智能吸尘器的设计与实现
摘 要本文以“智能吸尘器的设计与实现”作为研究课题，设计了一款STC89C51单片机控制系统，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测。在硬件系统的设计方面，将整个智能吸尘器系统划分成了STC89C51单片机最小系统电路部分以及LCD1602液晶屏显示子程序、L298N功放子程序、HC-05蓝牙模块驱动子程序、红外线检测子程序、红外检测子程序和PWM波输出子程序等部分，而在软件部分则通过主程序以及各个子程序的构建，经过了多个角度并且反复的测试，这款系统能够长时间的稳定运行。
目录
一、 引言 1
二、 方案设计及元器件选择 3
（一） 智能吸尘器的方案设计 3
（二） STC89C51单片机简介 3
（三） L298N驱动芯片简介 4
（四） 蓝牙传感器简介 4
（五） 红外线传感器简介 5
（六） 热释电红外传感器简介 5
（七） 液晶显示器简介 6
（八） 高速直流电机简介 6
三、 系统硬件设计 8
（一） 最小系统电路设计 8
（二） 车轮驱动电路设计 8
（三） 蓝牙遥控电路设计 9
（四） 障碍物检测电路设计 10
（五） 人体检测电路设计 10
（六） 风机电路设计 11
（七） 液晶显示电路设计 11
四、 系统软件设计 13
（一） 主程序流程设计 13
（二） 蓝牙驱动子程序设计 14
（三） 障碍物检测子程序设计 15
（四） 人体检测子程序流程设计 16
（五） 液晶驱动子程序流程设计 16
五、 仿真系统设计 18
总结 23
参考文献 24
致 谢 25
附录一 原理图 26
附录二 PCB图 27
附录三 元件列表 28
附录四 程序 29< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
br /> 引言
本课题将要设计的是一款能够实现高清晰度液晶显示、电脉冲信号功率放大、蓝牙通信、红外线采集、人体走动检测和PWM波输出等功能的单片机控制系统，这款系统的实现借助了STC89C51单片机系统开发平台以及C语言程序代码，通过这两者的相互结合，实现了对系统内部各个功能模块的驱动，从而实现高效有序的工作结果，这款智能吸尘器系统的实现是对大学期间所学专业知识的一次综合总结。所谓的智能吸尘器系统，在硬件电路设计方面采用的是STC89C51单片机作为核心部分，在其片外结合了LCD1602液晶显示屏、L298N直流电机驱动芯片、HC05蓝牙模块、红外线检测器、热释电红外传感器和直流电机等功能器件并构建出稳定的驱动电路，通过单片机等微处理器（本系统采用的是STC89C51单片机）的驱动实现这些功能电路的工作，在软件系统方面通过C语言构建程序代码，通过机器语言的转换，实现对微处理器的控制，最终实现对各个功能电路的控制，从而完成高清晰度液晶显示、直流电机驱动、无线通信、红外线感应、人体红外信号捕捉和直流电机控制等功能。智能吸尘器系统内部电路则使用了大量的集成式数字芯片，通常一片微小体积的硅片内部集成了海量的电阻电容以及半导体器件，这些电路被高密度集成后，外部的环境因素不容易对其造成性能方面的干扰，同时性能也不会随着时间而发生下降，因此智能型智能吸尘器系统越来越受到人们的青睐，下图是目前市面上一种畅销的智能吸尘器。
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本课题设计的这款智能吸尘器系统采用的是STC89C51单片机来作为主控，STC89C51单片机是一种具有较高处理速度的微型处理器，在大学期间已经对它进行了非常系统的学习，将其作为本课题的主控器件，能够较为轻松的实现各项功能。
目前国内外对于智能吸尘器系统的研究方法侧重点有所差别，国外的研究者主要将研究重心放在了如何研发出更高性能的微处理器并发挥出其最大的性能，使得微处理器芯片能够在智能吸尘器系统中发挥出最大的控制功效，从而实现非常智能的功能；国内的研究者则主要将重点放在了对新型传感器的研发，到目前为止已经研发出了多种用于智能吸尘器系统中的传感器，这些传感器在外形体积、功耗性能以及使用稳定性等参数方面都具有突出的表现。根据最近一份关于目前市面上智能吸尘器系统产品竞争力的调查报告显示，无论是国内还是国外的高端智能吸尘器产品在目前的市场上都占有相当的份额，由于国内最近几年加紧了对于智能吸尘器系统的研究，进步速度非常快，取得的研究成果非常丰硕，所以在国际上具有较大的竞争力。
