基于MCU的智能吸塵控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

喬世勇　王美紅

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

【關(guān)鍵詞】步進(jìn)電機(jī)；單片機(jī)；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(wèi)生已成為現(xiàn)代家庭一大難題，要付出大量的勞力，智能吸塵控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，完全滿足我們的需求，不用再為打掃衛(wèi)生發(fā)愁了。該系統(tǒng)代替了傳統(tǒng)的清掃方式，節(jié)約了時(shí)間，豐富了生活。該系統(tǒng)比傳統(tǒng)的吸塵器過載能力強(qiáng)，在電風(fēng)扇、電機(jī)等高性能的運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。

1 系統(tǒng)的總體框架

本系統(tǒng)是采用可篇程控制器對(duì)尋跡信號(hào)、避障信號(hào)以及垃圾桶檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行采集處理和控制信號(hào)輸出控制。按設(shè)計(jì)的要求，本系統(tǒng)是具有定時(shí)工作功能，此功能是采用外制的延時(shí)時(shí)鐘電路與可篇程控制器互相配合來實(shí)現(xiàn)此功能，為了能清楚的看到定時(shí)工作的狀態(tài)與方便操作，在本系統(tǒng)里加了顯示模塊，以達(dá)到需求。另外，考慮到可篇程控制器的出輸信號(hào)一般都比較弱，為了能讓可篇程控制器輸出的信號(hào)可以直接控制被控對(duì)象。所以在可篇程控制器輸出的信號(hào)加以驅(qū)動(dòng)之后再去控制被控對(duì)象?？梢哉f多功能吸塵器的控制系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心的。

2 系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)模塊選取

2.1 MCU的選擇

MCU為整個(gè)設(shè)計(jì)電路的“大腦”，系統(tǒng)的控制、運(yùn)算、信號(hào)處理、診斷等工作都由它承擔(dān)。本設(shè)計(jì)采用S52作為微控制器，它性能高、功耗低、工作穩(wěn)定；是CMOS8位微控制器，它有在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)單元和靈巧的8位CPU，就因?yàn)槠鋸?qiáng)大的功能，所以在一些性價(jià)比較高的場(chǎng)所看到它[1]。

2.2 光電對(duì)管尋跡電路的設(shè)計(jì)

采用一個(gè)比較器來和光電對(duì)管構(gòu)成的尋跡電路。電路中的可調(diào)電阻R3可以調(diào)節(jié)比較器的門限電壓。當(dāng)光電對(duì)管RPR220不工作時(shí)，光電對(duì)管RPR220中的接收管截至，+5V電壓經(jīng)過R202分壓后輸入比較器U201的同向輸入端，經(jīng)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(gè)高電平輸出。反之比較器U201的輸出端將是一個(gè)低電平輸出。

2.3 超聲波避障電路的設(shè)計(jì)

2.3.1 超聲波發(fā)射電路和設(shè)計(jì)

超聲波發(fā)射電路是采用一個(gè)超聲波頻率通過電聲轉(zhuǎn)換器將該頻率成折射式發(fā)射在介質(zhì)空間里。本系統(tǒng)是設(shè)計(jì)一個(gè)40kHZ的超聲波發(fā)射器。

由NE555時(shí)基電路及外圍元件構(gòu)成40kHZ多諧振蕩器電路，調(diào)節(jié)TP_R303阻值，可以改變振蕩頻率。由NE555第3腳輸出端驅(qū)動(dòng)超聲波換能器TCT40-10F1，使之發(fā)射出超聲波信號(hào)。

2.3.2 超聲波接收電路的設(shè)計(jì)

超聲波接收電路是一個(gè)將接收到指定超聲波聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信的轉(zhuǎn)置，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是一個(gè)40kHZ的超聲波接收器。

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

2.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)如圖所示：

L298N的IN1、IN2、IN3、IN4四個(gè)引腳接到單片機(jī)上，通過對(duì)單片機(jī)的編程就可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速。

2.5 垃圾桶檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)

垃圾桶檢測(cè)裝置主要是由壓敏傳感器對(duì)垃圾桶內(nèi)的垃圾量達(dá)到一定的程度時(shí)觸發(fā)到它而產(chǎn)生的一個(gè)物理量變化轉(zhuǎn)可（下轉(zhuǎn)第36頁）（上接第40頁）控制電量信號(hào)的裝置，改變可調(diào)電阻R104的阻值可以調(diào)解垃圾桶檢測(cè)裝置的敏度。

3 軟件設(shè)計(jì)

由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為核心，要想實(shí)時(shí)檢測(cè)來自傳感器的信息，并進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定好的工作模式進(jìn)行控制，可以通過軟件來實(shí)現(xiàn)。為了使我們的系統(tǒng)能夠高效的穩(wěn)定工作，在設(shè)計(jì)過程中，比較重要的是合理的程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。所以在軟件設(shè)計(jì)過程中，主要要求該系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)定性、可靠正確性以及適應(yīng)性，根據(jù)設(shè)計(jì)控制的主要功能，該控制系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，其對(duì)應(yīng)主流程圖如圖7。

4 結(jié)論

通過考察國際與國內(nèi)吸塵方面的發(fā)展情況，以及技術(shù)經(jīng)驗(yàn)及設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)了性價(jià)比較高的的基于MCU的智能吸塵控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的成本教低，可以作為產(chǎn)品投放市場(chǎng)，同時(shí)也可以產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].學(xué)京：高等教育出版社.

[2]黃智偉.全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽訓(xùn)練教程[M].學(xué)京：電子工業(yè)出版社.

[3]王煜東.傳感器及應(yīng)用[M].學(xué)京：機(jī)械工業(yè)出版社.

[責(zé)任編輯：田吉捷]