專利名稱：智能吸塵器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及吸塵器的結(jié)構(gòu)特征，尤其涉及一種智能吸塵器。
吸塵器是現(xiàn)代社會(huì)的產(chǎn)物，目的是滿足人們對(duì)于現(xiàn)代方便生活的追求。一般的吸塵器能夠以足夠的吸塵能力和比較方便的操作來(lái)取代傳統(tǒng)的清潔工具，并且以美觀的外表來(lái)為家庭增添現(xiàn)代化氣息，這的確能夠滿足一部分用戶的基本需求，因此吸塵器成了目前家庭的常用電器之一。
然而隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們的工作越來(lái)越繁忙，消費(fèi)水平越來(lái)越高，同時(shí)也由于家電自動(dòng)化程度的普遍改善，消費(fèi)者對(duì)吸塵器的要求也越來(lái)越高。目前市場(chǎng)上的吸塵器的不足主要有以下體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面1)用于地面吸塵的吸塵器，都只能在有插頭，電線的拖累下工作，這樣對(duì)于比較大的或是障礙物比較多的房間，就特別不方便，同時(shí)對(duì)兒童也極不安全；2)幾乎所有的吸塵器都是非智能的，不能稱為自動(dòng)化電器，因?yàn)樗鼈冎荒茉谌说牟倏v下進(jìn)行工作，這對(duì)于人來(lái)說(shuō)，還是不能從繁瑣的家務(wù)中解脫出來(lái)，仍然是不方便的；3)廠家研究的目標(biāo)，大都趨于復(fù)雜化，有的力求適用性強(qiáng)，有的力求可調(diào)吸力，有的力求功能多種多樣，但是卻忽略了簡(jiǎn)單、方便，沒(méi)有向自動(dòng)化跨出有決定意義的一步；4)目前市場(chǎng)上的吸塵器的市場(chǎng)定位都沒(méi)有考慮到人口老齡化的問(wèn)題，而事實(shí)是未來(lái)幾十年內(nèi)，我國(guó)乃至世界的人口老齡化問(wèn)題相當(dāng)嚴(yán)重，因此，這是許多目前吸塵器的嚴(yán)重危機(jī)；本實(shí)用新型的目的是提供一種方便、全自動(dòng)、安全的智能吸塵器。
為了達(dá)到上述目的本實(shí)用新型采取下列措施智能吸塵器是由超聲發(fā)射電路在單片機(jī)時(shí)序和多路選擇電路的控制下，發(fā)射固定頻率的超聲波，其中超聲頻率由超聲脈沖發(fā)生電路決定，然后超聲接收電路在單片機(jī)時(shí)序信號(hào)和多路選擇電路的控制下接收超聲波反射信號(hào)，接收的信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路作進(jìn)一步處理后，輸入單片機(jī)電路的中斷腳，由單片機(jī)電路的程序進(jìn)行復(fù)雜的判斷、計(jì)算，并且產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)，最后由電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)做出相應(yīng)的直行或左右轉(zhuǎn)的動(dòng)作，電源部分是由電源調(diào)整部件提供，分別提供正負(fù)的穩(wěn)壓電源；所說(shuō)超聲波信號(hào)產(chǎn)生的振蕩電路是一個(gè)555芯片，它與外圍的電阻第一電阻、第十一電阻、第十二電阻；第一電容，共同構(gòu)成一個(gè)多諧振蕩器，振蕩的產(chǎn)生是由電源經(jīng)過(guò)第一電阻、第十一電阻、第十二電阻向第一電容充放電而形成的。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)1)同類的產(chǎn)品相比較，我們的產(chǎn)品向著自動(dòng)化、智能化跨出了具有決定意義的一步。我們從人機(jī)工程的角度，著重人性化設(shè)計(jì)，方便安全，充分考慮到了目前吸塵器存在的智能化方面的不足，體現(xiàn)向自動(dòng)化方面邁進(jìn)的超前意識(shí)。
2)我們?cè)O(shè)計(jì)的產(chǎn)品在電源方面，采用內(nèi)置工作電源，簡(jiǎn)化了電源電路，減小了功耗，廢除了插頭、電線，從而克服了市場(chǎng)上吸塵器由電源引起的有關(guān)方便性和安全性的不足。
