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1、智能家電設(shè)計,智能吸塵器篇,普通清潔工具缺點,灰塵顆粒物易導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)癥狀（氣促、咳嗽、氣喘等），將加重呼吸系統(tǒng)疾病、損害肺部組織。 最易受影響的人士包括慢性肺部及心臟病、感冒或哮喘病患者、老年人及兒童。 約70%左右的哮喘病是對花粉、寵物、塵螨等變應(yīng)原的過敏性反應(yīng)。,空氣中灰塵含量高，將直接導(dǎo)致毛孔粗大、粉刺、色斑等一系列皮膚問題。 漂浮在空氣中的塵埃，附著在皮膚上造成毛孔堵塞，油脂排泄不暢，形成黑頭粉刺等。 塵埃中的有毒化學(xué)元素長時間附著在皮膚上，也會引起程度不同的色斑。,為什么要使用智能吸塵器？,為什么要使用智能吸塵器？,1按結(jié)構(gòu)形式分類：立式、臥式、便攜式等種。2按功能分類：干式、干濕

2、兩用式、地毯式、吸塵打蠟式等種。,一、類型,臥式吸塵器組成：由外殼、吸塵部、電動機、風(fēng)機、自動盤線機、附件等部分，如圖所示,二、吸塵器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,1外殼ABS 或聚丙烯等工程塑料注塑成型。前、后兩部分組合成。2吸塵部 由濾塵袋、集全箱等組成。3電動機電動機的轉(zhuǎn)速達(dá)到 20 000 r/min 以上。采用單相串勵電動機，有轉(zhuǎn)矩大，機械特性軟，便于凋速等優(yōu)點。,4風(fēng)機產(chǎn)生負(fù)壓的重要部件，它與電動機裝配在一起。是一種離心式風(fēng)機，主要由葉輪、蝸殼、導(dǎo)輪和外罩等組成，如圖所示。,5自動盤線機自動盤線機安裝在電動機的后面，將電源線收藏在機殼內(nèi)。結(jié)構(gòu)如右圖所示。,6灰塵指示器 顯示集塵箱內(nèi)積塵量多少的裝置，

3、它的結(jié)構(gòu)如左圖所示。,1輸入功率：指在額定頻率和額定電壓下，逆風(fēng)通暢、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)后測得的電功率。2吸入功率：吸塵器吸嘴處吸入氣流的功率。單位時間內(nèi)進入吸嘴的氣流所具有的能量來表示。如果不考慮各連接處的泄漏，吸入功率就是風(fēng)機的有效功率。 3吸塵器效率：，公式：,P2吸入功率；P1對應(yīng)于P2值的輸人功率。,三、主要性能指標(biāo),4真空度：吸塵器正常穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時，吸嘴處與外管大氣間的壓強差。一般為 8 820 11 760 Pa（習(xí)慣上稱為 900 1 200 mm H2O）。5噪聲：主要來自電動機，規(guī)定不大于 75 dB，國際先進產(chǎn)品則控制在54 dB以下。6啟動性能：在額定頻率，90的額定電壓下，電動機

4、的轉(zhuǎn)子無論處于任何位置，吸塵器都能啟動。7絕緣電阻：500 V 兆歐表測量，帶電部件與非帶電的金屬外殼之間的絕緣電阻不得小于 2 M。如為補充絕緣或加強絕緣，不得小于 5 M 或 7 M。,三、主要性能指標(biāo),8電氣強度：帶電部件與非帶電金屬外殼之間應(yīng)能承受50 Hz正弦交流電壓 l min，而不出現(xiàn)擊穿或閃絡(luò)現(xiàn)象。規(guī)定的耐壓試驗值：基本絕緣為1 250，補充絕緣為 2 500 V，加強絕緣為 3 700 V。9泄漏電流：指吸塵器正常工作時，帶電部分經(jīng)絕緣泄漏到機殼的電流。測試電壓為額定值的 1.06 倍，泄漏電流規(guī)定為：類吸塵器小于 0.75 mA，類吸塵器小于 0.25 mA，類吸塵器小于

