基于MCU的智能吸塵控制系統的設計

喬世勇　王美紅

【摘 要】介紹一個基于MCU的能夠自主工作、并具有自動避障等功能的智能吸塵控制系統，它自帶電源，具有顯示與報警功能。

【關鍵詞】步進電機；單片機；傳感器

0 引言

隨著人們生活水平的逐漸提高，工作越來越忙，住房面積也越來越大，打掃衛生已成為現代家庭一大難題，要付出大量的勞力，智能吸塵控制系統的設計，完全滿足我們的需求，不用再為打掃衛生發愁了。該系統代替了傳統的清掃方式，節約了時間，豐富了生活。該系統比傳統的吸塵器過載能力強，在電風扇、電機等高性能的運動領域獲得了廣泛的應用。

1 系統的總體框架

本系統是采用可篇程控制器對尋跡信號、避障信號以及垃圾桶檢測信號進行采集處理和控制信號輸出控制。按設計的要求，本系統是具有定時工作功能，此功能是采用外制的延時時鐘電路與可篇程控制器互相配合來實現此功能，為了能清楚的看到定時工作的狀態與方便操作，在本系統里加了顯示模塊，以達到需求。另外，考慮到可篇程控制器的出輸信號一般都比較弱，為了能讓可篇程控制器輸出的信號可以直接控制被控對象。所以在可篇程控制器輸出的信號加以驅動之后再去控制被控對象?？梢哉f多功能吸塵器的控制系統是以單片機為核心的。

2 系統主要設計模塊選取

2.1 MCU的選擇

MCU為整個設計電路的“大腦”，系統的控制、運算、信號處理、診斷等工作都由它承擔。本設計采用S52作為微控制器，它性能高、功耗低、工作穩定；是CMOS8位微控制器，它有在系統可編程Flash存儲單元和靈巧的8位CPU，就因為其強大的功能，所以在一些性價比較高的場所看到它[1]。

2.2 光電對管尋跡電路的設計

采用一個比較器來和光電對管構成的尋跡電路。電路中的可調電阻R3可以調節比較器的門限電壓。當光電對管RPR220不工作時，光電對管RPR220中的接收管截至，+5V電壓經過R202分壓后輸入比較器U201的同向輸入端，經過比較器比較，同向輸入端的電壓大于反向輸入端的電壓，所以比較器U201的輸出端將是一個高電平輸出。反之比較器U201的輸出端將是一個低電平輸出。

2.3 超聲波避障電路的設計

2.3.1 超聲波發射電路和設計

超聲波發射電路是采用一個超聲波頻率通過電聲轉換器將該頻率成折射式發射在介質空間里。本系統是設計一個40kHZ的超聲波發射器。

由NE555時基電路及外圍元件構成40kHZ多諧振蕩器電路，調節TP_R303阻值，可以改變振蕩頻率。由NE555第3腳輸出端驅動超聲波換能器TCT40-10F1，使之發射出超聲波信號。

2.3.2 超聲波接收電路的設計

超聲波接收電路是一個將接收到指定超聲波聲信號轉換成電信的轉置，本系統設計的是一個40kHZ的超聲波接收器。

經TCT40-10R1選頻后，將40kHZ以外的干擾信號衰減，只有諧振于40kHZ的有用信號（發射機信號）送入VT1～VT3組成的高通放大器放大，經C5、VD1檢出直流分量，再經比較器U302比較后供給單片機查詢使用。

2.4 電機驅動電路的設計

用電機驅動芯片L298N作為電機驅動，驅動電路的設計如圖所示：

L298N的IN1、IN2、IN3、IN4四個引腳接到單片機上，通過對單片機的編程就可以實現兩個步進電機的正反轉和轉速。

2.5 垃圾桶檢測裝置的設計

垃圾桶檢測裝置主要是由壓敏傳感器對垃圾桶內的垃圾量達到一定的程度時觸發到它而產生的一個物理量變化轉可（下轉第36頁）（上接第40頁）控制電量信號的裝置，改變可調電阻R104的阻值可以調解垃圾桶檢測裝置的敏度。

3 軟件設計

由于系統設計采用單片機作為核心，要想實時檢測來自傳感器的信息，并進行實時處理，并根據系統設定好的工作模式進行控制，可以通過軟件來實現。為了使我們的系統能夠高效的穩定工作，在設計過程中，比較重要的是合理的程序結構設計。所以在軟件設計過程中，主要要求該系統功能實現的穩定性、可靠正確性以及適應性，根據設計控制的主要功能，該控制系統在運行時，其對應主流程圖如圖7。

4 結論

通過考察國際與國內吸塵方面的發展情況，以及技術經驗及設計思想，設計了性價比較高的的基于MCU的智能吸塵控制系統，該系統的成本教低，可以作為產品投放市場，同時也可以產生較好的經濟效益。

【參考文獻】

[1]張毅剛.單片機原理及應用[M].學京：高等教育出版社.

[2]黃智偉.全國大學生電子設計競賽訓練教程[M].學京：電子工業出版社.

[3]王煜東.傳感器及應用[M].學京：機械工業出版社.

[責任編輯：田吉捷]