本课题设计的这款智能吸尘器系统采用了STC89C51单片机来作为核心处理器的方案，并且在STC89C51单片机片外结合了LCD1602液晶屏幕、L298N直流电机驱动芯片、HC05蓝牙模块、红外线传感器、热释电红外传感器和JGB38直流电机等元器件，实现了如下设计指标：
1、能够以较高质量的液晶显示能力将智能吸尘器系统中采集到的数据显示给用户；
2、能够通过L298N芯片使得STC89C51单片机产生的脉冲信号得到功率增益，使得输入到直流电机中的脉冲能够直接让直流电机转动；
3、能够快速对2.4GHz频段的蓝牙无线数据进行编码和解码，实现智能吸尘器系统中一些重要数据的传送；
4、能够通过对红外线传感器的电路设计，实现对环境中红外线的强弱进行精确检测并实时将检测结果进行输出；
5、能够通过STC89C51单片机对热释电传感器的输出电平信号进行检测，判断是否捕捉到周围空间内有人经过；
6、能够通过对STC89C51单片机内部定时器的配置，实现高分辨率PWM波的输出，并且将其通入直流电机驱动电路实现功率放大，用于实现对直流电机的驱动；
方案设计及元器件选择
智能吸尘器的方案设计
本智能吸尘器系统所要实现的各项功能指标在上文中已经进行了预期设计，现在开始对各个功能指标的实现方法进行设计，如下图中的系统结构框图所示，整个系统将以STC89C51单片机作为主控微处理器，通过它的GPIO管脚实现对片外的参数显示电路、直流电机驱动电路、蓝牙通信电路、红外线传感器电路、HCSR501热释电传感器电路和直流电机驱动电路的驱动控制，结构框图中的STC89C51单片机芯片、晶振电路以及复位电路三个部分将组成单片机最小系统电路。蓝牙遥控模块由HC05型号的蓝牙传感器构成，用于实现对用户手机APP发出的遥控指令的接收和转换，将接收结果送入到单片机中进行处理；显示模块用于显示当前系统的运行状态；热释电传感器用于探测家中是否有人；驱动轮由左右两个直流电机构成，用于驱动吸尘器移动；风机由一个直流电机构成，用于实现吸尘、障碍物测量模块电路由两个完全相同的红外对管传感器模块，它能够实现对前方一定距离内的障碍物的准确而快速的检测，并将检测结果通过高低电平信号送入到STC89C51单片机中进行处理。
目录
一、 引言 1
二、 方案设计及元器件选择 3
（一） 智能吸尘器的方案设计 3
（二） STC89C51单片机简介 3
（三） L298N驱动芯片简介 4
（四） 蓝牙传感器简介 4
（五） 红外线传感器简介 5
（六） 热释电红外传感器简介 5
（七） 液晶显示器简介 6
（八） 高速直流电机简介 6
三、 系统硬件设计 8
（一） 最小系统电路设计 8
（二） 车轮驱动电路设计 8
（三） 蓝牙遥控电路设计 9
（四） 障碍物检测电路设计 10
（五） 人体检测电路设计 10
（六） 风机电路设计 11
（七） 液晶显示电路设计 11
四、 系统软件设计 13
（一） 主程序流程设计 13
（二） 蓝牙驱动子程序设计 14
（三） 障碍物检测子程序设计 15
（四） 人体检测子程序流程设计 16
（五） 液晶驱动子程序流程设计 16
五、 仿真系统设计 18
总结 23
参考文献 24
致 谢 25
附录一 原理图 26
附录二 PCB图 27
附录三 元件列表 28
附录四 程序 29< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
br /> 引言
本课题将要设计的是一款能够实现高清晰度液晶显示、电脉冲信号功率放大、蓝牙通信、红外线采集、人体走动检测和PWM波输出等功能的单片机控制系统，这款系统的实现借助了STC89C51单片机系统开发平台以及C语言程序代码，通过这两者的相互结合，实现了对系统内部各个功能模块的驱动，从而实现高效有序的工作结果，这款智能吸尘器系统的实现是对大学期间所学专业知识的一次综合总结。