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1、 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文）设计设计(论文论文)题目：家用智能吸尘器的设计题目：家用智能吸尘器的设计2摘摘 要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，
2、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。关键词关键词: : 步进电机 单片机 超声波传感器 电子罗盘目目 录录摘要 IVAbstract V第 1 章 绪论 11.1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灰尘传感器的原理及性能.72. 4 电量传
3、感器的原理及性能电量传感器的原理及性能.82. 5 障碍传感器的探测方法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 1323.2 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 181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
4、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，
5、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
6、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) 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2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
7、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 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
8、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
9、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3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
10、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
11、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,
12、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。4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 RO
13、M 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 2-1 是 8051 单片机的外型。特征如下：.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
