基于MCU的智能吸尘控制系统的设计

乔世勇　王美红

【摘 要】介绍一个基于MCU的能够自主工作、并具有自动避障等功能的智能吸尘控制系统，它自带电源，具有显示与报警功能。

【关键词】步进电机；单片机；传感器

0 引言

随着人们生活水平的逐渐提高，工作越来越忙，住房面积也越来越大，打扫卫生已成为现代家庭一大难题，要付出大量的劳力，智能吸尘控制系统的设计，完全满足我们的需求，不用再为打扫卫生发愁了。该系统代替了传统的清扫方式，节约了时间，丰富了生活。该系统比传统的吸尘器过载能力强，在电风扇、电机等高性能的运动领域获得了广泛的应用。

1 系统的总体框架

本系统是采用可篇程控制器对寻迹信号、避障信号以及垃圾桶检测信号进行采集处理和控制信号输出控制。按设计的要求，本系统是具有定时工作功能，此功能是采用外制的延时时钟电路与可篇程控制器互相配合来实现此功能，为了能清楚的看到定时工作的状态与方便操作，在本系统里加了显示模块，以达到需求。另外，考虑到可篇程控制器的出输信号一般都比较弱，为了能让可篇程控制器输出的信号可以直接控制被控对象。所以在可篇程控制器输出的信号加以驱动之后再去控制被控对象。可以说多功能吸尘器的控制系统是以单片机为核心的。

2 系统主要设计模块选取

2.1 MCU的选择

MCU为整个设计电路的“大脑”，系统的控制、运算、信号处理、诊断等工作都由它承担。本设计采用S52作为微控制器，它性能高、功耗低、工作稳定；是CMOS8位微控制器，它有在系统可编程Flash存储单元和灵巧的8位CPU，就因为其强大的功能，所以在一些性价比较高的场所看到它[1]。

2.2 光电对管寻迹电路的设计

采用一个比较器来和光电对管构成的寻迹电路。电路中的可调电阻R3可以调节比较器的门限电压。当光电对管RPR220不工作时，光电对管RPR220中的接收管截至，+5V电压经过R202分压后输入比较器U201的同向输入端，经过比较器比较，同向输入端的电压大于反向输入端的电压，所以比较器U201的输出端将是一个高电平输出。反之比较器U201的输出端将是一个低电平输出。

2.3 超声波避障电路的设计

2.3.1 超声波发射电路和设计

超声波发射电路是采用一个超声波频率通过电声转换器将该频率成折射式发射在介质空间里。本系统是设计一个40kHZ的超声波发射器。

由NE555时基电路及外围元件构成40kHZ多谐振荡器电路，调节TP_R303阻值，可以改变振荡频率。由NE555第3腳输出端驱动超声波换能器TCT40-10F1，使之发射出超声波信号。

2.3.2 超声波接收电路的设计

超声波接收电路是一个将接收到指定超声波声信号转换成电信的转置，本系统设计的是一个40kHZ的超声波接收器。

经TCT40-10R1选频后，将40kHZ以外的干扰信号衰减，只有谐振于40kHZ的有用信号（发射机信号）送入VT1～VT3组成的高通放大器放大，经C5、VD1检出直流分量，再经比较器U302比较后供给单片机查询使用。

2.4 电机驱动电路的设计

用电机驱动芯片L298N作为电机驱动，驱动电路的设计如图所示：

L298N的IN1、IN2、IN3、IN4四个引脚接到单片机上，通过对单片机的编程就可以实现两个步进电机的正反转和转速。

2.5 垃圾桶检测装置的设计

垃圾桶检测装置主要是由压敏传感器对垃圾桶内的垃圾量达到一定的程度时触发到它而产生的一个物理量变化转可（下转第36页）（上接第40页）控制电量信号的装置，改变可调电阻R104的阻值可以调解垃圾桶检测装置的敏度。

3 软件设计

由于系统设计采用单片机作为核心，要想实时检测来自传感器的信息，并进行实时处理，并根据系统设定好的工作模式进行控制，可以通过软件来实现。为了使我们的系统能够高效的稳定工作，在设计过程中，比较重要的是合理的程序结构设计。所以在软件设计过程中，主要要求该系统功能实现的稳定性、可靠正确性以及适应性，根据设计控制的主要功能，该控制系统在运行时，其对应主流程图如图7。

4 结论

通过考察国际与国内吸尘方面的发展情况，以及技术经验及设计思想，设计了性价比较高的的基于MCU的智能吸尘控制系统，该系统的成本教低，可以作为产品投放市场，同时也可以产生较好的经济效益。

【参考文献】

[1]张毅刚.单片机原理及应用[M].学京：高等教育出版社.

[2]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程[M].学京：电子工业出版社.

[3]王煜东.传感器及应用[M].学京：机械工业出版社.

[责任编辑：田吉捷]