3)我們?cè)O(shè)計(jì)的產(chǎn)品在智能方面，從人機(jī)工程的角度，考慮了人口老齡化問(wèn)題，能在無(wú)人操縱的環(huán)境中自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、避開(kāi)障礙，尋找沒(méi)有障礙的方向，繼續(xù)吸塵。對(duì)于人來(lái)說(shuō)，所要做的只是輕輕一按“開(kāi)啟”按鈕，剩下的工作由我們的智能吸塵器來(lái)獨(dú)立完成，從而在吸塵器自動(dòng)化方面有了決定意義的進(jìn)步。
4)我們?cè)O(shè)計(jì)的產(chǎn)品從具體的功能實(shí)現(xiàn)上，由于采用了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使得在轉(zhuǎn)向上行動(dòng)自如，不存在死角和最小轉(zhuǎn)彎半徑，從而大大增強(qiáng)了工作的可靠性；由于采用了先進(jìn)的超聲機(jī)構(gòu)，靈敏度高，也進(jìn)一步保證了產(chǎn)品工作的可靠性。
以下結(jié)合附圖作詳細(xì)說(shuō)明


圖1是智能吸塵器總體框圖；圖2是本實(shí)用新型脈沖發(fā)生電路圖；圖3是本實(shí)用新型單片機(jī)的電路圖；圖4是本實(shí)用新型信號(hào)處理電路圖。
如
圖1所示，首先超聲發(fā)射電路3在單片機(jī)時(shí)序信號(hào)和多路選擇電路4的控制下，發(fā)射固定頻率的超聲波，其中超聲頻率由超聲脈沖發(fā)生電路2決定，然后超聲接收電路5在單片機(jī)時(shí)序信號(hào)和多路選擇電路4的控制下接收超聲波反射信號(hào)，接收的信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路6作進(jìn)一步處理后，輸入單片機(jī)電路1中斷腳，由單片機(jī)的程序進(jìn)行復(fù)雜的判斷、計(jì)算，并且產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)，最后由電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路7直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)做出相應(yīng)的直行或左右轉(zhuǎn)的動(dòng)作。電源部分是由電源調(diào)整部件8提供，分別提供正負(fù)的穩(wěn)壓電源。
如圖2所示，超聲波信號(hào)產(chǎn)生的振蕩電路，其核心是一個(gè)555芯片。它與外圍的電阻電阻R1、R11、R12；電容C1，共同構(gòu)成一個(gè)多諧振蕩器。振蕩的產(chǎn)生是由電源VCC經(jīng)過(guò)電阻R1、R11、R12向C1充放電而形成的。
振蕩信號(hào)為周期固定的方波，其占空比，是由R1的阻值與R11、R12阻值和之比決定的。通過(guò)微調(diào)R12的阻值，不僅可以調(diào)節(jié)占空比，還可以調(diào)整信號(hào)的頻率。最終形成的超聲波信號(hào)經(jīng)555芯片的3腳輸出。C2用來(lái)濾去電源與地之間的高頻信號(hào)。
如圖3所示，智能吸塵器的單片機(jī)控制電路，由單片機(jī)以及相應(yīng)的外圍電路構(gòu)成。
單片機(jī)輸出循環(huán)掃描信號(hào)在吸塵器運(yùn)行過(guò)程中單片機(jī)向1～6腳這六個(gè)I/O口循環(huán)輸出路選信號(hào)(高電平)。通過(guò)這些路選信號(hào)，控制多路選擇模塊中的模擬開(kāi)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)射和接收的循環(huán)控制。其中1、2、3腳這三個(gè)I/O口分別控制三路信號(hào)的接收；4、5、6腳這三個(gè)I/O口分別控制三路信號(hào)的發(fā)射。信號(hào)處理外部接收信號(hào)經(jīng)多路選擇模塊，信號(hào)處理模塊后最終接入單片機(jī)的12腳INTO端。單片機(jī)接收到信號(hào)后，作相應(yīng)的判斷及處理。從而確定轉(zhuǎn)向的策略。驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生單片機(jī)的21、22、23、24腳和25、26、27、28腳是獨(dú)立的兩組I/O口，分別經(jīng)一個(gè)緩沖器與一個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連。單片機(jī)根據(jù)已確定的轉(zhuǎn)向策略，向兩控制口輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能。
