電器與工具
智能吸塵器PCBA方案開發(fā)
在部分城市里，已經(jīng)存在著很多家庭開始使用吸塵器，它已經(jīng)逐漸成為了家庭清潔的重要工具。但為了越來越符合現(xiàn)代人們的追求標準，吸塵器也在各種細節(jié)方面慢慢的升級改進，漸漸地它已經(jīng)超越了吸塵器本身存在的意義。在這個冷漠的社會環(huán)境里，家居的研究要努力的走進消費者的心里，使消費者從家居的存在與陪伴中感到溫暖與安全，當然也包括吸塵器的設(shè)計。它不僅僅是一個能為人們打掃衛(wèi)生的清潔工具，更是為人們排除煩惱和瑣碎麻煩的一位安全管家。
一、吸塵器的發(fā)展歷史
現(xiàn)代人們的生活水平不斷提升，人們對裝修的意識逐漸增強，高品質(zhì)的生活越來越受到人們的喜愛，但想要保持這種高貴持續(xù)的存在，就需要我們時刻的維持生活環(huán)境的干凈整潔，這樣一來，吸塵器就出現(xiàn)在了人們的視野里。
早在19世紀中期，美國出現(xiàn)了世界上第一臺吸塵器，人們將它取名為“旋風”。隨著人們不斷地發(fā)現(xiàn)與改進，在2009年，在我國的科技展示上一個圓形的“機器人”引起了許多參觀者的注意，因為它正在打掃衛(wèi)生。但這么一個讓大家覺得很神奇的“機器人”早已經(jīng)在美國和日本被廣泛的應(yīng)用，它的名字叫做“智能保潔機器人?！边@樣一個可以幫助不愛勞動的人清潔衛(wèi)生的機器人強烈的受到了東南亞和歐洲等國家的喜愛。它取代了掃帚、拖把和傳統(tǒng)吸塵器，在無人管轄的時候，依舊可以安全智能的幫助人們打掃衛(wèi)生。
二、智能吸塵器在我國的發(fā)展現(xiàn)狀
近幾年，吸塵器在我國的購買量不斷地提高，并且漲勢也非常的可觀。吸塵器也不再是一種奢侈的家用電器，它已經(jīng)逐漸的走進人們的消費觀念里。經(jīng)過多年的進步，中國已經(jīng)成為了世界家電的發(fā)展制造中的佼佼者，在世界家電市場占據(jù)了重要的位置，當然這也包括吸塵器。國內(nèi)生產(chǎn)吸塵器的眾多企業(yè)，在不斷地努力和發(fā)展中，已經(jīng)擁有了可以向世界進軍的實力。
在中國的吸塵器市場中，小品牌的吸塵器占據(jù)了眾多地位，而那些主流品牌的吸塵器卻屈指可數(shù)。由此看來，之間的競爭是相當激烈的。國內(nèi)的品牌以數(shù)量取勝，國外的品牌以技術(shù)領(lǐng)先。隨著人們對家居環(huán)境的要求以及其消費觀念的改變，吸塵器將迎來其發(fā)展的黃金時期，但為了更好的滿足人類的需求，它自身的技術(shù)也在不斷地改進。
三、智能吸塵器的設(shè)計理念
說到智能家居，就是在住宅的基礎(chǔ)上，利用大量的高科技技術(shù)對家居生活進行有效的管理和經(jīng)營，使得家居生活更加便利、安全和環(huán)保。智能吸塵器通過自身配置的電動保潔設(shè)備，根據(jù)人們的設(shè)置要求對房間進行清潔，并且記錄能讓人們滿意的設(shè)置，躲避開障礙物，自動的對房間每一個角落進行打掃。
1、材質(zhì)方面：安全管家重點在于安全，如果離開了安全，那這個名稱也就失去了意義，尤其作為家居產(chǎn)品，它將時刻圍繞在我們身邊。這樣一來，在選擇安全管家智能吸塵器的材質(zhì)方面，就一定要注意材質(zhì)安全性方面的選擇。這樣不僅可以保證了顧客的安全，也可以使人們對于智能吸塵器更加的認可和放心。
2、外觀造型方面：作為一個家具用品，想要使人們喜歡它，并將它擺放在家中，那么對于它外觀的設(shè)計就應(yīng)該給予重視。只有讓人們覺得將它們擺放在家中可以增加房間的整體美觀，它才能受到更多的消費者的喜歡。所以，在顏色的設(shè)計與選擇時，要注意整體的搭配和顏色的多樣性。
