智能吸尘器结构分析改进毕业设计 39页

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251n毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：　　　　　日　期：　　　　　指导教师签名：　　　　　日　　期：　　　　　使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名：　　　　　日　期：　　　　　n学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日n指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神□优□良□中□及格□不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度□优□良□中□及格□不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力□优□良□中□及格□不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性□优□良□中□及格□不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）指导教师：（签名）单位：（盖章）年月日n评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格建议成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）评阅教师：（签名）单位：（盖章）年月日n教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况□优□良□中□及格□不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况□优□良□中□及格□不及格3、学生答辩过程中的精神状态□优□良□中□及格□不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？□优□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？□优□良□中□及格□不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义□优□良□中□及格□不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？□优□良□中□及格□不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平□优□良□中□及格□不及格评定成绩：□优□良□中□及格□不及格（在所选等级前的□内画“√”）教研室主任（或答辩小组组长）：（签名）年月日n教学系意见：系主任：（签名）年月日n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。n5)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、n自动充电座、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nnn壳体——保护内部机件；n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。n  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。n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；n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；n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；n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,n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。n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21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。nP0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218051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P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。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。 P3口：P3口管脚是8个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。P3口也可作为一些特殊功能口，如下所示：P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）nP3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（记时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）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。PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取值期间，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保持高电平时，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。当/EA端保持低电平时，此间不访问内部程序存储器。    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。