PortL4PortL3PortL2PortL1RDINT1INT0+5VFB401VCCMCUEAALECSA1A0WRPSENCSVSSP3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7PSENVSSC7SPCPC6PC5PC4PC3PC2PC1PC0PortL2XTAL2XTAL1POWER_ON/OFFADD_WHEHADD_MINT/OFFNO/OFFEAALEP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0U401AT89C523P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7VCCRSTC401K40110μFD0D1D2D3D4D5D6D7VCCRSETU4028522A1A0PB7PB6PB54PB4PB3PB2PB1PB0A1A0PortRPortR1PortR2PortR3PortR4P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7VCCMCUWRRDPS_IRD_D_3CPIR_D_2IR_D_1Uas_D_2Uas_D_1C40222pFX40112MHZR4021MR40110KRDLED_ALED_BLED_CLED_BLED1LED2LED3WRAMP_INC40322pFCP ON/OFF 图2-1 AT89C52单片与的I/O接口电路 2.2 光电对管寻迹电路的设计 按上面方案比较的要求，我设计了两种光电对管寻迹电路，并且对这两种电路再次进行比较、分析与调试。选出最佳的电路。 2.2.1 光电对管寻迹电路的设计分析 本系统的寻迹电路是由光电对管对外部环境的采集转换，在通过信号处理电路后在送入单片进行处理。 VCC5FB201VCCIRVCCIRR204VCCIR2R201150IR_D3VCCIRR203471kIR_D_1VT2014RPR220R20210k 图2-2 光电对管检测电路A 图2-2所示电路中，R201电阻是起限流电阻的作用，当光电对管RPR200中的发光二极管发射出光线后，如果有光反射回来时，光电对管RPR200中的三极管接收到反射光，导通，R202电阻的上端变为高电平，此时VT201饱和导通，三极管VT201的集电极输出低 电平。如果没有光反射回来时，光电对管RPR200中的三极管接收不到反射，不导通，R202电阻的上端的电压很小，为低电平，此时VT201处于截至状态，其三极管VT201的集电极输出高电平。另外，三极管VT201在该电路中起到滤波整形的作用。 经试验和示波器验证，该电路工作性能一般，不是很完善，输出还有杂散干扰波的成分。如果输出加施密特触发器就可以实现良好的输出波形。但是，此电路的供电电源的压降较大。 VCCIRVCCIRTP_R203R201150IR_DR2025.1kU201LM393/AY1R20474F045.1KRPR220VCC5FB201IR+12VCCIRVCCIRIR_D_110KD12FB202IR+12U202A 图2-3 光电对管检测电路B 图2-3所示电路中，是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，光电对管RPR220工作，光电对管RPR220中的接收管导通，把输入比较的同向输入端的电压拉地掉，此时，比较器的同向输入端的电压小于反向输入端的是电压，所以比较器U201的输出端将是一个低电平输出。 经试验和经示波器的验证，比较器输出波形相当规则，可以直接供单片机查询使用。另外，经试验验证，给此电路供电的电源的压降较小。因此我选择此电路作为我的寻迹电路。 为了让光电对管接收到反射光时送给单片的电平是高电平，而接收不到时接收到时送给单片机的电平为低电平。我在这个寻迹电路送出的控制电平加个反向器就可实现。这样，一可隐定寻迹电路送的的电平，二还可以在寻迹电路出异常时送给单片的信号与光电对管接收不到反射光的输出信号保持一致，以便于篇程。 2.2.2 寻迹光电对管的安装 3
4在寻迹传感器的设计中，我在吸尘器的吸尘口与车体底盘之间的中端装有一个传感
器，用来起到寻迹的作用。靠后一点的车体底盘两边成对称装上两个传感器，作为场地边界的检测，这样可以防止吸尘器冲出场地。
2.3 超声波避障电路的设计
2.3.1 超声波传感器的基本原理
超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。
超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，使用前必须预先了解它的性能。
超声波传感器的主要性能指标：
（1）工作频率。工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端的交流电压
的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。 （2）工作温度。由于压电材料的居里点一般比较高，特别时诊断用超声波探头
使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不产生失效。医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。
（3）灵敏度。主要取决于制造晶片本身。机电耦合系数大，灵敏度高；反之，
灵敏度低。
超声波传感的表准工作频率一般是30KHZ、40KHZ、70KHZ这三种，一般常用的是40KHZ。所以本系统就是采用40KHZ频率的超声波传感器。 2.3.2 超声波发射电路和设计
超声波发射电路是彩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。
D9U3018C301100μC30210μ2VCCDISTHRCVoltNE555GNDTRIGQR31234VCC9FB303R30112KD9TP_R3034.7KR302100Uas_OUTD9TCT40-10F14765C3030.01μ 图2-4 40kHZ超声波发射电路 图2-4是由NE555时基电路及外围元件构成40kHZ多谐振荡器电路，调节电路中的可调电阻器TP_R303阻值，可以改变振荡频率。由NE555第3脚输出端驱动超声波换能器TCT40-10F1，使之发射出超声波信号。电路简单易制。电路工作电压9V，工作电流40~50mA。发射超声波信号大于8mb。 2.3.3 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。 VCCUasC306VCCUasR31110K2000μR30515KR306510C305VCCUasR310510U302LM393/AUas_D_1R312R3082000μ68KVT303VT302R309510DZVCC125.1KTCT40-10R1VT301Uas_INR304510KR307510C3040.01μVCC5C3070.01μVCCUasFB301VCCUasD12FB302VCC12C308100μ 图2-5 40kHZ超声波接收电路 图2-5是个单稳式超声波接收器电路原理图，超声波换能器TCT40-10R1谐振频率为40kHZ，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34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。电路工作电压3V，静态电流小于10mA。检测距离可以通过可调电阻器TP-R311的阻值来决定，长的可达到8m以上，短的可以达到0.30m。
2.3.4 超声波传感的安装
在吸尘器的吸尘体中间前端安置一对作为前方障碍探路。同样的，在吸尘器后方安置一对，以免倒退时撞某东西。而安置在一起的一对超声波传感器，作为射器的安置在作为接收器的下方。因为超声波传感器是以射线形式发射的。
2.4 垃圾桶检测装置的设计
2.4.1 应变式传感器原理
应变式传感器是根据应变原理，通过应变片和弹性元件将机械构件的应变或应变力转换为电阻的微小变化再进行电量测量的装置。
电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的放大器进行放大，再传输给处理电路或执行机构。 2.4.2 垃圾桶检测装置电路的分析
垃圾桶检测装置主要是由一个压敏传感器对垃圾桶内的垃圾量达到一定的升度时触发到它而产生的一个物理量变化转可控制电量信号的装置，具体情况如图2-4-1所示，当电阻应变片压敏传感器触发到外力的作用时，电阻应变片的阻值产生变化，应变电桥RP输出的电压也随之而变，应应变电桥输出的电压微弱，所以还要经过VT101、VT102两个放大管与其它分立元件制成的二极放大器放大后采送给后续的处理器。图2-6中FB101电感和C102电容是起耦合滤波作用，而U302运放集成LM393和R104、R105组成一个比较器。改变可调电阻R104的阻值可以调解垃圾桶检测装置的敏度。