CN101756677A - 全自动保洁机器人控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全自动保洁机器人控制电路，以单片机控制电路为核心，其上连接有障碍物监测电路、跌落检测电路、探空信号调制电路、控空信号处理电路、左轮驱动电路、右轮驱动电路、吸尘驱动电路、边刷驱动电路、按键电路、声音提示电路、显示电路、光亮检测电路、电机测速电路和红外遥控信号接收电路，整个控制电路的工作电压由充电电池组供电，充电电池组上连接有充电控制电路、电池组充电温度检测电路和电池欠压监测电路，充电控制电路、电池组充电温度检测电路、电池欠压监测电路再与单片机控制电路相连。本发明通过检测电池组温度有效防止过充，确保安全，延长电池组使用寿命；同时电机堵转时能停止电机工作，延长电机使用寿命。

Description

全自动保洁机器人控制电路

技术领域

本发明涉及一种吸尘器，尤其涉及一种全自动保洁机器人控制电路。

背景技术

随着社会的进步，人们的工作越来越繁忙，消费水平也越来越高。随着家电自动化程度的普遍改善，消费者对环境除尘的要求也越来越高。市场上出现了各种各样的吸尘器，如中国专利文献200610050062.9公开的一种“全自动型吸尘器的控制电路”，它以单片机控制电路为核心，左右碰撞检测电路将检测到的信号输送给单片机，单片机经过处理，再将控制信号输送给左、右轮驱动电路以及清扫吸尘驱动电路，为整个吸尘器供电的电源电路采用充电电池供电。虽然这种吸尘器工作时，不需要使用者跟踪操纵，吸尘器的智能化、全自动化性能比较高，但是由于没有充电保护电路，易发生过充等充电故障，存在安全隐患。另外，左轮、右轮和清扫等所用电机上也没有设置电机保护电路，当左轮、右轮或清扫风机被障碍物、垃圾等异物堵塞时，容易使这些电机因堵转而发生故障，影响使用寿命。再一个，一般智能吸尘器都通过设于其上的按键进行功能或工作状态的设置，没有遥控设置功能，故在使用的便利性上也存在一定的缺陷。

发明内容

本发明主要解决原有采用充电电池供电的吸尘器没有充电保护电路，易发生过充等充电故障，存在安全隐患的技术问题；提供一种充电时对电池组进行温度监测，有效防止过充等充电故障的发生，确保安全，也延长电池组使用寿命的全自动保洁机器人控制电路。

本发明同时解决原有吸尘器没有电机保护电路，当左轮、右轮或清扫风机被障碍物、垃圾等异物堵塞时，容易使这些电机因堵转而发生故障，影响使用寿命的技术问题；提供一种通过监测电机转速或电机电流，能及时发现吸尘器所用电机是否发生堵转，一旦堵转立即使电机停止工作，确保使用安全，也延长电机使用寿命的全自动保洁机器人控制电路。

本发明还解决原有吸尘器只能通过设于其上的按键进行功能或工作状态的设置，使用还不是特别方便的技术问题；提供一种可通过遥控器设置吸尘器的工作状态，使用更加方便的全自动保洁机器人控制电路，尤其对于行动不便的使用者，特别需要遥控设置功能。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明以单片机控制电路为核心，其上连接有障碍物监测电路、跌落检测电路、探空信号调制电路、探空信号处理电路、左轮驱动电路、右轮驱动电路、吸尘驱动电路、按键电路、声音提示电路和显示电路，整个全自动保洁机器人控制电路的工作电压由充电电池组供电，所述的充电电池组上连接有与单片机控制电路相连的充电控制电路，所述的单片机控制电路上还连有电池组充电温度检测电路，所述的电池组充电温度检测电路检测所述的充电电池组的充电时的温度，将检测到的超过温度设定值的高温信号输送给单片机控制电路，单片机控制电路经过内部程序处理，发出控制信号给充电控制电路停止充电。有效防止过充等充电故障的发生，确保安全，也延长电池组使用寿命。

