智能吸尘器的设计
摘 要本课题实现的这款智能吸尘器控制系统相对于如今市面上绝大多数相关产品来说含有更高的性能指标，另外在平稳性上亦含有非常大的优势。通过软硬件系统的构建，此智能吸尘器系统主要可以实现当家中无人时进行自动吸尘以及防碰撞等功能的智能吸尘器控制系统，通过超声波传感器对距离的测量实现了对墙壁等障碍物的探测从而实现误碰误撞并通过热释电传感器实现了对周围人员的检，通过LCD1602显示电路、HC-SR04超声波传感器电路、热式电传感器电路和等电路的构建并结合C语言的高效执行性，使这种类型的智能吸尘器系统突破了当前市面上所有产品所存在的弊端，提升了整体的平均性能，不但如此，在功率消耗方面也是具备极大程度的亮点的，因为这款智能吸尘器控制系统应用的是AT89C51来作为主控核心，它能够引导系统自动进入具有低功耗的低时钟频率工作模式，将系统对电流的使用降到最低，与此同时仍然保持平稳的运行。这款系统的完成在另一个角度来说是对绝大多数相关系统的优化和功能优化，通过对每个角度精心的设计，完成了这款综合极高的智能吸尘器控制系统。
目录
引言 1
一、 智能吸尘器的方案设计 3
二、 AT89C51单片机简介 3
三、 系统硬件设计 4
（一） 主控电路设计 4
（二） 时钟电路 5
（三） 障碍物探测电路设计 5
（四） 人体检测电路设计 7
（五） 吸尘器屏幕电路设计 8
（六） 吸尘器车轮驱动电路设计 9
（七） 风机电路设计 10
（八） 参数设置电路设计 10
四、 系统软件设计 11
（一） 智能吸尘器的主程序设计 11
（二） 障碍物探测子程序设计 13
（三） 人体检测子程序设计 13
（四） 吸尘器车轮驱动子程序设计 14
五、 仿真系统设计 15
结束语 19
参考文献 21
致 谢 22
附录一 原理图 23
附录二 源程序 24
引言
在最近短短一二十年时间内，传感器技术和微处理器技术的快速发展给智能吸尘器控制系统 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
的发展带来了新的篇章，智能识别、大数据快速运算等性能使得智能吸尘器控制系统被重新定义，智能概念的光环开始笼罩着这类智能吸尘器系统，这些新型功能和强大的数据处理功效给使用者的生产生活带来了大幅度的方便，使用者只要通过简要的操控就可完成前所未有的非常多新型功能，这些新功能在以往的传统智能吸尘器系统中是无法看到的。随着科学技术的不断前进和电子技术的逐渐趋向于传感化和智能化，人们生活中的绝大多数比较常用的东西都将逐步被电子系统给取代掉，这是人类社会的一个突出的发展趋势，就如本论文将要研发的这种智能吸尘器系统，它也是一种出现较为早的系统，但随着时间的流逝，它一直不停地跟随着电子技术的发展脚步而一起发展，当前它已经不再是那个老式的只能完成几个简单功能的智能吸尘器系统了。智能吸尘器系统的飞速发展使用户对于数据处理和其它智能特性提出了越发高的要求，而要完成这些近似苛刻的期望，重要的核心技术是提高其内部微处理器重要部分的功效，一些早期的智能吸尘器控制系统是以8位微处理器当作主控器件的，这类内核在单位时间内部仅仅能够对8比特的二进制数据进行运算，这类运算性能相比如今大肆流行的32位机和64位机来说，可以说是小巫见大巫了，从而那时在这种数据运算能力下，智能吸尘器系统只能够完成几项简易的功能。
图1 智能吸尘器
近些年来32位内核设计技术的快速发展使得控制器芯片进入了高速运算时代，这个技术的成熟无疑给智能吸尘器系统带来了上帝的福音，好似受到了最强劲的加持，在信号运算性能上相对过去的8位机就提升了4倍，那么这给智能吸尘器控制系统的性能带来了不但是目标上的提升，更给控制系统赠予了更流畅的运行效果。快速发展的经济在实质上是对人们生活的根本改变，此过程可以很好的反映在人们对智能吸尘器系统的见解上，过去人们仅仅满足在其几项简单功能，而在所有都成熟后，不同的用户对于智能吸尘器控制系统都有一套自己的见解，良好的人机交互界面、友好的数据交互接口和更智能的运行方式在一定程度上迎合了使用人员的普遍欢迎。本课题的设计理念是一种高性价比智能吸尘器系统，但是并没有采用32位处理器来当作主控，只是采用AT89C51来进行操控，仅仅是通过这种类型的8位单片机的处理，就已经能够对大多数现有产物进行优化了。
国内现在对相关研究所取得的成果大部分反应在智能传感器的选材上，研究人员称如果要增加智能吸尘器控制系统的功效须要在其传感电路方面大做文章，从而他们在相关电路的配置上，将主要研发重心都放在了如何计算传感电路的设计。遵照前不久某份国外杂志刊登的一个报道显示英国肯特大学的开发者实现了一款新型设计并取得了专利，这款设计与本设计所研究的智能吸尘器系统有些相似，在性能和应用的主要传感器件上都近乎相似，而他们所取得的成果是把该款智能吸尘器系统中的全部传感器和采集电路进行了合并，而且将它的植入到一片芯片中，为此他们还为这块芯片配置了一个高效率的低沉散热技术，通过这种技术完美的解决了智能吸尘器控制系统在运行过程中的发热问题，大大延长了芯片的使用寿命。
