智能吸尘器PCBA方案开发

在部分城市里，已经存在着很多家庭开始使用吸尘器，它已经逐渐成为了家庭清洁的重要工具。但为了越来越符合现代人们的追求标准，吸尘器也在各种细节方面慢慢的升级改进，渐渐地它已经超越了吸尘器本身存在的意义。在这个冷漠的社会环境里，家居的研究要努力的走进消费者的心里，使消费者从家居的存在与陪伴中感到温暖与安全，当然也包括吸尘器的设计。它不仅仅是一个能为人们打扫卫生的清洁工具，更是为人们排除烦恼和琐碎麻烦的一位安全管家。

一、吸尘器的发展历史

现代人们的生活水平不断提升，人们对装修的意识逐渐增强，高品质的生活越来越受到人们的喜爱，但想要保持这种高贵持续的存在，就需要我们时刻的维持生活环境的干净整洁，这样一来，吸尘器就出现在了人们的视野里。

早在19世纪中期，美国出现了世界上第一台吸尘器，人们将它取名为“旋风”。随着人们不断地发现与改进，在2009年，在我国的科技展示上一个圆形的“机器人”引起了许多参观者的注意，因为它正在打扫卫生。但这么一个让大家觉得很神奇的“机器人”早已经在美国和日本被广泛的应用，它的名字叫做“智能保洁机器人。”这样一个可以帮助不爱劳动的人清洁卫生的机器人强烈的受到了东南亚和欧洲等国家的喜爱。它取代了扫帚、拖把和传统吸尘器，在无人管辖的时候，依旧可以安全智能的帮助人们打扫卫生。

二、智能吸尘器在我国的发展现状

近几年，吸尘器在我国的购买量不断地提高，并且涨势也非常的可观。吸尘器也不再是一种奢侈的家用电器，它已经逐渐的走进人们的消费观念里。经过多年的进步，中国已经成为了世界家电的发展制造中的佼佼者，在世界家电市场占据了重要的位置，当然这也包括吸尘器。国内生产吸尘器的众多企业，在不断地努力和发展中，已经拥有了可以向世界进军的实力。

在中国的吸尘器市场中，小品牌的吸尘器占据了众多地位，而那些主流品牌的吸尘器却屈指可数。由此看来，之间的竞争是相当激烈的。国内的品牌以数量取胜，国外的品牌以技术领先。随着人们对家居环境的要求以及其消费观念的改变，吸尘器将迎来其发展的黄金时期，但为了更好的满足人类的需求，它自身的技术也在不断地改进。

三、智能吸尘器的设计理念

说到智能家居，就是在住宅的基础上，利用大量的高科技技术对家居生活进行有效的管理和经营，使得家居生活更加便利、安全和环保。智能吸尘器通过自身配置的电动保洁设备，根据人们的设置要求对房间进行清洁，并且记录能让人们满意的设置，躲避开障碍物，自动的对房间每一个角落进行打扫。

1、材质方面：安全管家重点在于安全，如果离开了安全，那这个名称也就失去了意义，尤其作为家居产品，它将时刻围绕在我们身边。这样一来，在选择安全管家智能吸尘器的材质方面，就一定要注意材质安全性方面的选择。这样不仅可以保证了顾客的安全，也可以使人们对于智能吸尘器更加的认可和放心。

2、外观造型方面：作为一个家具用品，想要使人们喜欢它，并将它摆放在家中，那么对于它外观的设计就应该给予重视。只有让人们觉得将它们摆放在家中可以增加房间的整体美观，它才能受到更多的消费者的喜欢。所以，在颜色的设计与选择时，要注意整体的搭配和颜色的多样性。

智能吸尘器是一种耗电的清洁工具，所以在外形设计的时候要尽可能的考虑它的覆盖面积，使其消耗最少的电量，打扫最大的空间。比如，在打扫障碍物较多的区间是，应该自动调整其大小，使得每个角落都清理干净。在清除障碍物较少的空间式，应自动调整清扫区域，使得其更快的进行清扫。在外观方面还应该注意设计的小巧轻便，便于携带。另外，外观方面注意曲线与直线的搭配，让整体看起来更加的充满能量，给人活泼的感觉。动与静的完美结合，是现在人们特别喜爱和欢迎的设计。

3、在噪音方面：每个人都不希望自己的家居用品在使用时发出巨大的声音，这样将直接影响人们的正常生活，导致人们对其产生排斥心理。同样，安全管家智能吸尘器也是如此。打扫是我们在生活中最经常做的事情，那么想保持室内的整洁，这就需要智能吸尘器频繁的工作。但如果它工作时发出噪声，这将降低人们对它的使用率。既然想减轻它的噪音，不如想些办法掩盖它的噪音，比如安装一些语音播放设备。比如，在早晨打扫卫生的时候，智能吸尘器会自动播放一些音乐，为家庭带来一天的好心情；在晚上打扫卫生的时候，也可以播放新闻趣事，让家庭了解这一天的资讯。