另外，與單片機(jī)的9腳RESET端相連的電阻R26、R24，電容C23，按鍵開(kāi)關(guān)S1共同構(gòu)成了單片機(jī)的復(fù)位電路。當(dāng)S1按下時(shí)整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)的18、19腳外接晶振J1和電容C21、C22，它與單片機(jī)的內(nèi)部電路共同構(gòu)成單片機(jī)的振蕩源。
如圖4所示，信號(hào)處理電路，由跟隨器，濾波電路，比較電路三部分組成。集成運(yùn)放F7是一個(gè)信號(hào)跟隨器，它有較高的輸入阻抗和較小的輸出阻抗。信號(hào)由運(yùn)放的3腳輸入，6腳輸出。輸出信號(hào)始終跟隨輸入信號(hào)的變化。因而在電器上起到了一定的隔離效果。運(yùn)放F5、F6以及相應(yīng)的外圍電阻R19、R22、R21、R2、R25、R27和電容C17、C18、C19、C20共同構(gòu)成了濾波電路。該濾波電路是利用運(yùn)放的截止頻率由外接電容決定來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電路的通頻帶寬由C17、C18、C19、C20電容值決定。
經(jīng)過(guò)濾波后的信號(hào)經(jīng)電容C16耦合到運(yùn)放F4的2腳。運(yùn)放F4與電阻R20、R23、R28構(gòu)成有滯回的比較器，比較電平由電阻R20、R23的阻值和與電阻R28的阻值之比決定。當(dāng)運(yùn)放F4的2腳上的信號(hào)達(dá)到比較電平時(shí)運(yùn)放F4的6腳上就產(chǎn)生跳變(由低到高或由高到低)。最后，產(chǎn)生的方波經(jīng)二極管Z1截去負(fù)邊信號(hào)，再經(jīng)二個(gè)緩沖器整形，送往單片機(jī)的中斷腳12。
權(quán)利要求1.一種智能吸塵器，其特征在于超聲發(fā)射電路[3]在單片機(jī)時(shí)序信號(hào)和多路選擇電路[4]的控制下，發(fā)射固定頻率的超聲波，其中超聲頻率由超聲脈沖發(fā)生電路[2]決定，然后超聲接收電路[5]在單片機(jī)時(shí)序和多路選擇電路[4]的控制下接收超聲波反射信號(hào)，接收的信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路[6]作進(jìn)一步處理后，輸入單片機(jī)[1]中斷腳，由單片機(jī)的程序進(jìn)行復(fù)雜的判斷、計(jì)算，并且產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)，最后由電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路[7]直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)做出相應(yīng)的直行或左右轉(zhuǎn)的動(dòng)作，電源部分是由電源調(diào)整器[8]提供，所說(shuō)超聲波信號(hào)產(chǎn)生的振蕩電路是一個(gè)555芯片，它與外圍的電阻電阻[R1]、電阻[R11]、電阻[R12]；電容[C1]，共同構(gòu)成一個(gè)多諧振蕩器，振蕩的產(chǎn)生是由電源VCC經(jīng)過(guò)電阻[R1]、電阻[R11]、電阻[R12]向電容[C1]充放電而形成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能吸塵器，其特征在于它的單片機(jī)控制電路，主要由單片機(jī)以及相應(yīng)的外圍電路構(gòu)成，單片機(jī)輸出循環(huán)掃描信號(hào)，在吸塵器運(yùn)行過(guò)程中單片機(jī)[1]向1～6腳這六個(gè)I/O口循環(huán)輸出路選信號(hào)，通過(guò)這些路選信號(hào)，控制多路選擇模塊中的模擬開(kāi)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)射和接收的循環(huán)控制，其中1、2、3腳這三個(gè)I/O口分別控制三路信號(hào)的接收；4、5、6腳這三個(gè)I/O口分別控制三路信號(hào)的發(fā)射；信號(hào)處理，外部接收信號(hào)經(jīng)多路選則模塊，信號(hào)處理模塊后最終接入單片機(jī