作为优选，所述的单片机控制电路上连接有光亮检测电路和与充电电池组相连的电池欠压监测电路，所述的电池欠压监测电路监测充电电池组的电压，将检测到的欠压信号输送给单片机控制电路，所述的光亮检测电路检测全自动保洁机器人周围的光线信号并输送给单片机控制电路，单片机控制电路经过内部程序处理，发出需要充电的信号送显示电路显示，同时根据光亮检测电路送达的光线信号相应地发出控制信号给左轮驱动电路和右轮驱动电路，使全自动保洁机器人最终停止在光线较强、易被人发现的地方，等待充电。便于提醒使用者吸尘器已需要充电，也便于使用者很容易发现吸尘器，使用更加方便。

作为优选，还包括与所述的单片机控制电路相连的边刷驱动电路，当障碍物监测电路监测到全自动保洁机器人的左、右、前或后有障碍物时，将监测到的信号发送给所述的单片机控制电路，单片机控制电路经过内部程序处理，发出控制信号给所述的边刷控制电路，驱动边刷旋转，把墙根、桌脚或柜底边的垃圾清扫出来，达到彻底除尘的目的。

作为优选，所述的单片机控制电路上还连接有电机测速电路，所述的电机测速电路为由霍尔元件或光栅构成的转速采集电路和/或由电阻构成的电流采集电路；所述的霍尔元件有四个，分别与左轮电机、右轮电机、吸尘风机和边刷电机相连，四个霍尔元件的转速输出信号接所述的单片机控制电路，单片机控制电路经过内部程序处理，判断出左轮、右轮、吸尘风机或边刷被异物堵转后，会发出控制信号迅速地切断左、右轮驱动电路、吸尘驱动电路或边刷驱动电路，同时单片机控制电路根据霍尔元件反馈的转速信号，判断出左、右轮实际行走的位移与单片机控制电路发出的控制指令之间的偏差，再进行实时的位移指令的修改，送给相应的左轮驱动电路和右轮驱动电路，使保洁机器人准确地到达指定的位置上；所述的电流采集电路包括采集左、右轮电机电流的电阻及采集吸尘电机和边刷电机电流的电阻，上述电阻采集到的电流信号均输送给单片机控制电路，单片机控制电路判断出左轮、右轮、吸尘风机或边刷被异物堵转后，会发出控制信号迅速地切断左、右轮驱动电路、吸尘驱动电路或边刷驱动电路。对电机起到很好的堵转保护作用，确保使用安全，也延长电机使用寿命。

作为优选，所述的单片机控制电路上还连接有红外遥控信号接收电路，所述的全自动保洁机器人配有遥控器，所述的红外遥控信号接收电路与所述的遥控器配合使用。通过遥控器可远距离对吸尘器进行工作状态设置，其发送的信号由红外遥控信号接收电路接收，再送单片机控制电路，由单片机内部预先编写的程序进行软件解码，可完成启动、停机、前进、后退、左转、右转、定时切换、拖布切换、重点清洁、集中清扫、探空切换以及自检功能操作。遥控操作功能，对行动不方便的使用者来说尤其重要。

作为优选，所述的电池组充电温度检测电路包括充电状态检测电路和温度检测电路，所述的充电状态检测电路包括电阻R201、R202、R203、R204、二极管D201、D202及电压比较器U201B，电阻R201和R202的串联连接于电池组正极和地之间，电阻R201和R202的并接点经电阻R203与电压比较器U201B的同相输入端相连，电压比较器U201B的同相输入端经电容C201接地，电压比较器U201B的同相输入端还经电阻R204、二极管D201与电压比较器U201B的输出端相连，电压比较器U201B的输出端经二极管D202、电阻R205与三极管Q201的基极相连，三极管Q201的发射极接地，其基极和发射极之间连有电阻R206；所述的温度检测电路包括热敏电阻、电阻R207、R208、R209、R2010、R2011、R2012、二极管D203、D204及电压比较器U201A、插座CON3，电阻R207和R208串联于电压12V和地之间，电阻R2010连于电压12V和插座CON3的1脚之间，电阻R207和R208的并接点经电阻R2011与电压比较器U201A的同相输入端相连，U201A的同相输入端经电阻R209、二极管D203与U201A的输出端相连，U201A的反相输入端经电阻R2012接插座CON3的1脚，CON3的2脚接地，CON3上并联有电阻R121，U201A的输出端经二极管D204、电阻R205接三极管Q201的基极，U201A的同相输入端与U201B的反相输入端相连，热敏电阻通过插座CON3连到该温度检测电路上，三极管Q201的集电极引出引线Q10_B连到所述的单片机控制电路上。