5、0.05 mA。,三、主要性能指標(biāo),圖4.5.1控制電路結(jié)構(gòu)示意框圖,1.電源 220V交流電壓經(jīng)變壓器降壓、全波橋式整流，分壓提供+5V和+15V直流電壓,，供給微電腦(+5V)和壓力檢測部件(+15V)使用。 2.過零檢測部件 過零檢測部件用于檢測交流電源的過零點，以便對吸氣電動機進行移相觸發(fā)控制、以改變吸氣電動機轉(zhuǎn)速，達(dá)到改變引力的目的。,模糊控制的吸塵器 模糊控制的吸塵器采用模糊理論進行地面性質(zhì)判別和吸力控制，提高了吸塵工作效率。如圖4.5.1所示。,3.吸氣電動機驅(qū)動電路 該驅(qū)動電路一般由雙向晶閘管和觸發(fā)元件組成，以便對吸氣電動機進行調(diào)壓調(diào)速。 4.轉(zhuǎn)刷電動機驅(qū)動電路 該驅(qū)動電路對電

6、刷電動機進行通斷控制，由雙向晶閘管和觸發(fā)元件組成。 5.壓力檢測部件 壓力檢測部件用于檢測實時吸力的大小，所用壓力傳感器是利用半導(dǎo)體硅片在受壓力產(chǎn)生變形時，導(dǎo)致電阻值變化而反映壓力狀態(tài)的。 6.轉(zhuǎn)刷電動機電流檢測部件 該部件采用電流互感器，經(jīng)放大、整流，提供直流信號。 7.峰值保持器 峰值保持器的作用是：將電流檢測部件提供的信號進行半波峰值保持，并輸入微電腦。,模糊控制的吸塵器模糊推理以地毯長度、地板種類和質(zhì)地、吸塵量為輸入量，以相位為輸出量。用電流值、壓力、壓力變化作為輸入部件推斷出所用的相位，以控制吸塵器合理的吸力，如圖4.5.2所示。,圖4.5.2 模糊控制原理示意框圖,智能吸塵器的開發(fā)

7、及設(shè)計,隨著社會的進步和發(fā)展，人們的學(xué)習(xí)、工作越來越繁忙，于是怎樣更大程度地將人們從煩瑣的日常事物中解脫出來，就成了新一代家電所追求的目標(biāo)。而智能化正是這一目標(biāo)的集中體現(xiàn)。本文介紹的智能吸塵器初步實現(xiàn)了無人情況下的自主工作方式，很大程度地提高了產(chǎn)品的自動化水平。,智能吸塵器利用了超聲波測距的原理，通過向前進方向發(fā)射超聲波脈沖，并接收相應(yīng)的返回聲波脈沖，對障礙物進行判斷；通過以單片機為核心的控制器實現(xiàn)對超聲發(fā)射和接收的選通控制，并在處理返回脈沖信號的基礎(chǔ)上加以判斷，選定相應(yīng)的控制策略；通過驅(qū)動器驅(qū)動兩步進電機，帶動驅(qū)動輪，從而實現(xiàn)避障功能。與此同時，由其自身攜帶的小型吸塵部件，對經(jīng)過的地面進行必

8、要的吸塵清掃。,1、設(shè)計原理,、功能實能 整個吸塵器原理上可以分為五個主要部分（如圖1）：傳感器部分、控制器部分、驅(qū)動部分、吸塵部分和電源部分。各部分的原理及具體功能實現(xiàn)如下圖：,1、傳感部分：相當(dāng)于人的五官，起到對外界的感知作用。 2、控制部分：相當(dāng)于人的大腦，起到連接對肢體的支配。 3、驅(qū)動部分：相當(dāng)于人的肢體，被控制起到協(xié)調(diào)作業(yè)。 4、吸塵部分：在智能吸塵器里面嵌入真空吸塵器部分以實現(xiàn)其吸塵的功能。 5、電源部分：提供機器所需要的動力系統(tǒng)，也是至關(guān)重 要的一部分，往往會被人忽視。（現(xiàn)在智能吸塵器動力部分做的最好的應(yīng)當(dāng)是益節(jié)EJE）,. 傳感器部分,超聲波是一種一定頻率范圍的聲波。它具有在