智能吸塵器是一種耗電的清潔工具，所以在外形設(shè)計的時候要盡可能的考慮它的覆蓋面積，使其消耗最少的電量，打掃最大的空間。比如，在打掃障礙物較多的區(qū)間是，應(yīng)該自動調(diào)整其大小，使得每個角落都清理干凈。在清除障礙物較少的空間式，應(yīng)自動調(diào)整清掃區(qū)域，使得其更快的進行清掃。在外觀方面還應(yīng)該注意設(shè)計的小巧輕便，便于攜帶。另外，外觀方面注意曲線與直線的搭配，讓整體看起來更加的充滿能量，給人活潑的感覺。動與靜的完美結(jié)合，是現(xiàn)在人們特別喜愛和歡迎的設(shè)計。
3、在噪音方面：每個人都不希望自己的家居用品在使用時發(fā)出巨大的聲音，這樣將直接影響人們的正常生活，導(dǎo)致人們對其產(chǎn)生排斥心理。同樣，安全管家智能吸塵器也是如此。打掃是我們在生活中最經(jīng)常做的事情，那么想保持室內(nèi)的整潔，這就需要智能吸塵器頻繁的工作。但如果它工作時發(fā)出噪聲，這將降低人們對它的使用率。既然想減輕它的噪音，不如想些辦法掩蓋它的噪音，比如安裝一些語音播放設(shè)備。比如，在早晨打掃衛(wèi)生的時候，智能吸塵器會自動播放一些音樂，為家庭帶來一天的好心情；在晚上打掃衛(wèi)生的時候，也可以播放新聞趣事，讓家庭了解這一天的資訊。
四、實用型智能吸塵器傳感器技術(shù)
隨著消費水平的提高，人們越來越要求小家電應(yīng)該充分體現(xiàn)“智能、安全、多功能、節(jié)能和環(huán)?！钡膬?yōu)勢，只有這樣，“它”才會備受人們的歡迎和喜愛，作為小家電自身也才會有更為廣闊的發(fā)展前景，而目前商場里的吸塵器無一不是傳統(tǒng)設(shè)計的使用方式，這使得同樣形式的吸塵器的競爭越來越大，而傳統(tǒng)模式的吸塵器已越來越不能滿足消費者追求新穎的要求。因此，人們需要一款價格低、體積小，同時覆蓋率能夠滿足家庭應(yīng)用的性價比較高的實用型智能吸塵器產(chǎn)品。
本文針對智能吸塵器的關(guān)鍵技術(shù)之一——傳感器的選擇及其實現(xiàn)作了初步探討。該智能吸塵器的控制器擬用51系列單片機。
4.1傳感器總體方案
移動機器人上常用的測距傳感器有超聲波傳感器，紅外傳感器、視覺傳感器、激光測距儀等。
紅外傳感器采用發(fā)射固定波長紅外線并接受同一回波的主動方式，探測視角小，方向性強，測量精度高、反應(yīng)速度快。但其缺點是受環(huán)境影響較大，紅外探測頭稍被灰塵污染，其測量精度就會大大下降，而且探測距離比較近，一般不超過1米。
激光測距儀根據(jù)掃描機構(gòu)的不同可分為2D和3D兩種，分別進行二維和三維環(huán)境的測距。3D激光測距儀除了提供障礙物的距離信息，還提供激光的反射度信息，可以利用激光強度圖進行障礙物的檢測。但3D激光測距儀價格昂貴而笨重，且成像速度較慢，限制了它的進一步應(yīng)用。相比而言，2D激光測距儀只在二維平面內(nèi)掃描，結(jié)構(gòu)簡單，掃描速度快且數(shù)據(jù)點密集精確。有些激光測距儀需要安裝路標配合，不適用于智能吸塵器在室內(nèi)使用。立體視覺測距是利用兩個相互位置已知的攝像頭組成的視覺系統(tǒng)，根據(jù)同一景物在兩個攝像頭上成像的視場計算出景物的深度，從而獲得其距離信息，但目前技術(shù)還不成熟，難以同時滿足實時性和魯棒性的要求。傳感器的選擇要考慮多方面的因素。首先，根據(jù)智能吸塵器所要完成的任務(wù)和要求來決定使用哪些，再則，根據(jù)各類傳感器的使用性能和特點來選擇。而且，還要考慮經(jīng)濟性，即成本問題，不能一味地追求尖端技術(shù)的傳感器。
