半自动或全自动清洁得以实现，让人们摆脱了繁重的清洁工作。随着经济社会的进步与人们生活水平的提高，全自动吸尘器的应用越来越广泛。本文主要围绕全自动吸尘器的设计进行探讨，以供参考。

关键词：全自动；吸尘器；设计

1.全自动吸尘器控制部分设计

1.1单片机硬件结构和开发过程

1.1.1单片机的引脚功能

VCC：供电电压。

GND：接地。

P0口：P0口是一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。如果P1口的管脚第一次写1时，则被定义为高阻输入。P0能够应用于外部程序数据存储器，它能够被定义为数据/地址的第八位。在进行FIASH编程的时候，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：P1口为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原因。在编程和校验FLASH的时候，P1口作为第八位地址接收。

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可进行接收，实行4个TTL门电流的输出，当P2口被写“1”的时候，其管脚被内部上拉电阻拉高，同时作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚会受外部影响而而被拉低，进行电流的输出。这是因为内部上拉的原因。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，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：P3口管脚为8个带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。

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。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，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保持低电平时，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。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：反向振荡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。

1.2超声波传感器的原理及性能

1.2.1红外线热释电传感器的原理及性能

热释电外线传感器作为20世纪80年代发展起来的一种新的高敏度探测元件，它利用非接触形式对人体辐射的红外线或人射外线的能量变化进行检测，并将它转换成电压信号输出，再放大这个电压信号，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。

热释电传感器应用热释电效应对受光面的温度升高值进行检测，可以知道光的辐射弧度，在红外波段内工作。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主要由以下几个部分组成：地电极、压环、环形电极、PYDF、弹簧等。

为了可以检测人的活动，降低人对吸尘器工作的影响，多功能吸尘器应用的是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，用补加电阻就可以输出，其共有3个管角，分别为信号、VCC、GND，在多功能吸尘器中它以开关量的方式向单片机提供信号。

2.全自动吸尘器结构的设计

2.1全自动吸尘器外壳结构设计

吸尘器的外壳能够起到支撑吸尘器各零部件并将它们与外界隔离的效果，这样既能保护内部结构，又能保证安全。多功能吸尘器的外壳采用工程塑料为主体，可通过注塑成型，除了电动风机外，其它零件一般均可由工程塑料代替金属材料，这不仅适合于大量生产，易于降低成本，而且重量可以减少到金属外壳的1/3～1/4，绝缘性能也大为提高，还可以做成各种款式﹑颜色色泽鲜明的式样。用于多功能吸尘器外壳的工程塑料主要是PP和ABS，用于吸管的材料可以是聚丙烯等。

2.2全自动能吸尘器吸尘部位结构设计

多功能吸尘器的吸尘部位主要由以下几个部分组成：吸嘴﹑吸管﹑储灰箱﹑电动风机等部分。从外界吸进的灰尘和垃圾会先进入吸尘部，吸尘部的功能主要是使吸进的高速气流通过过滤网，滤出垃圾和灰尘。过滤网不仅仅能挡住较大颗粒的垃圾，而且能阻止细小的尘埃通过，性能好的过滤网，排出的灰尘在直径5微米以下，此外，过滤网的透气性好，能长时间过滤而不被堵塞，使电机得到充分的冷却，灰尘通过吸尘器的吸嘴进入到吸尘器吸管，而后经过过滤网的过滤，沉积在储灰箱里，气流由电动风机吸入口吸入，而后排出。

多功能尘器的风机应用车用吸尘器的风机结构，它的重量较轻，吸尘功率可以达到家用的标准与要求，其安装通过吸尘器机壳的定位孔固定，由橡胶密封圈进行密封，后面由风机固定板进行压紧，在机壳的后面留有一些排风口，便于风机的工作，电动风机高速旋转时会产生很大的震动，因此，风机固定板应该用一些能够减震的材料，向泡沫等，吸尘口应该与风机口对应一条线，有利于风机工作，从而更好的吸尘。

风机具有密封罩，具备封闭的电机罩具有较好的降噪效果。由于电机产生的噪声会很容易穿透吸尘器外壳，造成噪声污染；全密封的电机罩还能保证电机产生的热量不会影响到其他电器件，延长整机的寿命。吸尘器的处灰箱一般为2～3L，多功能吸尘器的储灰容量设计为1.5L，其完全能够满足家用地面的清洁。

3.总结语

在设计中多功能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；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；多功能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。

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，2013：105-130

[2]谢宜仁，谢东辰.单片机使用技术问答．北京：人民邮电出版社，2013：35-60