单片机的智能吸尘器控制系统部分设计
摘 要本文选用了AT89C51单片机作为控制器芯片，结合了超声波测距传感器、人体信号传感器等核心器件，设计了一款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。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及避障；通过热释电传感器实现了对周围人员的检测；在软件上使用了C语言进行程序代码编写。经过仿真测试验证，系统能够实现自动吸尘，主动避障等功能，并且有效的避免了对居民生活的干扰，整个系统具有结构简单，功能实用等优势，有一定的实用价值。
目录
一、 引言 1
（一） 智能吸尘器系统的发展背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 1
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 系统主控核心的选取 3
（二） AT89C51单片机 3
（三） HCSR04超声波传感器 4
（四） 热释电红外传感器简介 5
（五） LCD1602型显示器概述 6
（六） 小型直流电机介绍 6
三、 硬件系统设计 8
（一） 智能吸尘器系统的硬件结构框图设计 8
（二） 最小系统设计 8
（三） 障碍物探测电路设计 10
（四） 人体信号检测电路设计 10
（五） 显示器外围电路设计 11
（六） 直流电机驱动电路设计 12
（七） 风机电路设计 12
（八） 按键电路 13
四、 软件系统设计 14
（一） 智能吸尘器系统的主程序流程设计 14
（二） HCSR04超声波传感器流程设计 15
（三） 热释电红外传感器工作流程设计 15
（四） 显示器工作流程设计 16
（五） 风机吸力控制工作流程图设计 18
五、 功能仿真测试 19
（一） 仿真环境介绍 19
（二） 仿真功能测试 20
总 结 25
参考文献 26
致 谢 27
附录一 原理图 28
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
附录二 源程序 29
一、引言
智能吸尘器系统的发展背景
随着经济生活的不断提高，吸尘器已经作为必备的家用电器之一，走入了越来越多的家庭。传统吸尘器一般只具有基本吸尘功能，往往还需要有线带电工作，使用起来并不方便，还由于必须手持工作，其产生的噪音会影响家庭生活质量。因此，智能吸尘器已经受到了越来越多人的欢迎。
所谓智能吸尘器控制系统，通常是指由微处理器作为核心部分，周围配合其他必要的功能模块如显示以及声音提示等，通过微处理器的强大控制作用，实现整个控制一体化的系统。智能吸尘器控制系统之所以能够达到今天这种性能和功能，主要得益于人们对于单片机等一些微处理器的不断改进和性能提升。早期吸尘器的典型特点是体积较大，采用交流电源供电，使用时需要人工手持，拖拽着一根长长的电源线，其便利性和使用范围都受到了一定程度的局限。可见，传统吸尘器控制系统无论是在功能还是便利性上，与智能吸尘器系统都无法比拟。但是，智能吸尘器控制系统需要搭建一个庞大的硬件电路结构，这使得系统非常容易受到各种各样的电磁或者机械干扰，其稳定性和抗干扰性较差，而且其复杂的电子线路的检修工作也带来了极大的阻碍。
本课题拟采用单片机完成一款智能吸尘器控制系统的设计。整个系统拟采用具有集成芯片及单片机等微处理器作为核心控制器，能够实现自动吸尘、自动前进、无线遥控等功能。此外，通过复杂的接口协议，高清晰显示效果，系统还将使用户能够轻松实现智能吸尘器控制系统工作状态的控制。
国内外发展现状
国内外对于新型实用性的智能吸尘器电子控制系统的研究一直处于炙热的状态，通过前期对网络显示的资料以及图书馆查阅到的相关文献后可总结为：
目前许多智能系统普遍采用供电方式为220V的交流电，大多数产品还不能以集成高性能的锂电池方式供电。
在主控系统的选择上，许多产品为了降低生产成本以及提高经济效益，在系统硬件上尤其是内部控制器的选择上主要是一些性能较为落后的16位机。
本文主要研究内容
