智能吸塵器PCBA方案開發(fā)

在部分城市里，已經(jīng)存在著很多家庭開始使用吸塵器，它已經(jīng)逐漸成為了家庭清潔的重要工具。但為了越來越符合現(xiàn)代人們的追求標(biāo)準(zhǔn)，吸塵器也在各種細(xì)節(jié)方面慢慢的升級(jí)改進(jìn)，漸漸地它已經(jīng)超越了吸塵器本身存在的意義。在這個(gè)冷漠的社會(huì)環(huán)境里，家居的研究要努力的走進(jìn)消費(fèi)者的心里，使消費(fèi)者從家居的存在與陪伴中感到溫暖與安全，當(dāng)然也包括吸塵器的設(shè)計(jì)。它不僅僅是一個(gè)能為人們打掃衛(wèi)生的清潔工具，更是為人們排除煩惱和瑣碎麻煩的一位安全管家。

一、吸塵器的發(fā)展歷史

現(xiàn)代人們的生活水平不斷提升，人們對(duì)裝修的意識(shí)逐漸增強(qiáng)，高品質(zhì)的生活越來越受到人們的喜愛，但想要保持這種高貴持續(xù)的存在，就需要我們時(shí)刻的維持生活環(huán)境的干凈整潔，這樣一來，吸塵器就出現(xiàn)在了人們的視野里。

早在19世紀(jì)中期，美國(guó)出現(xiàn)了世界上第一臺(tái)吸塵器，人們將它取名為“旋風(fēng)”。隨著人們不斷地發(fā)現(xiàn)與改進(jìn)，在2009年，在我國(guó)的科技展示上一個(gè)圓形的“機(jī)器人”引起了許多參觀者的注意，因?yàn)樗诖驋咝l(wèi)生。但這么一個(gè)讓大家覺得很神奇的“機(jī)器人”早已經(jīng)在美國(guó)和日本被廣泛的應(yīng)用，它的名字叫做“智能保潔機(jī)器人?！边@樣一個(gè)可以幫助不愛勞動(dòng)的人清潔衛(wèi)生的機(jī)器人強(qiáng)烈的受到了東南亞和歐洲等國(guó)家的喜愛。它取代了掃帚、拖把和傳統(tǒng)吸塵器，在無人管轄的時(shí)候，依舊可以安全智能的幫助人們打掃衛(wèi)生。

二、智能吸塵器在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀

近幾年，吸塵器在我國(guó)的購(gòu)買量不斷地提高，并且漲勢(shì)也非常的可觀。吸塵器也不再是一種奢侈的家用電器，它已經(jīng)逐漸的走進(jìn)人們的消費(fèi)觀念里。經(jīng)過多年的進(jìn)步，中國(guó)已經(jīng)成為了世界家電的發(fā)展制造中的佼佼者，在世界家電市場(chǎng)占據(jù)了重要的位置，當(dāng)然這也包括吸塵器。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)吸塵器的眾多企業(yè)，在不斷地努力和發(fā)展中，已經(jīng)擁有了可以向世界進(jìn)軍的實(shí)力。

在中國(guó)的吸塵器市場(chǎng)中，小品牌的吸塵器占據(jù)了眾多地位，而那些主流品牌的吸塵器卻屈指可數(shù)。由此看來，之間的競(jìng)爭(zhēng)是相當(dāng)激烈的。國(guó)內(nèi)的品牌以數(shù)量取勝，國(guó)外的品牌以技術(shù)領(lǐng)先。隨著人們對(duì)家居環(huán)境的要求以及其消費(fèi)觀念的改變，吸塵器將迎來其發(fā)展的黃金時(shí)期，但為了更好的滿足人類的需求，它自身的技術(shù)也在不斷地改進(jìn)。

三、智能吸塵器的設(shè)計(jì)理念

說到智能家居，就是在住宅的基礎(chǔ)上，利用大量的高科技技術(shù)對(duì)家居生活進(jìn)行有效的管理和經(jīng)營(yíng)，使得家居生活更加便利、安全和環(huán)保。智能吸塵器通過自身配置的電動(dòng)保潔設(shè)備，根據(jù)人們的設(shè)置要求對(duì)房間進(jìn)行清潔，并且記錄能讓人們滿意的設(shè)置，躲避開障礙物，自動(dòng)的對(duì)房間每一個(gè)角落進(jìn)行打掃。

1、材質(zhì)方面：安全管家重點(diǎn)在于安全，如果離開了安全，那這個(gè)名稱也就失去了意義，尤其作為家居產(chǎn)品，它將時(shí)刻圍繞在我們身邊。這樣一來，在選擇安全管家智能吸塵器的材質(zhì)方面，就一定要注意材質(zhì)安全性方面的選擇。這樣不僅可以保證了顧客的安全，也可以使人們對(duì)于智能吸塵器更加的認(rèn)可和放心。

