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目录第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全自动吸尘器的分类21.3全自动吸尘器的发展13第2章全自动吸尘器控制部分设计142.1单片机的结构和性能142.2电子罗盘的性能162.3灰尘传感器的原理及性能...........................................................172.4电量传感器的原理及性能............................................................182.5障碍传感器的探测方法..............................................................182.6超声波传感器的原理及性能202.7红外线热释电传感器的原理及性能212.8整个控制系统的组成及工作原理22第3章全自动吸尘器结构的优缺点24第4章全自动吸尘器的改进251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，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。25)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）Ⅰ类吸尘器，额定电压超过42伏，只有基本绝缘。（2）Ⅱ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）Ⅲ类吸尘器，额定电压低于42伏，避免了触电危险。1.2全自动吸尘器工作原理智能吸尘器吸尘器的工作原理是，利用电动机带动叶片高速旋转，同时使吸尘部分内空气不断地补充进风机。致使吸尘室内产生瞬时真空，和外界大气压形成负压差，在此压差的作用下，吸入的尘埃、脏物随空气，经过滤尘器过滤，将尘埃、脏物收集与尘筒内。负压差越大，风量越大，则吸尘能力也越大。智能吸尘器工作原理如下:智能吸尘器的种类虽然很多，但是结构大同小异，都是由壳体、电机、自动充电座、3虚拟墙发射器、感应头、开关、电动刷、垃圾盒等组成。智能吸尘器各部分的作用是：1、壳体——保护内部机件；2、电机——吸尘器电机是吸尘器的心脏，产生吸力；3、自动充电座——让主机自动充满电；4、虚拟墙发射器——定时预约清扫功能，虚拟墙会发射红外线形成一款堵虚拟的墙，按您的意愿来为您清洁地面；5、感应头——对家中的强体，柱体进行感应，是智能吸尘器机器人的眼睛；6、开关——控制机器的工作状态；7、螺丝——固定机件；8、电动刷——清洁地面等；9、垃圾盒——存放灰尘。结构分析456壳体——保护内部机件；7电机——吸尘器电机是吸尘器的心脏，产生吸力；吸尘器电机（VACUUMCLEANERMOTOR）是吸尘器的心脏，吸尘器电机的主要种类有：干吸吸尘器电机（THRU-FLOW），干湿吸尘器电机（BY-PASS）。吸尘器电机由两部分构成：电机部分和风机部分，由于吸尘器电机对转速要求很高，一般在20000-30000转每分钟，故电机主要采用的是串激类电机，又称为串励电机。串激电机[1]串励电动机的定义:定子励磁绕组和电枢(转子)绕组为串联,既可通直流又可通交流电,具有换向器换向的电动机.串励电动机的基本结构:串励电动机主要是由定子,转子,前、后端盖(罩)及散热风叶组成.定子由定子铁芯和套在极靴上的绕组组成,其作用是产生励磁磁通,导磁及支撑前后罩;转子由转子铁芯,轴,电枢绕组及换向器组成,其作用是保证并产生连续的电磁力矩,通过转轴带动负载做功,将电能转化为机械能;前后罩起支撑电枢,将定、转子连结固定成一体的作用.其中转轴,前、后罩要有足够的强度,以防电枢与罩发生共振现象,引起振动和危险.一般前、后罩内有滚动或滑动轴承.了解了串激电机的基本结构后，再回到吸尘器电机的风机部分，风机部分主要有两个主要部件：动叶轮和定叶轮，动叶轮主要是产生风，当动叶轮以20000-30000转每分钟的高转速进行旋转时，进风口处会产生负压形成真空，进而形成吸力；定叶轮，又称为导风轮，主要作用是使得动叶轮产生的风量更加平顺的释放出去，定叶轮风道的好坏，直接影响吸尘器电机的效率。8干湿吸尘器电机吸尘器电机的应用范围：各种家用工业用干吸吸尘器，干湿两用吸尘器，中央吸尘器，工业吸尘器以及各种类型的扫地机。其实，吸尘器电机不局限于应用在吸尘器上，例如泡泡浴，喷漆，舞台人工雪花，农业机械等等需要吸力的设备。9自动充电座——让主机自动充满电；虚拟墙发射器——定时预约清扫功能，虚拟墙会发射红外线形成一款堵虚拟的墙，按您的意愿来为您清洁地面；10感应头——对家中的强体，柱体进行感应，是智能吸尘器机器人的眼睛；11开关——控制机器的工作状态；螺丝——固定机件；电动刷——清洁地面等；12垃圾盒——存放灰尘。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13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Ｖ４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３６０°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、ＡＲＮＡ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“教它应该去哪里”。该机器人操作简单,仅有３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。14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,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。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ROM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。15P0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能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。P1口：P1口是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缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。（图2-18051单片机）P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当