本发明的有益效果是：增设的电池组充电温度检测电路，充电时对电池组进行温度监测，并将检测到的超过温度设定值的高温信号输送给单片机控制电路，单片机控制电路再发出控制信号给充电控制电路停止充电，有效防止过充等充电故障的发生，确保安全，延长电池组使用寿命。增设的电机测速电路，采集电机转速或电流并将信号送给单片机控制电路，单片机控制电路判断出左轮、右轮、吸尘风机或边刷被异物堵转后，会发出控制信号迅速地切断左、右轮电机、吸尘电机或边刷电机的控制电路，使电机停止工作，确保使用安全，也延长电机使用寿命。通过设置红外遥控信号接收电路和遥控器，使用者通过遥控器就能远距离对吸尘器进行工作状态设置，实出遥控操作，使用更加方便。

附图说明

图1是本发明的一种电路原理框图。

图2是本发明中光亮检测电路的一种电路原理图。

图3是本发明中转速采集电路的一种电路原理图。

图4是本发明中左轮驱动电路、右轮驱动电路的一种电路原理图。

图5是本发明中吸尘驱动电路、边刷驱动电路的一种电路原理图。

图6是本发明中电池组充电温度检测电路的一种电路原理图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：本实施例的全自动保洁机器人控制电路，如图1所示，以单片机控制电路1为核心，其上连接有障碍物监测电路2、跌落检测电路3、探空信号调制电路4、控空信号处理电路5、左轮驱动电路6、右轮驱动电路7、吸尘驱动电路8、边刷驱动电路17、按键电路9、声音提示电路10、显示电路11、光亮检测电路15、电机测速电路18和红外遥控信号接收电路19，探空信号调制电路4和探空信号处理电路5相连，整个全自动保洁机器人控制电路的工作电压由充电电池组12供电，充电电池组12上连接有充电控制电路13、电池组充电温度检测电路14和电池欠压监测电路16，充电控制电路13、电池组充电温度检测电路14、电池欠压监测电路16再与单片机控制电路1相连。

本实施例中单片机控制电路1采用NXP公司51系列单片机及其外围电路，如图2所示，光亮检测电路15包括光敏电阻、电阻R10、R11、R142和三极管Q4，电阻R10一端接3.3V电压，另一端接三极管Q4的集电极，电阻R11连接于三极管Q4的基极和发射极之间，三极管Q4的基极与插座CON13的1脚相连，插座CON13的2脚接电压+5V，光敏电阻通过插座CON13连接于该光亮检测电路上，便于维修和更换。三极管Q4的集电极还与电阻R142的一端相连，电阻R142的另一端引出有一根引线Lux连到单片机引脚上。

本实施例中电机测速电路18包括由霍尔元件构成的转速采集电路和由电阻构成的电流采集电路。如图3所示，构成转速采集电路的四个霍尔元件CON4、CON5、CON6和CON7分别与右轮电机、左轮电机、边刷电机、吸尘风机相连，它们的测速输出信号SP-R、SP-L、SP-B和SP-F连到单片机引脚上。如图4所示，电阻R40、R41、R119、R42构成左、右轮电机的电流采集电路，电阻R40、R41和R119、R42依次相连，电阻R40的另一端接在，电阻R119的两端与地之间各连有电容C12、C35，电阻R42的另一端与地之间连有电容C13和二极管D26的并联电路，电阻R40和电阻R41的并接点与左、右轮驱动电路中的四个三极管Q18、Q20、Q24、Q22的发射极相连，电阻R42和电容C13的并接点引出引线cur_L连到单片机引脚上。如图5所示，电阻R17、R18、R36、R19构成吸尘电机和边刷电机的电流采集电路，电阻R17、R18、R36和R19依次相连，电阻R17的另一端接地，电阻R18和R36的并接点经电容C15接地，电阻R36和R19的并接点经电容C33接地，电阻R19的另一端与地之间连有电容C16和二极管D24的并联电路，电阻R17和电阻R18的并接点与吸尘驱动电路和边刷驱动电路中的两个三极管Q5、Q7的发射极相连，电阻R19和电容C16的并接点引出引线CUR_F连到单片机引脚上。