2、外觀造型方面：作為一個(gè)家具用品，想要使人們喜歡它，并將它擺放在家中，那么對(duì)于它外觀的設(shè)計(jì)就應(yīng)該給予重視。只有讓人們覺得將它們擺放在家中可以增加房間的整體美觀，它才能受到更多的消費(fèi)者的喜歡。所以，在顏色的設(shè)計(jì)與選擇時(shí)，要注意整體的搭配和顏色的多樣性。

智能吸塵器是一種耗電的清潔工具，所以在外形設(shè)計(jì)的時(shí)候要盡可能的考慮它的覆蓋面積，使其消耗最少的電量，打掃最大的空間。比如，在打掃障礙物較多的區(qū)間是，應(yīng)該自動(dòng)調(diào)整其大小，使得每個(gè)角落都清理干凈。在清除障礙物較少的空間式，應(yīng)自動(dòng)調(diào)整清掃區(qū)域，使得其更快的進(jìn)行清掃。在外觀方面還應(yīng)該注意設(shè)計(jì)的小巧輕便，便于攜帶。另外，外觀方面注意曲線與直線的搭配，讓整體看起來更加的充滿能量，給人活潑的感覺。動(dòng)與靜的完美結(jié)合，是現(xiàn)在人們特別喜愛和歡迎的設(shè)計(jì)。

3、在噪音方面：每個(gè)人都不希望自己的家居用品在使用時(shí)發(fā)出巨大的聲音，這樣將直接影響人們的正常生活，導(dǎo)致人們對(duì)其產(chǎn)生排斥心理。同樣，安全管家智能吸塵器也是如此。打掃是我們?cè)谏钪凶罱?jīng)常做的事情，那么想保持室內(nèi)的整潔，這就需要智能吸塵器頻繁的工作。但如果它工作時(shí)發(fā)出噪聲，這將降低人們對(duì)它的使用率。既然想減輕它的噪音，不如想些辦法掩蓋它的噪音，比如安裝一些語(yǔ)音播放設(shè)備。比如，在早晨打掃衛(wèi)生的時(shí)候，智能吸塵器會(huì)自動(dòng)播放一些音樂，為家庭帶來一天的好心情；在晚上打掃衛(wèi)生的時(shí)候，也可以播放新聞趣事，讓家庭了解這一天的資訊。

四、實(shí)用型智能吸塵器傳感器技術(shù)

隨著消費(fèi)水平的提高，人們?cè)絹碓揭笮〖译姂?yīng)該充分體現(xiàn)“智能、安全、多功能、節(jié)能和環(huán)保”的優(yōu)勢(shì)，只有這樣，“它”才會(huì)備受人們的歡迎和喜愛，作為小家電自身也才會(huì)有更為廣闊的發(fā)展前景，而目前商場(chǎng)里的吸塵器無一不是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的使用方式，這使得同樣形式的吸塵器的競(jìng)爭(zhēng)越來越大，而傳統(tǒng)模式的吸塵器已越來越不能滿足消費(fèi)者追求新穎的要求。因此，人們需要一款價(jià)格低、體積小，同時(shí)覆蓋率能夠滿足家庭應(yīng)用的性價(jià)比較高的實(shí)用型智能吸塵器產(chǎn)品。

本文針對(duì)智能吸塵器的關(guān)鍵技術(shù)之一——傳感器的選擇及其實(shí)現(xiàn)作了初步探討。該智能吸塵器的控制器擬用51系列單片機(jī)。

4.1傳感器總體方案

移動(dòng)機(jī)器人上常用的測(cè)距傳感器有超聲波傳感器，紅外傳感器、視覺傳感器、激光測(cè)距儀等。

紅外傳感器采用發(fā)射固定波長(zhǎng)紅外線并接受同一回波的主動(dòng)方式，探測(cè)視角小，方向性強(qiáng)，測(cè)量精度高、反應(yīng)速度快。但其缺點(diǎn)是受環(huán)境影響較大，紅外探測(cè)頭稍被灰塵污染，其測(cè)量精度就會(huì)大大下降，而且探測(cè)距離比較近，一般不超過1米。

激光測(cè)距儀根據(jù)掃描機(jī)構(gòu)的不同可分為2D和3D兩種，分別進(jìn)行二維和三維環(huán)境的測(cè)距。3D激光測(cè)距儀除了提供障礙物的距離信息，還提供激光的反射度信息，可以利用激光強(qiáng)度圖進(jìn)行障礙物的檢測(cè)。但3D激光測(cè)距儀價(jià)格昂貴而笨重，且成像速度較慢，限制了它的進(jìn)一步應(yīng)用。相比而言，2D激光測(cè)距儀只在二維平面內(nèi)掃描，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，掃描速度快且數(shù)據(jù)點(diǎn)密集精確。有些激光測(cè)距儀需要安裝路標(biāo)配合，不適用于智能吸塵器在室內(nèi)使用。立體視覺測(cè)距是利用兩個(gè)相互位置已知的攝像頭組成的視覺系統(tǒng)，根據(jù)同一景物在兩個(gè)攝像頭上成像的視場(chǎng)計(jì)算出景物的深度，從而獲得其距離信息，但目前技術(shù)還不成熟，難以同時(shí)滿足實(shí)時(shí)性和魯棒性的要求。傳感器的選擇要考慮多方面的因素。首先，根據(jù)智能吸塵器所要完成的任務(wù)和要求來決定使用哪些，再則，根據(jù)各類傳感器的使用性能和特點(diǎn)來選擇。而且，還要考慮經(jīng)濟(jì)性，即成本問題，不能一味地追求尖端技術(shù)的傳感器。

