【正文】 具有廣闊的市場前景。澳大利亞某公司研制出可自動行駛并打掃房間的Ｖ４型機(jī)器人這種全自動吸塵器表面光滑 ,體積很小 ,呈圓形 ,內(nèi)置搜索雷達(dá) ,可以搜索各種房間里的每一處 ,不會碰撞家具或其它障礙物。只要將全自動吸塵器放在地面上 ,它便可自動開始工作。然后再不規(guī)則地來回移動于房間的其它位置 ,并且能在接近障礙物之前迅速轉(zhuǎn)向。配備了障礙物傳感器 ,因此可以在檢測墻壁及障礙物的同時打掃地面 。不管房間的外形及面積的大小、ＡＲＮＡ導(dǎo)航算法引導(dǎo)機(jī)器人在任何房間的所有無遮掩區(qū)域四處運(yùn)動來進(jìn)行清潔工作 ,因?yàn)闄C(jī)器人導(dǎo)航沿房間的周圍 ,所以它要創(chuàng)建自己的空間參考圖 ,機(jī)器 人不需要任何編程“教它應(yīng)該去哪里”。 全自動吸塵器的分類 1 .按功能分類 3 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。打蠟式吸力較差，主要以打蠟為主。其特點(diǎn)是外形小巧，存放方便。缺點(diǎn)是功率較小，吸力不夠強(qiáng)勁。 5) 桿式吸塵器 （ Stick） 近幾年逐步增多，多為充電式，特點(diǎn)是體型小巧，使用方便。 7) 中央吸塵系統(tǒng) 高端吸塵器，它是將吸塵主機(jī)放置在主要生活區(qū)之外的場所，如：地下設(shè)備層、車庫、清理間等，將吸塵管道嵌至墻里，在墻面只留小而美觀的吸塵插口，當(dāng)需要清理時只需將一根軟管插入吸塵口，此時系統(tǒng)自動啟動主機(jī)開關(guān)，全部大小灰塵、紙屑、煙頭、有害微生物，甚至客房中的煙味等不良?xì)馕?，都?jīng)過 嚴(yán)格密封的管道傳送到中央收集站。其清潔處理能力是一般吸塵器的 5 倍，而軟管長度可任意選配，該類系統(tǒng)在歐美國家已是必配系統(tǒng)，在國內(nèi)已有部分高檔樓盤采用了此先進(jìn)技術(shù)。預(yù)計(jì)在未來三年，國內(nèi)吸塵器市場將大漲，到 2021 年至少要比現(xiàn)在翻一番。吸塵器對中國人來說曾經(jīng)是奢侈品，但現(xiàn)在這種情況發(fā)生了變化，吸塵器正在中國家庭迅速普及。 盡管目前國內(nèi)外在吸塵機(jī)器人研究開發(fā)方面已取得一定的成果 ,但成本過高和許多關(guān)鍵技術(shù)問題急待解決。 電源技術(shù)是吸塵機(jī)器人研究工作的核心問題之一 ,除了為機(jī)器人運(yùn)動、吸塵及控制電路提供能量外 ,還需優(yōu)化自動充電方案 ,保證機(jī)器人能及時進(jìn)行充電 ,能夠自動完成對指定環(huán)境的吸塵任務(wù)。所謂單片機(jī)是利用大規(guī)模集成電路技術(shù)把中央處理單元 (Center Processing Unit,也即常稱的 CPU)和數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)、程序存儲器 (ROM)及其他 I/O 通信口集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個最小的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，而現(xiàn)代的單片機(jī)則加上了中斷單元，定時單元及 A/D 轉(zhuǎn)換等更復(fù)雜、更完善的電路，使得單片機(jī)的功能越來越強(qiáng)大，應(yīng)用更廣泛。它以體積小，功能全，價格低贏得了廣泛的應(yīng)用，為單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，成為單片機(jī)發(fā)展史上重要的里程碑。到了 80 年代初，單片機(jī)已發(fā)展到了高性能階段，象 INTEL 公司的 MCS51 系列， Motorola 公司的 6801 和 6802 系列， Rokwell 公司的 6501 及 6502 系列等等 ,此外 ,日本的著名電氣公司 NEC 和 HITACHI 都相繼開發(fā)了具有自己特色的專用單片機(jī)。 GND：接地。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn) 行校驗(yàn)時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口： P2 口為一個內(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 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1” 時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址 “1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P3 口： P3 口管腳是 8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4個 TTL 門電流。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。 