9、同種媒質(zhì)中以恒定速率傳播的特性，而在不同媒質(zhì)的界面處，會產(chǎn)生反射現(xiàn)象。利用這一特性，就可以根據(jù)測量發(fā)射波與反射波之間的時間間隔，從而達(dá)到測量距離的作用。其具體的計算公式如下： svt2 其中，s為障礙物與吸塵器之間的距離；t為發(fā)射到接收經(jīng)歷的時間；v為聲波在空氣中傳播的速度。由于的值受溫度的影響會波動，因此，在實際的應(yīng)用中可以用以下公式來加以補償，其中T表示空氣的絕對溫度，m/s為速度單位。, 超聲波測距原理,在智能吸塵器中，避障功能的實現(xiàn)正是利用了這一超聲波測距的原理。它的傳感器部分由三對（每對包括一個發(fā)射探頭和一個接收探頭）共六個超聲波傳感頭組成。由單獨的振蕩電路產(chǎn)生頻率固定為40kHz，

10、幅值為5V的超聲波信號。在控制器送來的路選信號（如圖1）的作用下，40kHz的振蕩信號被加在超聲發(fā)射探頭的兩端，從而產(chǎn)生超聲信號向外發(fā)射；該信號遇到障礙物時，產(chǎn)生反射波，當(dāng)這一反射波被接收探頭接收后，根據(jù)前述測距的原理，就可以精確地判斷障礙物的遠(yuǎn)近；同時，根據(jù)信號的幅值大小，也可以初步確定障礙物的大小。, 探測范圍的確定 由于每一個超聲波探頭都有一定的指向性（即發(fā)射或接受的空間范圍），所以在測量時必然存在盲區(qū)（如圖2）。因此，三對傳感器必然以一定的尺寸分布在吸塵器的前端，從而使傳感器測量的范圍包含整個吸塵器所必須經(jīng)過的空間，同時又避免探測死角（既使盲區(qū)落在須測量的范圍之外）。, 防止干擾 由于

11、三對超聲波傳感探頭之間的安裝距離比較近，因而存在相互干擾的問題。為了解決這一問題，在設(shè)計中引進了循環(huán)掃描的方式。既循環(huán)地對每組探頭施加發(fā)射和接收，當(dāng)一組工作時，其余兩組停止。循環(huán)周期由路選信號來控制，只有15ms（即在15ms的時間里完成一次對三組探頭的掃描），因而在實際應(yīng)用中很可靠。, 控制部分,控制部分的核心是MC51單片機，它主要完成三個部分的任務(wù)：1、 向傳感器部分（三路）分別送路選信號：當(dāng)路選信號是高電頻時，該路導(dǎo)通；反之，就截止。這樣，通過路選信號，就可以完成三路信號的順序掃描以及對發(fā)射和接收的計時功能。2、 作為控制器的核心，它要根據(jù)接收的信號（左、中、右三路）的幅值，以及從發(fā)射

12、到接收的時間間隔，計算并判斷障礙物的相對位置，大致大小。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)事先設(shè)定的規(guī)則，選定相應(yīng)的避障措施（前進、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、后退、調(diào)頭）。3、 最后，在確定了避障措施后，要向步進電機的控制器輸出相應(yīng)的控制脈沖，以具體實現(xiàn)避障。, 驅(qū)動部分 驅(qū)動部分是由兩個四相步進電機以及相應(yīng)的驅(qū)動機構(gòu)組成的。步進電機帶動兩驅(qū)動輪（后輪），從而推動吸塵器運動。前輪不再采用傳統(tǒng)的雙輪結(jié)構(gòu)，而采用了應(yīng)用非常廣泛的平面軸承，這既減小了結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，又提高了轉(zhuǎn)彎的靈活性（如圖）。通過改變作用于步進電機的脈沖信號的頻率，可以對步進電機實現(xiàn)較高精度的調(diào)速。同時在對兩電機分別施加相同或不同脈沖信號時，通過差速方式，可以方便的

13、實現(xiàn)吸塵器前進、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、后退、調(diào)頭等功能。這一設(shè)計的最大優(yōu)點是吸塵器能夠在任意半徑下，以任意速度實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，甚至當(dāng)兩后輪相互反向運動時，實現(xiàn)零轉(zhuǎn)彎半徑（即繞軸中點原地施轉(zhuǎn)）。同時轉(zhuǎn)彎的速度可通過改變單片機的程序來調(diào)節(jié)。,由于智能吸塵器是邊行走邊工作的，所以要求速度很低，一般要求5mmin左右，而步進電機為避免低速爬行，其轉(zhuǎn)速又不能太低，為此，在電機軸與輪軸之間采用了一級齒輪傳動，設(shè)計傳動比為。設(shè)電機的轉(zhuǎn)速為（轉(zhuǎn)秒），驅(qū)動輪的半徑為(米)，則驅(qū)動輪的前進速度為：,式中，,，代表左右驅(qū)動輪的線速度；齒輪傳動比。通過調(diào)節(jié)的大小和正反，可以實現(xiàn)的連續(xù)變化，從而實現(xiàn)任意半徑的轉(zhuǎn)彎。電機轉(zhuǎn)向與吸塵器的運