本次论文以智能吸尘器控制系统的研究现状为背景，提出了一种可以通过AT89C51作为主控焦点的智能吸尘器控制系统，这款系统具备比市场上很多相关产品更低的功率参数和成本，下列为本课题将要实现的研究内容。
1.设计液晶屏电路，在单片机的控制下实现对相关参数的显示；
2.设计超声波距离检测电路，实现超声波的发射和接收，根据时间差计算出距离参数；
3.设计红外线检测电路，实现对人体释放的红外线信号进行高灵敏度接收从而判断周围是否有人；
4. 设计直流电机电路，实现直流电机拖动功能；
实现的功能：
1.具有自动判别家中是否有人功能，并且在家中无人时进行自动吸尘打扫的；
2.在自动吸尘过程中吸尘器会在直流电机的拖动下进行前后左右移动；
3.能够通过雷达探测对周围墙壁或者其他障碍物进行探测，防止自动吸尘过程中发生碰撞。
智能吸尘器的方案设计
本设计主要设计了一款基于AT89C51而完成的智能吸尘器系统，这款系统通过AT89C51的MCS51内核当作核心部分，在硬件电路系统上完成了对LCD1602、HCSR04超声波传感器、热释电红外传感器和直流电机等模块的灵活驱动，微处理器芯片通过它的很多输出输入管脚与这些模块进行相连而且将程序指令输入到各电路中使其进行功效输出，每个模块在本智能吸尘器系统中所表现出的功效可以介绍为：
HCSR04型超声波模块用于发射和接收超声波，探测吸尘器距离周围障碍物的距离；按键模块用于启动和停止吸尘器的工作；显示模块用于显示当前系统的运行状态；热释电传感器用来探测家中是不是有人；驱动轮由左右两个直流电机构成，用于使得吸尘器移动；风机由一个直流电机构成，用于实现吸尘，各模块的具体电路设计及原理将在下文详细介绍。
图2 智能吸尘器内部框图
AT89C51单片机简介
通过前期对当前市场上最常应用的多种微处理器进行综合比较后，最后决定应用AT89C51来担任此智能吸尘器控制系统的主控核心部分，下文对其最小系统电路进行构建。本智能吸尘器控制系统的主控核心部分必需一种运行速度较快与此同时IO管脚较多的主控处理器来担任，因为系统电路中所使用的电路模块会消耗掉较多的单片机管脚，因此多管脚性能是选择控制器芯片的一项前提因素。
图3 AT89C51单片机芯片
下图为单片机的管脚图，其中1~8号为P1口管脚，10~17为P3口，21~28为P2口，32~39为P0口，具有特殊功能的管脚为P3.0（UART的RXD管脚）和P3.1（UART的TXD管脚）两个管脚以及P3.2和P3.3（具有接收中断功能）。
目录
引言 1
一、 智能吸尘器的方案设计 3
二、 AT89C51单片机简介 3
三、 系统硬件设计 4
（一） 主控电路设计 4
（二） 时钟电路 5
（三） 障碍物探测电路设计 5
（四） 人体检测电路设计 7
（五） 吸尘器屏幕电路设计 8
（六） 吸尘器车轮驱动电路设计 9
（七） 风机电路设计 10
（八） 参数设置电路设计 10
四、 系统软件设计 11
（一） 智能吸尘器的主程序设计 11
（二） 障碍物探测子程序设计 13
（三） 人体检测子程序设计 13
（四） 吸尘器车轮驱动子程序设计 14
五、 仿真系统设计 15
结束语 19
参考文献 21
致 谢 22
附录一 原理图 23
附录二 源程序 24
引言
在最近短短一二十年时间内，传感器技术和微处理器技术的快速发展给智能吸尘器控制系统 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
的发展带来了新的篇章，智能识别、大数据快速运算等性能使得智能吸尘器控制系统被重新定义，智能概念的光环开始笼罩着这类智能吸尘器系统，这些新型功能和强大的数据处理功效给使用者的生产生活带来了大幅度的方便，使用者只要通过简要的操控就可完成前所未有的非常多新型功能，这些新功能在以往的传统智能吸尘器系统中是无法看到的。随着科学技术的不断前进和电子技术的逐渐趋向于传感化和智能化，人们生活中的绝大多数比较常用的东西都将逐步被电子系统给取代掉，这是人类社会的一个突出的发展趋势，就如本论文将要研发的这种智能吸尘器系统，它也是一种出现较为早的系统，但随着时间的流逝，它一直不停地跟随着电子技术的发展脚步而一起发展，当前它已经不再是那个老式的只能完成几个简单功能的智能吸尘器系统了。智能吸尘器系统的飞速发展使用户对于数据处理和其它智能特性提出了越发高的要求，而要完成这些近似苛刻的期望，重要的核心技术是提高其内部微处理器重要部分的功效，一些早期的智能吸尘器控制系统是以8位微处理器当作主控器件的，这类内核在单位时间内部仅仅能够对8比特的二进制数据进行运算，这类运算性能相比如今大肆流行的32位机和64位机来说，可以说是小巫见大巫了，从而那时在这种数据运算能力下，智能吸尘器系统只能够完成几项简易的功能。