超聲波傳感器相對于其它類型的傳感器有如下優(yōu)點：環(huán)境適應(yīng)能力強，在陰影、灰塵、煙霧等環(huán)境下，應(yīng)用不受限制，對于吸塵器這一點尤為重要。而且超聲波傳感器比視覺傳感器和激光測距儀便宜，不容易損壞?！谖鼔m過程中，通常只需要辨別物體的大致形狀和與機器人的距離并不需要諸如顏色、類別等信息。此外，視覺傳感器如攝象機得到的距離信息．，主要根據(jù)物體所成像的相對灰度等級決定，物體像的灰度信息會隨光線變化而變化，所以在相對黑暗的環(huán)境中，其很難判斷物體的遠近。而超聲波傳感器通過波的發(fā)射接收時間來測量距離信息，對環(huán)境的光線無要求。
考慮到超聲波傳感器方向性差，用多個傳感器并采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)獲得所需的外界信息。
4.2超聲波探測原理
超聲波(UltrasonieWaveS)是指超過人的聽覺范圍以上(16kHz以上)的聲波。超聲傳感器是由壓電陶瓷晶片、錐形輻射喇叭、金屬網(wǎng)格等構(gòu)成。其中，壓電陶瓷晶片是傳感器的核心。錐形輻射喇叭主要是使發(fā)射與接收超聲波的能量集中，并使傳感器有一定的輻射角；金屬網(wǎng)格則起到保護作用，但不影響超聲波的發(fā)射與接收。常用的超聲傳感器，其中心頻率約為40KHz。
超聲波測距原理是通過超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為C，而根據(jù)計時器記錄的測出發(fā)射和接收回波的時間差t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離S，即：S=Ct／2。
4.3超聲波探測的軟件設(shè)計
本智能吸塵器的軟件設(shè)計采用Keil公司Rtx51實時多任務(wù)操作系統(tǒng)作為開發(fā)環(huán)境。Rtx51Tiny主要配置參數(shù)為：1個Tick：10000系統(tǒng)時鐘，這里即lOms；時間片大?。簂0個Ticks，這里即lOOms；
具體實現(xiàn)思路如下：
MEASURE1：前部超聲探頭測距任務(wù)。調(diào)用us_wait進行延時等待(20個Ticks)，同時馬上交出時間片，一次測距過程需較多時間。所以分四個任務(wù)，并安排在不同時間點啟動測距過程，相互錯開，以盡量將占用時間分散。MEASURE2：右側(cè)超聲探頭測距任務(wù)。調(diào)用os_wait進行延時等待(5+15個Ticks)，同時馬上交出時間片。MEASURE3：左側(cè)超聲探頭測距任務(wù)。調(diào)用os_wait進行延時等待(10+10個Ticks)，同時馬上交出時間片。MEASURE4：尾部超聲探頭測距任務(wù)。調(diào)用os_wait進行延時等待(15+5個Ticks)，同時馬上交出時間片。
總結(jié)
綜上，在智能吸塵器中采用超聲波傳感器，具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，性價比較高等特點。
如果你的家里擁有一個安全管家智能吸塵器，它可以在你面臨繁忙的工作時，將你的家里清掃的干凈整潔，為你解決地面的衛(wèi)生問題。它可以在太陽升起的早晨，為你播放優(yōu)美的音樂。她也可以在你疲憊不堪的時候，與你分享這一天的新鮮事。這樣你是否會覺得生活是件很美好的事情呢。智能的家用電器在改變著很多人的生活觀念，智能的家居生活成為了人們生活的新動向。那么安全管家智能吸塵器將為人們打開這扇高科技的大門，讓更多的人們走進智能。
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