根据上述调研结果，在进一步查找智能吸尘器控制系统的相关技术资料的前提下，对本文的结构安排情况基本如下：论文的第一章是引言，该章节主要对智能吸尘器控制系统的发展背景等进行了介绍，并通过对设计现状的对比确立了本系统的设计目标；第二章，将对系统的总体设计方案进行设计，包括对几种常用控制器的对比，并对所要使用的元器件进行了简要介绍;第三章将对硬件系统进行设计，通过Altium designer绘制了相关模块的电路原理图从而进行设计思路的讲解;第四章开始对系统的软件部分进行设计，通过Visio软件绘制了相应的软件流程图。为了能够验证本系统的设计正确性以及可行性，在文章第五章对控制系统进行了仿真。
整个设计通过单片机作为主控器件设计一款吸尘器控制系统，并实现如下预期目标和功能：
系统采用直流电机供电，实现无线吸尘、自动移动；
系统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；
系统具有自动判别家中是否有人功能，最大化的降低对居民生活的干扰。
方案选择及元器件介绍
系统主控核心的选取
本章开始进行硬件相关元器件的选择以及特性描述，其中对于软硬件系统的主控核心是最重要的，因为这将决定最终是否能够实现最终的指标和功能。这主要体现在功能、性价比以及功耗等几个方面，因此本章首先对主控核心即单片机进行选择。
方案一：选择Arduino Mega 2560单片机作为本系统的主控核心部分，由于之前在学习51过程中，触及到了一些关于Mega 2560的学习，感受到了Mega 2560单片机的高效性、多资源性以及艺术性，因此对于Mega 2560单片机有着较好的使用体验。然而如果将其运用在该系统，对于我而言如果遇到难题需要耗费很多的时间去解决。
方案二：选择是使用51单片机来作为本系统的主控核心，因为在接触单片机课程时就已经对AT89C51等51单片机有了很深的了解，并在在这两年的学习过程中，使用AT89C51单片机做过很多大大小小的项目和设计，对该单片机比较熟悉。因为毕业设计的周期非常短，为了实现高性能的系统，必须要使用自己熟悉的控制器。然而不足的是，AT89C51单片机芯片里的资源相对Arduino Mega 2560来说，较为匮乏，没有AD和SPI等模块。所幸的是51单片机无论是在代码存储器大小还是定时器等，都能够良好的运用到本系统中。
目录
一、 引言 1
（一） 智能吸尘器系统的发展背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 1
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 系统主控核心的选取 3
（二） AT89C51单片机 3
（三） HCSR04超声波传感器 4
（四） 热释电红外传感器简介 5
（五） LCD1602型显示器概述 6
（六） 小型直流电机介绍 6
三、 硬件系统设计 8
（一） 智能吸尘器系统的硬件结构框图设计 8
（二） 最小系统设计 8
（三） 障碍物探测电路设计 10
（四） 人体信号检测电路设计 10
（五） 显示器外围电路设计 11
（六） 直流电机驱动电路设计 12
（七） 风机电路设计 12
（八） 按键电路 13
四、 软件系统设计 14
（一） 智能吸尘器系统的主程序流程设计 14
（二） HCSR04超声波传感器流程设计 15
（三） 热释电红外传感器工作流程设计 15
（四） 显示器工作流程设计 16
（五） 风机吸力控制工作流程图设计 18
五、 功能仿真测试 19
（一） 仿真环境介绍 19
（二） 仿真功能测试 20
总 结 25
参考文献 26
致 谢 27
附录一 原理图 28
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
附录二 源程序 29
一、引言
智能吸尘器系统的发展背景
随着经济生活的不断提高，吸尘器已经作为必备的家用电器之一，走入了越来越多的家庭。传统吸尘器一般只具有基本吸尘功能，往往还需要有线带电工作，使用起来并不方便，还由于必须手持工作，其产生的噪音会影响家庭生活质量。因此，智能吸尘器已经受到了越来越多人的欢迎。