3．振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。若输入内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。2.2电子罗盘的性能全自动吸尘器的转向需要电子罗盘进行指引，在转向过程中电子罗盘能将检测到的方向角以脉冲的方式发出，通过单片机进行判断来完成预期的转向目的。全自动吸尘器选择了可以不需要进行A/D转换的VECTOR2X数字电子罗盘OEM板作为导向工具引导它的转向，完成它的行走吸尘等功能。VECTOR2X是美国PNI(PrecisonNavigationInc)公司以其电磁感应设计专利技术设计的一种高精度低成本的2轴电子罗盘OEM板(芯片)。该芯片广泛应用于GPS的辅助角位移测量、地面定向天线自动伺服系统、机器人姿态传感器及其它需要角度测量或指示的场合。该电子罗盘使用标准同步三线制串行总线作为数据接口，可以和MCS-51,Motorola68xxx.PIC16Cxx等多种系列单片机接口使用。通过引脚可选择输出数据格式是二进制或十进制(BCD)o，它的管角如图2-2。n(图2-2电子罗盘)该OEM板具有体积小等优点，主要特性为:.2轴，二维水平应用，功耗低、精度高等特点;.水平最大倾斜150;体积37mmx33mmxlOmm，重8.5克;.正常工作电流小于lOmA，休眠时3mA;.分辨率10，精度20，有校准模式控制端;.标准CMOS接口电平;.三线制串行I/O接口(摩托罗拉SPI格式兼容);.数据输出BCD、二进制可选;.高分辨率数据刷新率2.5Hz;.方向角数据输出与原始X,Y分量输出可选。2.3灰尘传感器的原理及性能灰尘传感器是用光学方法测量悬浮于气相介质或者液相介质中的微小微粒特性的传感器装置，具有光测技术非接触式测量、不扰动被测对象等特点。·灰尘传感器的特性灰尘传感器可以感知烟草产生的烟气和花粉,房屋粉尘等1微米以上的微小粒子.体积小,重量轻,便于安装.5V的输入电路,便于信号处理.内藏气流发生器,可以自行吸引外部大气.灰尘传感器保养简单,可以长期保持传感器的特性.n·灰尘传感器的原理微粒和分子在光的照射下会产生光的散射现象，与此同时，还吸收部分照射光的能量。当一束平行单色光入射到被测颗粒场时，会受到颗粒周围散射和吸收的影响，光强将被衰减。如此一来便可求得入射光通过待测浓度场的相对衰减率。而相对衰减率的大小基本上能线性反应待测场灰尘的相对浓度。光强的大小与经光电转换的电信号强弱成正比，通过测得电信号就可以求得相对衰减率。·灰尘传感器的主要参数1、光学原理，能够探测1微米以上的粉尘粒子；2、两种输出模式，解决不同灵敏度使用要求，洁净环境Vout输出高电平信号（4V）；3、5VDC供电；4、探测粒子范围：最大到8000pcs/283ml（1um以上粒子）；2.4电量传感器的原理及性能在代号圣斯尔"SSET"电量传感器中,将交直流电流电压功率频率等电信号。随着科学技术的不断发展，工业控制或检测(监测)系统对电量隔离传感器的要求也越来越高，特别是在产品的稳定性、检测精度和功能方面。由于数字化产品不论其性能还是功能，如非线性校正和小信号处理方面，模拟产品是不可比拟的。因此，电量传感器的数字化是一种必然趋势。具有传感检测、传感采样、传感保护的电源技术渐成趋势，检测电流或电压的传感器便应运而生并在我国开始受到广大电源设计者的青睐，本文主要介绍圣斯尔公司的电量传感器。·电量传感器解释一计量器具1传感器nAR-NTC传感器ARCM-NTC直接作用于被测量，并能按一定规律将其转换为同种或别种量值输出的器件。2上的电阻值，砝码值，传感器标签上的输出值。8额定输入值为了使计量器具规定的计量特性处于给定的极限之内而规定的计量器具的输入值或输入范围。四测量误差1绝对误差测量结果与被测量的真值(预期值、理想值)之差。2相对误差测量的绝对误差与被测量的真值之比。3误差的绝对值不考虑正负号的误差值。五计量器具的误差1基本误差(固有误差)计量器具在标准条件下所具有的误差。如：线性误差、纹波、响应时间、回程误差等。2附加误差(影响量误差)计量器具在非标准条件下所具有的误差。如：温度影响、湿度影响、辅助电源影响、被测量频率影响、被测量电压影响、被测量功率因数影响等原因产生的误差。3引用误差计量器具的绝对误差与其量程之比。4线性误差标准曲线与规定直线之间的最大偏差。5回程误差在相同条件下，被测量值不变，计量器具行程方向不同其示值之差的绝对值。6量化误差被测量的实际阶梯特性与理想特性的偏差。六值1有效值：瞬时值的平方在一周期内的平均值的平方根。或曰“均方根值”。Vrms==Vp=0.707Vp2平均值：瞬时值在半个周期内的平均值。Vavg==Vp=0.636Vpn2.5障碍传感器的探测方法　由于每一个超声波探头都有一定的指向性（即发射或接受的空间范围），所以在测量时必然存在盲区（如图2）。因此，三对传感器必然以一定的尺寸分布在吸尘器的前端，从而使传感器测量的范围包含整个吸尘器所必须经过的空间，同时又避免探测死角（既使盲区落在须测量的范围之外）。2.6超声波传感器的原理及性能全自动吸尘器对墙壁等障碍的判断主要是通过超声波传感器来完成的，超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人的研制上也得到了广泛的应用。1.超声波发生器为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各有不相同的地方。目前较为常用的是压电式超声波发生器。2.压电式超声波发生器原理（图2-3超声波传感器结构）图）压电式超声波发生器实际是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内部结构如图2-3n所示，它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成了超声波接收装置。全自动吸尘器选用了压电陶瓷式超声波传感器，在超声波信号发射侧使用T40-16，在信号接受侧使用R40-16，发射信号侧由40HZ的通信电路、控制ON-OFF及驱动电路组成，接收信号侧由放大、比较和积分电路组成，图2-4是超声波传感器的电路。超声波传感器为了容易反射声波，对测定物体成直角安装。（图2-4超声波传感器电路图）传感器的调整通过可变电阻变化震荡频率，所以使其发射器的谐振点一致，通过可变电阻还可以改变比较电压，由此来调整敏感度。