所谓的智能吸尘器系统，在硬件电路设计方面采用的是STC89C51单片机作为核心部分，在其片外结合了LCD1602液晶显示屏、L298N直流电机驱动芯片、HC05蓝牙模块、红外线检测器、热释电红外传感器和直流电机等功能器件并构建出稳定的驱动电路，通过单片机等微处理器（本系统采用的是STC89C51单片机）的驱动实现这些功能电路的工作，在软件系统方面通过C语言构建程序代码，通过机器语言的转换，实现对微处理器的控制，最终实现对各个功能电路的控制，从而完成高清晰度液晶显示、直流电机驱动、无线通信、红外线感应、人体红外信号捕捉和直流电机控制等功能。智能吸尘器系统内部电路则使用了大量的集成式数字芯片，通常一片微小体积的硅片内部集成了海量的电阻电容以及半导体器件，这些电路被高密度集成后，外部的环境因素不容易对其造成性能方面的干扰，同时性能也不会随着时间而发生下降，因此智能型智能吸尘器系统越来越受到人们的青睐，下图是目前市面上一种畅销的智能吸尘器。
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本课题设计的这款智能吸尘器系统采用的是STC89C51单片机来作为主控，STC89C51单片机是一种具有较高处理速度的微型处理器，在大学期间已经对它进行了非常系统的学习，将其作为本课题的主控器件，能够较为轻松的实现各项功能。
目前国内外对于智能吸尘器系统的研究方法侧重点有所差别，国外的研究者主要将研究重心放在了如何研发出更高性能的微处理器并发挥出其最大的性能，使得微处理器芯片能够在智能吸尘器系统中发挥出最大的控制功效，从而实现非常智能的功能；国内的研究者则主要将重点放在了对新型传感器的研发，到目前为止已经研发出了多种用于智能吸尘器系统中的传感器，这些传感器在外形体积、功耗性能以及使用稳定性等参数方面都具有突出的表现。根据最近一份关于目前市面上智能吸尘器系统产品竞争力的调查报告显示，无论是国内还是国外的高端智能吸尘器产品在目前的市场上都占有相当的份额，由于国内最近几年加紧了对于智能吸尘器系统的研究，进步速度非常快，取得的研究成果非常丰硕，所以在国际上具有较大的竞争力。
本课题设计的这款智能吸尘器系统采用了STC89C51单片机来作为核心处理器的方案，并且在STC89C51单片机片外结合了LCD1602液晶屏幕、L298N直流电机驱动芯片、HC05蓝牙模块、红外线传感器、热释电红外传感器和JGB38直流电机等元器件，实现了如下设计指标：
1、能够以较高质量的液晶显示能力将智能吸尘器系统中采集到的数据显示给用户；
2、能够通过L298N芯片使得STC89C51单片机产生的脉冲信号得到功率增益，使得输入到直流电机中的脉冲能够直接让直流电机转动；
3、能够快速对2.4GHz频段的蓝牙无线数据进行编码和解码，实现智能吸尘器系统中一些重要数据的传送；
4、能够通过对红外线传感器的电路设计，实现对环境中红外线的强弱进行精确检测并实时将检测结果进行输出；
5、能够通过STC89C51单片机对热释电传感器的输出电平信号进行检测，判断是否捕捉到周围空间内有人经过；
6、能够通过对STC89C51单片机内部定时器的配置，实现高分辨率PWM波的输出，并且将其通入直流电机驱动电路实现功率放大，用于实现对直流电机的驱动；
方案设计及元器件选择
智能吸尘器的方案设计
本智能吸尘器系统所要实现的各项功能指标在上文中已经进行了预期设计，现在开始对各个功能指标的实现方法进行设计，如下图中的系统结构框图所示，整个系统将以STC89C51单片机作为主控微处理器，通过它的GPIO管脚实现对片外的参数显示电路、直流电机驱动电路、蓝牙通信电路、红外线传感器电路、HCSR501热释电传感器电路和直流电机驱动电路的驱动控制，结构框图中的STC89C51单片机芯片、晶振电路以及复位电路三个部分将组成单片机最小系统电路。蓝牙遥控模块由HC05型号的蓝牙传感器构成，用于实现对用户手机APP发出的遥控指令的接收和转换，将接收结果送入到单片机中进行处理；显示模块用于显示当前系统的运行状态；热释电传感器用于探测家中是否有人；驱动轮由左右两个直流电机构成，用于驱动吸尘器移动；风机由一个直流电机构成，用于实现吸尘、障碍物测量模块电路由两个完全相同的红外对管传感器模块，它能够实现对前方一定距离内的障碍物的准确而快速的检测，并将检测结果通过高低电平信号送入到STC89C51单片机中进行处理。
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