所谓智能吸尘器控制系统，通常是指由微处理器作为核心部分，周围配合其他必要的功能模块如显示以及声音提示等，通过微处理器的强大控制作用，实现整个控制一体化的系统。智能吸尘器控制系统之所以能够达到今天这种性能和功能，主要得益于人们对于单片机等一些微处理器的不断改进和性能提升。早期吸尘器的典型特点是体积较大，采用交流电源供电，使用时需要人工手持，拖拽着一根长长的电源线，其便利性和使用范围都受到了一定程度的局限。可见，传统吸尘器控制系统无论是在功能还是便利性上，与智能吸尘器系统都无法比拟。但是，智能吸尘器控制系统需要搭建一个庞大的硬件电路结构，这使得系统非常容易受到各种各样的电磁或者机械干扰，其稳定性和抗干扰性较差，而且其复杂的电子线路的检修工作也带来了极大的阻碍。
本课题拟采用单片机完成一款智能吸尘器控制系统的设计。整个系统拟采用具有集成芯片及单片机等微处理器作为核心控制器，能够实现自动吸尘、自动前进、无线遥控等功能。此外，通过复杂的接口协议，高清晰显示效果，系统还将使用户能够轻松实现智能吸尘器控制系统工作状态的控制。
国内外发展现状
国内外对于新型实用性的智能吸尘器电子控制系统的研究一直处于炙热的状态，通过前期对网络显示的资料以及图书馆查阅到的相关文献后可总结为：
目前许多智能系统普遍采用供电方式为220V的交流电，大多数产品还不能以集成高性能的锂电池方式供电。
在主控系统的选择上，许多产品为了降低生产成本以及提高经济效益，在系统硬件上尤其是内部控制器的选择上主要是一些性能较为落后的16位机。
本文主要研究内容
根据上述调研结果，在进一步查找智能吸尘器控制系统的相关技术资料的前提下，对本文的结构安排情况基本如下：论文的第一章是引言，该章节主要对智能吸尘器控制系统的发展背景等进行了介绍，并通过对设计现状的对比确立了本系统的设计目标；第二章，将对系统的总体设计方案进行设计，包括对几种常用控制器的对比，并对所要使用的元器件进行了简要介绍;第三章将对硬件系统进行设计，通过Altium designer绘制了相关模块的电路原理图从而进行设计思路的讲解;第四章开始对系统的软件部分进行设计，通过Visio软件绘制了相应的软件流程图。为了能够验证本系统的设计正确性以及可行性，在文章第五章对控制系统进行了仿真。
整个设计通过单片机作为主控器件设计一款吸尘器控制系统，并实现如下预期目标和功能：
系统采用直流电机供电，实现无线吸尘、自动移动；
系统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；
系统具有自动判别家中是否有人功能，最大化的降低对居民生活的干扰。
方案选择及元器件介绍
系统主控核心的选取
本章开始进行硬件相关元器件的选择以及特性描述，其中对于软硬件系统的主控核心是最重要的，因为这将决定最终是否能够实现最终的指标和功能。这主要体现在功能、性价比以及功耗等几个方面，因此本章首先对主控核心即单片机进行选择。
方案一：选择Arduino Mega 2560单片机作为本系统的主控核心部分，由于之前在学习51过程中，触及到了一些关于Mega 2560的学习，感受到了Mega 2560单片机的高效性、多资源性以及艺术性，因此对于Mega 2560单片机有着较好的使用体验。然而如果将其运用在该系统，对于我而言如果遇到难题需要耗费很多的时间去解决。
方案二：选择是使用51单片机来作为本系统的主控核心，因为在接触单片机课程时就已经对AT89C51等51单片机有了很深的了解，并在在这两年的学习过程中，使用AT89C51单片机做过很多大大小小的项目和设计，对该单片机比较熟悉。因为毕业设计的周期非常短，为了实现高性能的系统，必须要使用自己熟悉的控制器。然而不足的是，AT89C51单片机芯片里的资源相对Arduino Mega 2560来说，较为匮乏，没有AD和SPI等模块。所幸的是51单片机无论是在代码存储器大小还是定时器等，都能够良好的运用到本系统中。
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