2.7红外线热释电传感器的原理及性能热释电外线传感器是20世纪80年代发展起来的一种新型高敏度探测元件，它以非接触形式检出人体辐射的红外线或人射外线的能量变化，井将其转换成电压信号输出，将这个电压信号加以放大，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。n热释电传感器利用热释电效应来检测受光面的温度升高值，得知光的辐射弧度，工作在红外波段内。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由地电极、压环、环形电极、PYDF、弹簧等部分组成.全自动吸尘器为了能够检测人的活动，减少人对吸尘器工作的影响，采用了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，如图2-5所示，用补加电阻就可以输出，其共有3个管角，分别为信号、VCC、GND，在全自动吸尘器中它以开关量的方式向单片机提供信号。（图2-5热释电传感器电路图）2.8整个控制系统的组成及工作原理全自动吸尘器的整个控制系统，主要由感器部分（超声波传感器、红外线热释电传感器、电子罗盘）、微型机算计部分（单片机8051）、等部分组成。该全自动尘器利用了超声波测距的原理（如图2-6所示），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，对障碍物进行判断；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；利用电子罗盘进行方向的判断，通过驱动器驱器驱动动两步进电机，带动驱动轮，从而实现避障。全自动吸尘器的红外线传感器能检测人得存在，在检测到人存在时会给单片机一个电信号，单片机控制吸尘器停止前进并同时控制发声器发出声音，让人能够离开。功能全自动吸尘器实际上是一个行走机器人和吸尘器的组合体，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。n单片机作为控制源产生脉冲信号，驱动步进电机转动，同时检测超声波传感器与红外线传感器的信号，数字罗盘的转角信号同样也输出给单片机，由单片机完成信号的处理过程，可以说全自动吸尘器的控制系统是以单片机为核心的。红外传感器超声波传感器接收端发射端单片机自带电源发声器驱动器左步进电机驱动器右步进电机吸尘部件电子罗盘（图2-6控制系统原理图）n第3章全自动吸尘器的优缺点1.1.1全自动吸尘器的主要优缺点一.优点：吸尘器主要优点作用：有计算机系统、导航系统、感应系统、机械系统、记忆系统、自救系统，利用自动吸尘、拖地、净化空气几大功能同步进行清洁。（1）、省时、省力，整个清洁过程全部自动控制，减轻您操作负担，让您有更多的时间陪家人、看电视。（2）、低噪音：噪音控制在60分贝以下，有别于其他家用吸尘器产生的震耳噪声，清洁房间的过程中便您免受噪音之苦。（3）、净化空气：内置特制过滤器，粉尘净化率高达96％,吸尘过滤效率100%。（4）、轻便小巧：扁平设计，能轻松打扫普通吸尘器清理不到的死角。（与汽车方向盘大小相似）其他作用：1、收藏物品时使用。　　季节变更时收藏被褥等物品由于占用储藏空间大、保管不当易蛀。如果将它们放入定制的塑料密封袋，再用吸尘器将袋内空气抽掉密闭扎紧，不仅可以大节省储藏空间，而且也不易受潮霉变。2、找寻细小物品。　　居家生活难免会不慎跌落诸如纽扣、药片、瓶盖、缝衣针等细小物品，借助吸尘器就能毫不费力地找到。使用前，可先将吸尘器的吸管口用一层薄纱布包扎好，再根据物品大小选择适当的风力，随后接通电源用吸管口在落物处周围来回滑动，跌落的物品很快就会吸附到纱布上。3、清洁电器除尘。　　利用吸尘器也可以对诸如电视机、影碟机、电脑、键盘、音响、空调n机等电器进行日常保养，清除电器内外的灰尘。除尘时，应先将电器的电源插头拔掉，按说明书将电器外壳打开卸下，选用合适形状的吸管伸进电器内部将灰尘清除，然后再用电吹风驱除潮气，最后再将外壳装好恢复原状即可。二缺点：1噪音较大。2.吸尘器容易散发异味污染空气。3.经常要清洗储尘袋拆卸繁琐4.使用过程容易两次污染出气过滤纸需要合理改进。5.一般只能干用碰到水后容易损坏电机和电路板吸尘器效果也不好。使用有一定的局限性。6.一般不能长时间的连续使用有损寿命。1.1.1第4章全自动吸尘器的改进最主要的改进应该是在产品的功能方面，通过降低产品配件或者是其他相关部件的成本，来降低整个产品的成本。我从中了解到吸尘器的不足如下：具体的措施可以有以下几种方案：1、改变外壳的材料，使用较低廉环保的材质，使噪音的音量减低，达到最优化成本与低廉的目的。。2、将智能吸尘器的发射器做得更娇小便捷或将她与机身融合，整合产品的结构，使产品的成本降下来。降低噪音的分析改进：n噪声主要分为三大类，即振动噪声、气动噪声和电磁噪声，其中：固体的振动导致声能的产生和辐射，属于结构件噪声范畴。由湍流和非定常流诱导的压力波动引起的流体流动诱导噪声，属于气动噪声范畴。气动声源不易识别，有意义的区域一般在流体流动自身的内部，而且包含声源。这些噪声源在不断地生成或随流动在对流，通常实验很难获取设计相关的指导数据确定噪声源01整机63.702拆除毛刷59.303拆除毛刷、拆除灰尘盒57.504灰尘盒风机停止运行62.95灰尘盒风机停止运行、抬起机器人5806灰尘盒风机停止运行、更换毛刷64.807毛刷停止运行56.7毛刷噪声主要是在毛刷传动机构的避振上。因为毛刷为旋转工作部件，不论是新机或者是工作一段时间后的脏机，旋转部件的动不平衡，将导致整个旋转传动部件的振动，这些传动机构的振动，传递到整机机壳上，会使机壳成为一个大的振动发声体，产生较大的噪声。另外，机械振动引起的噪声问题，可以通过结构件的优化改进来得到明显改进，工作难度不高，比较容易获得明显效果。针对振动问题，可拟的解决方案是避振。将旋转工作部件部分在使用悬挂部件连接的基础上，使用柔软的橡胶材料与整机客体进行隔离。这么做的目的是减轻该振动部件与机壳的敲击发声；并且降低机壳的振动，减轻机壳上的振动发声。还可以采用低转速大扭力的电机，以降低齿轮机构的降速比，减少传动齿轮个数，降低齿轮机构的振动和噪声。4.3吸尘盒风机噪声仿真及降噪优化针对吸尘器风机噪声，由于采用传统比较难获取能够用于指导风机设计的数据依据，本文采取CFD分析的方法，首先分析风机的工作状态，寻找气动噪声源，在保证灰尘盒压降的前提下，可以采取降低过滤网件风阻的方法，降低风机上的压升负荷，从而达到改善风机工作工况，并降低噪声的目的。前处理中建模主要是建立灰尘盒风机系统以及整个空气流道的求解域，这里是空气流动区域，是气动噪声的主要来源，求解域的模型及网格划分如图4.1和4.2示。