I/O 口作為輸入口時有兩種工作方式即所謂的讀端口與讀引腳讀端口時實(shí)際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi) 部總線經(jīng)過某種運(yùn)算或變換后再寫回到端口鎖存器只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線上面圖中的兩個三角形表示的就是輸入緩沖器 CPU 將根據(jù)不同的指令分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號以完成不同的操作這是由硬件自動完成的不需要我們操心 1 然后再實(shí)行讀引腳操作否則就可能讀入出錯為什么看上面的圖如果不對端口置 1 端口鎖存器原來的狀態(tài)有可能為 0Q端為 0Q^為 1加到場效應(yīng)管柵極的信號為 1該場效應(yīng)管就導(dǎo)通對地呈現(xiàn)低阻抗 ,此時即使引腳上輸入的信號為 1也會因端口的低阻抗而使信號變低使得外加的 1 信號讀入后不一定是 1 若先執(zhí)行置 1 操作則 可以使場效應(yīng)管截止引腳信號直接加到三態(tài)緩沖器中實(shí)現(xiàn)正確的讀入由于在輸入操作時還必須附加一個準(zhǔn)備動作所以這類 I/O 口被稱為準(zhǔn)雙向口 89C51 的 P0/P1/P2/P3 口作為輸入時都是準(zhǔn)雙向口接下來讓我們再看另一個問題從圖中可以看出這四個端口還有一個差別除了 P1 口外 P0P2P3 口都還有其他的功能 RST：復(fù)位輸入。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN 有效。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。常用的超聲波頻率為幾十 KHZ幾十 MHZ。 多功能 吸塵器對墻壁等障礙的判斷主要是通過超聲波傳感器來完成的，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)常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實(shí)現(xiàn)。 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。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；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 。 壓電式超聲波發(fā)生器實(shí)際是 利用壓電晶體的諧振來工作的。當(dāng)它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發(fā)生共振，并帶動共振板振動，便產(chǎn)生超聲波。 多功能 吸塵器選用了壓電陶瓷式超聲波傳感器，在超聲波信號發(fā)射側(cè)使用 T4016，在信號接受側(cè)使用 R4016，發(fā)射信號側(cè)由 40HZ 的通信電路、控制 ONOFF 及驅(qū)動電路組成，接收信號側(cè)由放大、比較和積分電路組成，圖 24 是超聲波傳感器的電路。 （圖 23 超聲波傳感器結(jié)構(gòu)）圖） 9 （圖 24 超聲波傳感器電路圖） 傳感器的調(diào)整通過可變電阻變化震蕩頻率，所以使其發(fā)射器的諧振點(diǎn)一致，通過可變電阻還可以改變比較電壓，由此來調(diào)整 敏 感度。傳感器通過聲波的波長和發(fā)射聲波以及接收到返回聲波的時間差就能確定物體的距離。例如：超聲波傳感器可以安裝在一個裝液體的池子上，或者是一個裝小球的箱子上，向這個容器發(fā)出聲波，通過接收到返回波的時間長短就能確定這個容器是滿的、空的或者是部分滿的。在檢測透明物體、液體，檢測光滑、粗糙、有光澤的半透明材料等物體表面，以及檢測不規(guī)則物體時，超聲波傳感 器都是首選。 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)展起來的一種新型高敏度探測元件，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)換成電壓信號輸出，將這個電壓信號加以放大， 便可以驅(qū)動各控制電路 ,如用于“電源開關(guān)控制、防盜防火報(bào)警、自勁監(jiān)泌等 。 熱釋電傳感器利用熱釋電效應(yīng)來檢測受光面 的溫度升高值 ，得知光的輻射弧度，工作在紅外波段內(nèi)。 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 . 多功能 吸塵器為了能夠檢測人的活動，減少人對吸塵器工作的影響，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個紅外線傳感器，消除背景變化連接使用，為此，近 人活動時反應(yīng)，能夠輸出。 （圖 25 熱釋電傳感器電路圖） 整個控制系統(tǒng)的組成及工作原理 多功能 吸塵器的整個控制系統(tǒng)，主要由 傳 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。 多功能 吸塵器的紅外線傳感器能檢測認(rèn)得存在，在檢測到人存在時會給單片機(jī)一個電信號，單片機(jī)控制吸塵器停止前進(jìn)并同時控制發(fā)聲器發(fā)出聲音，讓人能夠離開。 