四、实用型智能吸尘器传感器技术

随着消费水平的提高，人们越来越要求小家电应该充分体现“智能、安全、多功能、节能和环保”的优势，只有这样，“它”才会备受人们的欢迎和喜爱，作为小家电自身也才会有更为广阔的发展前景，而目前商场里的吸尘器无一不是传统设计的使用方式，这使得同样形式的吸尘器的竞争越来越大，而传统模式的吸尘器已越来越不能满足消费者追求新颖的要求。因此，人们需要一款价格低、体积小，同时覆盖率能够满足家庭应用的性价比较高的实用型智能吸尘器产品。

本文针对智能吸尘器的关键技术之一——传感器的选择及其实现作了初步探讨。该智能吸尘器的控制器拟用51系列单片机。

4.1传感器总体方案

移动机器人上常用的测距传感器有超声波传感器，红外传感器、视觉传感器、激光测距仪等。

红外传感器采用发射固定波长红外线并接受同一回波的主动方式，探测视角小，方向性强，测量精度高、反应速度快。但其缺点是受环境影响较大，红外探测头稍被灰尘污染，其测量精度就会大大下降，而且探测距离比较近，一般不超过1米。

激光测距仪根据扫描机构的不同可分为2D和3D两种，分别进行二维和三维环境的测距。3D激光测距仪除了提供障碍物的距离信息，还提供激光的反射度信息，可以利用激光强度图进行障碍物的检测。但3D激光测距仪价格昂贵而笨重，且成像速度较慢，限制了它的进一步应用。相比而言，2D激光测距仪只在二维平面内扫描，结构简单，扫描速度快且数据点密集精确。有些激光测距仪需要安装路标配合，不适用于智能吸尘器在室内使用。立体视觉测距是利用两个相互位置已知的摄像头组成的视觉系统，根据同一景物在两个摄像头上成像的视场计算出景物的深度，从而获得其距离信息，但目前技术还不成熟，难以同时满足实时性和鲁棒性的要求。传感器的选择要考虑多方面的因素。首先，根据智能吸尘器所要完成的任务和要求来决定使用哪些，再则，根据各类传感器的使用性能和特点来选择。而且，还要考虑经济性，即成本问题，不能一味地追求尖端技术的传感器。

超声波传感器相对于其它类型的传感器有如下优点：环境适应能力强，在阴影、灰尘、烟雾等环境下，应用不受限制，对于吸尘器这一点尤为重要。而且超声波传感器比视觉传感器和激光测距仪便宜，不容易损坏。‘在吸尘过程中，通常只需要辨别物体的大致形状和与机器人的距离并不需要诸如颜色、类别等信息。此外，视觉传感器如摄象机得到的距离信息．，主要根据物体所成像的相对灰度等级决定，物体像的灰度信息会随光线变化而变化，所以在相对黑暗的环境中，其很难判断物体的远近。而超声波传感器通过波的发射接收时间来测量距离信息，对环境的光线无要求。

考虑到超声波传感器方向性差，用多个传感器并采用数据融合技术获得所需的外界信息。

4.2超声波探测原理

超声波(UltrasonieWaveS)是指超过人的听觉范围以上(16kHz以上)的声波。超声传感器是由压电陶瓷晶片、锥形辐射喇叭、金属网格等构成。其中，压电陶瓷晶片是传感器的核心。锥形辐射喇叭主要是使发射与接收超声波的能量集中，并使传感器有一定的辐射角；金属网格则起到保护作用，但不影响超声波的发射与接收。常用的超声传感器，其中心频率约为40KHz。

超声波测距原理是通过超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为C，而根据计时器记录的测出发射和接收回波的时间差t，就可以计算出发射点距障碍物的距离S，即：S=Ct／2。

4.3超声波探测的软件设计

本智能吸尘器的软件设计采用Keil公司Rtx51实时多任务操作系统作为开发环境。Rtx51Tiny主要配置参数为：1个Tick：10000系统时钟，这里即lOms；时间片大小：l0个Ticks，这里即lOOms；

具体实现思路如下：

MEASURE1：前部超声探头测距任务。调用us_wait进行延时等待(20个Ticks)，同时马上交出时间片，一次测距过程需较多时间。所以分四个任务，并安排在不同时间点启动测距过程，相互错开，以尽量将占用时间分散。MEASURE2：右侧超声探头测距任务。调用os_wait进行延时等待(5+15个Ticks)，同时马上交出时间片。MEASURE3：左侧超声探头测距任务。调用os_wait进行延时等待(10+10个Ticks)，同时马上交出时间片。MEASURE4：尾部超声探头测距任务。调用os_wait进行延时等待(15+5个Ticks)，同时马上交出时间片。

总结

综上，在智能吸尘器中采用超声波传感器，具有结构简单、工作可靠，性价比较高等特点。

如果你的家里拥有一个安全管家智能吸尘器，它可以在你面临繁忙的工作时，将你的家里清扫的干净整洁，为你解决地面的卫生问题。它可以在太阳升起的早晨，为你播放优美的音乐。她也可以在你疲惫不堪的时候，与你分享这一天的新鲜事。这样你是否会觉得生活是件很美好的事情呢。智能的家用电器在改变着很多人的生活观念，智能的家居生活成为了人们生活的新动向。那么安全管家智能吸尘器将为人们打开这扇高科技的大门，让更多的人们走进智能。

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