n图4.1扫地机器人的CAD模型图4.2空气流道建模图及网格生成采用滑移网格（Movingmesh）技术的三维非定常（二阶隐式）计算；压强-速度耦合采取二阶迎风格式；使用RNGk-epsilon湍流模型，增强壁面处理；噪声源的分析使用宽频噪声源分析方法（BroadbandNoiseSources）。对于过滤网，采取多孔介质方法来处理，包括一层过滤支架的过滤网、进口出的过滤海绵n图4.4和图4.5分别为风机的静压分布和通过转轴平面的噪声源强度分布。从图4.4风机的静压等值线分布可以看到由于风机入口过滤网支架出的气流流道截面积偏小，导致气流高速通过该处再进入风机入口，由此，在这里产生了较大的总压损失。那么，要求灰尘盒压力达到需要的压力值时，风机必须提供很高的压升，才能弥补风机系统入口损失的总压，因此风机的工作压力负荷较大图4.6原机风叶截面速度矢量分布及风叶截面速度矢量分布局部放大图，当风机工作在在高压升要求下的小流量和高转速的工况下，从速度矢量图可以观察到风机叶栅内的气流分离比较严重，分离涡占据了较大的叶栅通道。这些分离涡是重要的气动噪声源。从噪声源的强度分布图可以观察到气动噪声源主要分布在风叶流道内。由以上分析，可以提出有针对性的改善措施：1、降低风机安装位置高度，增加入口流通面积；n2、降低风机转速；3、在不降低防尘效果的前提下，减少过滤网。以上三条措施综合使用，可以适当增加流量，并在保证灰尘盒负压的前提下，减轻风机上的压升负荷，减少并尽可能消除叶栅通道中的大分离涡，从而能够降低噪声源强度，最终达到降低灰尘盒风机系统噪声的目的。根据仿真结果，优化计算方案为拆除出口过滤网，并将风叶工作转速由6800rpm降低至5500rpm。下表统计了原机和优化后方案的风道参数统计：n学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者（本人签名）：年月日学位论文出版授权书本人及导师完全同意《中国博士学位论文全文数据库出版章程》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程》(以下简称“章程”)，愿意将本人的学位论文提交“中国学术期刊（光盘版）电子杂志社”在《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》中全文发表和以电子、网络形式公开出版，并同意编入CNKI《中国知识资源总库》，在《中国博硕士学位论文评价数据库》中使用和在互联网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益。论文密级：□公开□保密（___年__月至__年__月）(保密的学位论文在解密后应遵守此协议)作者签名：_______导师签名：______________年_____月_____日_______年_____月_____日n独创声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。 作者签名:二〇一〇年九月二十日 毕业设计（论文）使用授权声明本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。（保密论文在解密后遵守此规定） 作者签名:二〇一〇年九月二十日n致谢时间飞逝，大学的学习生活很快就要过去，在这四年的学习生活中，收获了很多，而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。首先非常感谢学校开设这个课题，为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验，奠定了基础。本次毕业设计大概持续了半年，现在终于到结尾了。本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。经过这次毕业设计，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步。这期间凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感谢。没有他们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。首先，我要特别感谢我的知道郭谦功老师对我的悉心指导，在我的论文书写及设计过程中给了我大量的帮助和指导，为我理清了设计思路和操作方法，并对我所做的课题提出了有效的改进方案。郭谦功老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。从他身上，我学到了许多能受益终生的东西。再次对周巍老师表示衷心的感谢。其次，我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求，感谢他们对我学习上和生活上的帮助，使我了解了许多专业知识和为人的道理，能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。另外，我还要感谢大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持，与他们一起学习、生活，让我在大学期间生活的很充实，给我留下了很多难忘的回忆。最后，我要感谢我的父母对我的关系和理解，如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持，我将无法顺利完成今天的学业。四年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。回首四年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。学友情深，情同兄妹。四年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。最后，我要特别感谢我的导师赵达睿老师、和研究生助教熊伟丽老师。是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励，给了我很多解决问题的思路，在此表示衷心的感激。老师们认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢他耐心的辅导。在论文的撰写过程中老师们给予我很大的帮助，帮助解决了不少的难点，使得论文能够及时完成，这里一并表示真诚的感谢。