)[1]的12腳INTO端，單片機(jī)接收到信號(hào)后，作相應(yīng)的判斷及處理，從而確定轉(zhuǎn)向的策略；驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生，單片機(jī)[1]的21、22、23、24腳和25、26、27、28腳是獨(dú)立的兩組I/O口，分別經(jīng)一個(gè)緩沖器與一個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連，單片機(jī)[1]根據(jù)已確定的轉(zhuǎn)向策略，向兩控制口輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能；另外，與單片機(jī)[1]的9腳RESET端相連的電阻電阻[R26]、電阻[R24]，電容[C23]，按鍵開(kāi)關(guān)[S1]共同構(gòu)成了單片機(jī)的復(fù)位電路，當(dāng)[S1]按下時(shí)整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位，單片機(jī)的18、19腳外接晶振[J1]和電容[C21]、電容[C22]，它與單片機(jī)的內(nèi)部電路共同構(gòu)成單片機(jī)的振蕩源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種智能吸塵器，其特征在于所說(shuō)的信號(hào)處理電路是由跟隨器，濾波電路，比較電路三部分組成，集成運(yùn)放[F7]是一個(gè)信號(hào)跟隨器，它有較高的輸入電阻和較小的輸出阻抗，信號(hào)由運(yùn)放的3腳輸入，6腳輸出，輸出信號(hào)始終跟隨輸入信號(hào)的變化，因而在電器上起到了一定的隔離效果，運(yùn)放[F5]、[F6]以及相應(yīng)的外圍電阻[R19]、電阻[R22]、電阻[R21]、電阻[R2]、電阻[R25]、電阻[R27]和電容[C17]、電容[C18]、電容[C19]、電容[C20]共同構(gòu)成了濾波電路，該電路的濾波特性是利用運(yùn)放的截止頻率由外接電容決定而實(shí)現(xiàn)的，電路的通頻帶寬由電容[C17]、[C18]、[C19]、[C20]電容值決定，經(jīng)過(guò)濾波后的信號(hào)經(jīng)電容[C16]耦合到運(yùn)放[F4]的2腳，運(yùn)放[F4]與電阻[R20]、電阻[R23]、電阻[R28]構(gòu)成有滯回的比較器，比較電平由電阻[R20]、電阻[R23]的阻值和與電阻[R28]的阻值之比決定，當(dāng)運(yùn)放[F4]的2腳上的信號(hào)達(dá)到比較電平時(shí)運(yùn)放[F4]的6腳上就跳變一下(由低到高或由高到低)，最后，產(chǎn)生的方波經(jīng)二極管[Z1]截去負(fù)邊信號(hào)，再經(jīng)二個(gè)緩沖器整形，送往單片機(jī)的中斷腳12。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種智能吸塵器。它是由超聲發(fā)射電路在單片機(jī)時(shí)序和多路選擇電路的控制下,發(fā)射固定頻率的超聲波,其中超聲頻率由超聲脈沖發(fā)生電路決定,然后超聲接收電路在單片機(jī)時(shí)序和多路選擇電路的控制下接收超聲波反射信號(hào),接收的信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理電路處理后,輸入單片機(jī)中斷腳,最后由電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)做出相應(yīng)的直行或左右轉(zhuǎn)的動(dòng)作。本實(shí)用新型方便安全,簡(jiǎn)化了電源電路,減小了功耗,著重人性化設(shè)計(jì)和智能化設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)A47L5/00GK2395679SQ99253148
公開(kāi)日2000年9月13日 申請(qǐng)日期1999年11月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月12日
發(fā)明者潘云鶴, 孫守遷, 莊越挺, 陳純, 楊穎 , 門素琴, 江輝, 侯宏倫, 周立鋼, 諸曉琴, 朱世祥, 馬翔, 李棫, 荀小翔, 蔡中堂 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)