浅谈智能吸尘器的开发与设计

　　随着社会的进步和发展，人们的学习、工作越来越繁忙，于是怎样更大程度地将人们从烦琐的日常事物中解脱出来，就成了新一代家电所追求的目标。而智能化正是这一目标的集中体现。本文介绍的智能吸尘器初步实现了无人情况下的自主工作方式，很大程度地提高了产品的自动化水平。

　　1 总体原理

　　该智能吸尘器利用了超声波测距的原理，通过向前进方向发射超声波脉冲，并接收相应的返回声波脉冲，对障碍物进行判断;通过以单片机为核心的控制器实现对超声发射和接收的选通控制，并在处理返回脉冲信号的基础上加以判断，选定相应的控制策略;通过驱动器驱动两步进电机，带动驱动轮，从而实现避障功能。与此同时，由其自身携带的小型吸尘部件，对经过的地面进行必要的吸尘清扫。

　　2 功能实能

　　整个吸尘器原理上可以分为五个主要部分(如图1)：传感器部分、控制器部分、驱动部分、吸尘部分和电源部分。各部分的原理及具体功能实现如下：

　　2.1 传感器部分

　　2.1.1 超声波测距原理

　　超声波是一种一定频率范围的声波。它具有在同种媒质中以恒定速率传播的特性，而在不同媒质的界面处，会产生反射现象。利用这一特性，就可 以根据测量发射波与反射波之间的时间间隔，从而达到测量距离的作用。其具体的计算公式如下：

　　s=v×t/2

　　其中，s为障碍物与吸尘器之间的距离;t为发射到接收经历的时间;v为声波在空气中传播的速度。由于v的值受温度的影响会波动，因此，在实际的应用中可以用以下公式来加以补偿，其中T表示空气的绝对温度，m/s为速度单位。

　　在智能吸尘器中，避障功能的实现正是利用了这一超声波测距的原理。它的传感器部分由三对(每对包括一个发射探头和一个接收探头)共六个超声波传感头组成。由单独的振荡电路产生频率固定为40kHz，幅值为5V的超声波信号。在控制器送来的路选信号(如图1)的作用下，40kHz的振荡信号被加在超声发射探头的两端，从而产生超声信号向外发射;该信号遇到障碍物时，产生反射波，当这一反射波被接收探头接收后，根据前述测距的原理，就可以精确地判断障碍物的远近;同时，根据信号的幅值大小，也可以初步确定障碍物的大小。

　　2.1.2 探测范围的确定

　　由于每一个超声波探头都有一定的指向性(即发射或接受的空间范围)，所以在测量时必然存在盲区(如图2)。因此，三对传感器必然以一定的尺寸分布在吸尘器的前端，从而使传感器测量的范围包含整个吸尘器所必须经过的空间，同时又避免探测死角(既使盲区落在须测量的范围之外)。