超聲波傳感器相對(duì)于其它類型的傳感器有如下優(yōu)點(diǎn)：環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，在陰影、灰塵、煙霧等環(huán)境下，應(yīng)用不受限制，對(duì)于吸塵器這一點(diǎn)尤為重要。而且超聲波傳感器比視覺傳感器和激光測(cè)距儀便宜，不容易損壞?！谖鼔m過程中，通常只需要辨別物體的大致形狀和與機(jī)器人的距離并不需要諸如顏色、類別等信息。此外，視覺傳感器如攝象機(jī)得到的距離信息．，主要根據(jù)物體所成像的相對(duì)灰度等級(jí)決定，物體像的灰度信息會(huì)隨光線變化而變化，所以在相對(duì)黑暗的環(huán)境中，其很難判斷物體的遠(yuǎn)近。而超聲波傳感器通過波的發(fā)射接收時(shí)間來測(cè)量距離信息，對(duì)環(huán)境的光線無要求。

考慮到超聲波傳感器方向性差，用多個(gè)傳感器并采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)獲得所需的外界信息。

4.2超聲波探測(cè)原理

超聲波(UltrasonieWaveS)是指超過人的聽覺范圍以上(16kHz以上)的聲波。超聲傳感器是由壓電陶瓷晶片、錐形輻射喇叭、金屬網(wǎng)格等構(gòu)成。其中，壓電陶瓷晶片是傳感器的核心。錐形輻射喇叭主要是使發(fā)射與接收超聲波的能量集中，并使傳感器有一定的輻射角；金屬網(wǎng)格則起到保護(hù)作用，但不影響超聲波的發(fā)射與接收。常用的超聲傳感器，其中心頻率約為40KHz。

超聲波測(cè)距原理是通過超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為C，而根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的測(cè)出發(fā)射和接收回波的時(shí)間差t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離S，即：S=Ct／2。

4.3超聲波探測(cè)的軟件設(shè)計(jì)

本智能吸塵器的軟件設(shè)計(jì)采用Keil公司Rtx51實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)作為開發(fā)環(huán)境。Rtx51Tiny主要配置參數(shù)為：1個(gè)Tick：10000系統(tǒng)時(shí)鐘，這里即lOms；時(shí)間片大?。簂0個(gè)Ticks，這里即lOOms；

具體實(shí)現(xiàn)思路如下：

MEASURE1：前部超聲探頭測(cè)距任務(wù)。調(diào)用us_wait進(jìn)行延時(shí)等待(20個(gè)Ticks)，同時(shí)馬上交出時(shí)間片，一次測(cè)距過程需較多時(shí)間。所以分四個(gè)任務(wù)，并安排在不同時(shí)間點(diǎn)啟動(dòng)測(cè)距過程，相互錯(cuò)開，以盡量將占用時(shí)間分散。MEASURE2：右側(cè)超聲探頭測(cè)距任務(wù)。調(diào)用os_wait進(jìn)行延時(shí)等待(5+15個(gè)Ticks)，同時(shí)馬上交出時(shí)間片。MEASURE3：左側(cè)超聲探頭測(cè)距任務(wù)。調(diào)用os_wait進(jìn)行延時(shí)等待(10+10個(gè)Ticks)，同時(shí)馬上交出時(shí)間片。MEASURE4：尾部超聲探頭測(cè)距任務(wù)。調(diào)用os_wait進(jìn)行延時(shí)等待(15+5個(gè)Ticks)，同時(shí)馬上交出時(shí)間片。

總結(jié)

綜上，在智能吸塵器中采用超聲波傳感器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，性價(jià)比較高等特點(diǎn)。

如果你的家里擁有一個(gè)安全管家智能吸塵器，它可以在你面臨繁忙的工作時(shí)，將你的家里清掃的干凈整潔，為你解決地面的衛(wèi)生問題。它可以在太陽(yáng)升起的早晨，為你播放優(yōu)美的音樂。她也可以在你疲憊不堪的時(shí)候，與你分享這一天的新鮮事。這樣你是否會(huì)覺得生活是件很美好的事情呢。智能的家用電器在改變著很多人的生活觀念，智能的家居生活成為了人們生活的新動(dòng)向。那么安全管家智能吸塵器將為人們打開這扇高科技的大門，讓更多的人們走進(jìn)智能。

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