图1 智能吸尘器
近些年来32位内核设计技术的快速发展使得控制器芯片进入了高速运算时代，这个技术的成熟无疑给智能吸尘器系统带来了上帝的福音，好似受到了最强劲的加持，在信号运算性能上相对过去的8位机就提升了4倍，那么这给智能吸尘器控制系统的性能带来了不但是目标上的提升，更给控制系统赠予了更流畅的运行效果。快速发展的经济在实质上是对人们生活的根本改变，此过程可以很好的反映在人们对智能吸尘器系统的见解上，过去人们仅仅满足在其几项简单功能，而在所有都成熟后，不同的用户对于智能吸尘器控制系统都有一套自己的见解，良好的人机交互界面、友好的数据交互接口和更智能的运行方式在一定程度上迎合了使用人员的普遍欢迎。本课题的设计理念是一种高性价比智能吸尘器系统，但是并没有采用32位处理器来当作主控，只是采用AT89C51来进行操控，仅仅是通过这种类型的8位单片机的处理，就已经能够对大多数现有产物进行优化了。
国内现在对相关研究所取得的成果大部分反应在智能传感器的选材上，研究人员称如果要增加智能吸尘器控制系统的功效须要在其传感电路方面大做文章，从而他们在相关电路的配置上，将主要研发重心都放在了如何计算传感电路的设计。遵照前不久某份国外杂志刊登的一个报道显示英国肯特大学的开发者实现了一款新型设计并取得了专利，这款设计与本设计所研究的智能吸尘器系统有些相似，在性能和应用的主要传感器件上都近乎相似，而他们所取得的成果是把该款智能吸尘器系统中的全部传感器和采集电路进行了合并，而且将它的植入到一片芯片中，为此他们还为这块芯片配置了一个高效率的低沉散热技术，通过这种技术完美的解决了智能吸尘器控制系统在运行过程中的发热问题，大大延长了芯片的使用寿命。
本次论文以智能吸尘器控制系统的研究现状为背景，提出了一种可以通过AT89C51作为主控焦点的智能吸尘器控制系统，这款系统具备比市场上很多相关产品更低的功率参数和成本，下列为本课题将要实现的研究内容。
1.设计液晶屏电路，在单片机的控制下实现对相关参数的显示；
2.设计超声波距离检测电路，实现超声波的发射和接收，根据时间差计算出距离参数；
3.设计红外线检测电路，实现对人体释放的红外线信号进行高灵敏度接收从而判断周围是否有人；
4. 设计直流电机电路，实现直流电机拖动功能；
实现的功能：
1.具有自动判别家中是否有人功能，并且在家中无人时进行自动吸尘打扫的；
2.在自动吸尘过程中吸尘器会在直流电机的拖动下进行前后左右移动；
3.能够通过雷达探测对周围墙壁或者其他障碍物进行探测，防止自动吸尘过程中发生碰撞。
智能吸尘器的方案设计
本设计主要设计了一款基于AT89C51而完成的智能吸尘器系统，这款系统通过AT89C51的MCS51内核当作核心部分，在硬件电路系统上完成了对LCD1602、HCSR04超声波传感器、热释电红外传感器和直流电机等模块的灵活驱动，微处理器芯片通过它的很多输出输入管脚与这些模块进行相连而且将程序指令输入到各电路中使其进行功效输出，每个模块在本智能吸尘器系统中所表现出的功效可以介绍为：
HCSR04型超声波模块用于发射和接收超声波，探测吸尘器距离周围障碍物的距离；按键模块用于启动和停止吸尘器的工作；显示模块用于显示当前系统的运行状态；热释电传感器用来探测家中是不是有人；驱动轮由左右两个直流电机构成，用于使得吸尘器移动；风机由一个直流电机构成，用于实现吸尘，各模块的具体电路设计及原理将在下文详细介绍。
图2 智能吸尘器内部框图
AT89C51单片机简介
通过前期对当前市场上最常应用的多种微处理器进行综合比较后，最后决定应用AT89C51来担任此智能吸尘器控制系统的主控核心部分，下文对其最小系统电路进行构建。本智能吸尘器控制系统的主控核心部分必需一种运行速度较快与此同时IO管脚较多的主控处理器来担任，因为系统电路中所使用的电路模块会消耗掉较多的单片机管脚，因此多管脚性能是选择控制器芯片的一项前提因素。
图3 AT89C51单片机芯片
下图为单片机的管脚图，其中1~8号为P1口管脚，10~17为P3口，21~28为P2口，32~39为P0口，具有特殊功能的管脚为P3.0（UART的RXD管脚）和P3.1（UART的TXD管脚）两个管脚以及P3.2和P3.3（具有接收中断功能）。
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