單片機(jī)作為控制源產(chǎn)生脈沖信號 ，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，同時檢測超聲波傳感器與紅外線傳感器的信號，數(shù)字羅盤的轉(zhuǎn)角信號同樣也輸出給單片機(jī)，由單片機(jī)完成信號的處理過程，可以說 多功能 吸塵器的控制系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心的。 由于 多功能 吸塵器需要在地面自動行走，因此他的結(jié)構(gòu)要保證行走的平穩(wěn)，可以采用臥式吸塵器的結(jié)構(gòu)來完成其機(jī)體的設(shè)計(jì)， 由圖 31所示殼﹑后殼﹑上蓋等部分組成，均為塑料材料。 家用吸塵器的外殼不僅 應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，還要有美觀的造型﹑重量輕﹑外表顏色光澤以及成本低廉，外客的造型設(shè)計(jì)必須適應(yīng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)需要。 鑒于以上原因， 多功能 吸塵器的外殼采用工程塑料為主體，可通過注塑成型，除了電動風(fēng)機(jī)外，其它零件一般均可由工程塑料代替金屬材料，這不僅適合于大量生產(chǎn)，易于降低成本，而且重量可以減少到金屬外殼的 1/3～ 1/4，絕緣性能也大為提高，還可以做成各種款式﹑顏色色澤鮮明的式樣。 （圖 32 多功能吸塵器安裝簡圖） 13 多功能 吸塵器的殼體由于考慮到后面要安裝驅(qū)動電機(jī)這使得它的后殼結(jié)構(gòu)與通常的臥室吸塵器有所不同， 如 圖 32 表示的在 多功能 吸塵器的后殼部位下面留有一定的驅(qū)動電機(jī)安裝空間，同時便于驅(qū)動輪的安裝，有利于整體結(jié)構(gòu)的布局。從外界吸進(jìn)的灰塵和垃圾首先到達(dá)吸塵部，吸塵部的功能主要是使吸進(jìn)的高速氣流通過過濾網(wǎng)，濾出垃圾和灰塵。 （圖 33自動吸塵器吸塵部位結(jié)構(gòu)簡圖） 多功能 塵器的風(fēng)機(jī)采用車用吸塵器的風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)， 其重量輕，吸塵功率能滿足家用的要求，其安裝通過吸塵器機(jī)殼的 定位孔固定，由橡膠密封圈進(jìn)行密封，后面由風(fēng)機(jī)固定板進(jìn)行壓緊，在機(jī)殼的后面留有一些排風(fēng)口，便于風(fēng)機(jī)的工作，電動風(fēng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生很大的震動，因此，風(fēng)機(jī)固定板應(yīng)該用一些能夠 減震 的材料，向 泡沫 等，吸塵口應(yīng)該與風(fēng)機(jī)口對應(yīng)一條線，有利于風(fēng)機(jī)工作，從而更好的吸塵。因?yàn)殡姍C(jī)產(chǎn)生的噪聲會很容易穿透吸塵器 14 外殼，造成噪聲污染；全密封的電機(jī)罩還能保證電機(jī)產(chǎn)生的熱量不會影響到其他電器件，延長整機(jī)的壽命。 全自動 吸塵器行走部位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 全自動 吸塵器主要參數(shù)計(jì)算 多功能 吸塵器的驅(qū)動部分是由兩個四相步進(jìn)電機(jī)以及相應(yīng)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)組成的。前輪不再采用傳統(tǒng)的雙輪結(jié)構(gòu)，而采用了應(yīng)用非常廣泛的萬向轉(zhuǎn)輪這既減小了結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，又提高了轉(zhuǎn)彎的靈活性（如圖 34）。同時在對兩電機(jī)分別施加相同或不同脈沖信號時，通過差速方式，可以方便的實(shí)現(xiàn)吸塵器前進(jìn)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、后退、 調(diào)頭等功能。同時轉(zhuǎn)彎的速度可通過改變單片機(jī)的程序來調(diào)節(jié) 。 N （ 3— 1） 式中 C— 車輪的周長（ cm） N— 車輪的轉(zhuǎn)速（ r/min） N=U/C ≈ 12r/min 吸塵器的阻力計(jì)算 設(shè)計(jì) 多功能 吸塵器的質(zhì)量在 3Kg 則 。 f179。 179。 4 = 吸塵器的前 輪阻力矩 T0=mg179。 r =3179。 179。 f1179。 根據(jù)供電電壓為 12V 選取步進(jìn)電極電機(jī) ,根據(jù)《小功率電機(jī)手冊》 ,選擇永磁式步進(jìn)電機(jī) ,其具體參數(shù)如下 :表 31。 ) 57BYG005 4 12V 176。 計(jì)算由公式（ 3— 3）， d≥ 3 /NP 179。 12 = 取轉(zhuǎn)速 n=12r/min 計(jì)算得 d≥ 108179。 為了便于聯(lián)軸器的連接以及車輪的安裝，許用下述方按，如圖 35 在軸的