14、動方式的關(guān)系如表。, 吸塵器部分 吸塵功能是由封閉在殼體中的小型吸塵器完成的。包括氣泵、吸室、吸道和吸嘴。在吸塵器爬行的過程中，通過底盤上開的吸嘴將掃過的地面上的灰塵吸入吸室。 電源部分 由于智能吸塵器是以自主方式工作的，因而所用的電源不是一般拖線方式，而是采用隨身攜帶的蓄電池（3A20hour）。這樣不但可實現(xiàn)無人控制，而且工作時較靈活。一次充電可以連續(xù)工作幾個小時。,3、部分電路說明, 超聲信號發(fā)生 40kHz的超聲波信號是由555芯片構(gòu)成的多諧振蕩電路產(chǎn)生的（如圖4）。由R1、R11、R12和C1構(gòu)成外圍的充放電電路；當(dāng)參數(shù)漂移時，通過調(diào)節(jié)R12的阻值，可微調(diào)信號的中心頻率。, 步進電機

15、驅(qū)動 由控制器輸出的驅(qū)動脈沖信號經(jīng)7404反向后，驅(qū)動功率三極管從而帶動步進電機。圖（5）列出了一相的驅(qū)動電路。由于有兩個步進電機，每一電機按四相八拍制工作，因而共有八組驅(qū)動電路。, 控制器 控制器是由MC51單片機構(gòu)成的。與前述控制器所完成的三相主要任務(wù)相對應(yīng)的硬件結(jié)構(gòu)分別介紹如下：路選信號由單片機的P1口輸出，占用了P1.0P1.6共6腳。它們直接控制6個模擬開關(guān)；步進電機的驅(qū)動信號由P2口輸出，P2.0P2.3控制步進電機A，P2.4P2.7控制步進電機B；超聲返回信號經(jīng)放大、濾波、檢波后，引入單片機的中斷口，激勵相應(yīng)的中斷處理程序。, 系統(tǒng)性能及特點 從以上介紹可以看出，新一代的智能吸

16、塵器通過將MC51單片微機與自身相結(jié)合，極大地提高了產(chǎn)品的可塑性，適應(yīng)于高層次的開發(fā)與應(yīng)用。它在完成超聲避障的基礎(chǔ)上，初步實現(xiàn)了無人干預(yù)下的自主工作方式，同時由于特殊的驅(qū)動結(jié)構(gòu)的設(shè)計，實現(xiàn)零半徑的轉(zhuǎn)彎，因而具有智能化、高效性、輕便、靈巧等特點，是較新的發(fā)展方向。,該章節(jié)到處結(jié)束，謝謝大家！,智能清掃：按下啟動，無需人工輔助，便可自動進行吸塵工作 遙控清掃：紅外線遙控感應(yīng)器，隨時遙控，隨時清掃。 超薄機身：可以直接切入家具底部進行清掃。 自主導(dǎo)航：5種行走模式，全覆蓋完成清掃任務(wù)，值得信賴。 邊緣清掃：特設(shè)有側(cè)邊刷，沿壁行走路徑模式，清除室內(nèi)死角區(qū)域。 人機界面：LED友好的人機界面，工作狀態(tài)，輕松掌握。 自動充電：電量不足，提前30分鐘，主動尋找充電器進行充電。 防止掉落：具有防止掉落感應(yīng)功能，桌面、階梯面及高處清潔，心無憂。 機身設(shè)計：防火材質(zhì)ABS，去除安全隱患，烤漆工藝，超凡質(zhì)感品位。 防止阻礙：具有防阻礙功能，無路可走時，可以主動退出。 殺菌添香：清潔同時添加清香、殺菌，原來清掃可以如此清新。 低噪節(jié)能：作業(yè)噪音降至50分貝，充5次只需1度電。 記憶功能：充電完成后，自動可恢復(fù)