如图6所示，电池组充电温度检测电路14包括充电状态检测电路和温度检测电路。充电状态检测电路包括电阻R201、R202、R203、R204、二极管D201、D202及电压比较器U201B，电阻R201和R202的串联连接于电池组正极和地之间，电阻R201和R202的并接点经电阻R203与电压比较器U201B的同相输入端相连，电压比较器U201B的同相输入端经电容C201接地，电压比较器U201B的同相输入端还经电阻R204、二极管D201与电压比较器U201B的输出端相连，电压比较器U201B的输出端经二极管D202、电阻R205与三极管Q201的基极相连，三极管Q201的发射极接地，其基极和发射极之间连有电阻R206；温度检测电路包括热敏电阻、电阻R207、R208、R209、R2010、R2011、R2012、二极管D203、D204及电压比较器U201A、插座CON3，电阻R207和R208串联于电压12V和地之间，电阻R2010连于电压12V和插座CON3的1脚之间，电阻R207和R208的并接点经电阻R2011与电压比较器U201A的同相输入端相连，U201A的同相输入端经电阻R209、二极管D203与U201A的输出端相连，U201A的反相输入端经电阻R2012接插座CON3的1脚，CON3的2脚接地，CON3上并联有电阻R121，U201A的输出端经二极管D204、电阻R205接三极管Q201的基极，U201A的同相输入端与U201B的反相输入端相连，热敏电阻通过插座CON3连到该温度检测电路上，三极管Q201的集电极引出引线Q10_B连到单片机引脚上。

工作过程：左轮驱动电路和右轮驱动电路是典型的“H型”驱动电路，它们在逻辑控制电路以及单片机共同控制下，完成机器的行走功能。吸尘驱动电路驱动风叶快速旋转，使吸尘机构形成负压，让外界的垃圾被吸入尘箱而达到除尘的目的。边刷驱动电路驱动边刷旋转，可以把墙根等死角的垃圾清扫出来，以达到彻底除尘的目的。障碍物监测电路、跌落检测电路、探空信号处理电路共同构成了机器人的眼睛，把检测到的信号输送给单片机，单片机经过程序处理，然后输出信号给左、右轮驱动电路让机器人后退从而能够避开障碍物以及避免掉下台阶。单片机发送启动信号给探空信号调制电路进行红外线探测，探空信号处理电路再将处理后的信号送给单片机，完成探空状况判断。跌落检测电路检测到吸尘器的轮子跌落时，发送信号给单片机，单片机作出判断输出停机信号，吸尘器停止工作。本实施例的全自动保洁机器人控制电路既可通过按键电路设置工作状态，也可通过遥控器设置工作状态。遥控器发射的信号由红外遥控信号接收电路接收，再送单片机，由单片机内部预先编写的程序进行软件解码，可完成启动、停机、前进、后退、左转、右转、定时切换、拖布切换、重点清洁、集中清扫、探空切换以及自检功能操作。

整个全自动保洁机器人控制电路的工作电压由充电电池组供电。电池欠压监测电路监测充电电池组的电压，将检测到的欠压信号输送给单片机。光亮检测电路中的光敏电阻检测全自动保洁机器人周围的光线信号并输送给单片机。单片机经过内部程序处理，发出需要充电的信号送由液晶屏或LED构成的显示电路显示，同时根据送达的光线信号相应地发出控制信号给左轮驱动电路和右轮驱动电路，使全自动保洁机器人最终停止在光线较强、易被人发现的地方，等待充电。充电时，电池组充电温度检测电路中的充电状态检测电路判断电池是否处于充电状态，温度检测电路通过热敏电阻检测充电电池组的温度，当这两个信号都有效时，将检测到的超过温度设定值的高温信号输送给单片机，单片机经过内部程序处理，发出控制信号给充电控制电路停止充电，有效防止过充等充电故障的发生，确保安全，也延长电池组使用寿命。

四个霍尔元件检测左轮、右轮、吸尘和边刷电机的转速，测得的转速信号送给单片机，单片机经过内部程序处理，判断出左、右轮实际行走的位移与单片机发出的控制指令之间的偏差，再进行实时的位移指令的修改，送给相应的左轮驱动电路和右轮驱动电路，使保洁机器人准确地到达指定的位置上。同时，单片机也能判断出左轮、右轮、吸尘风机或边刷是否被异物堵转，一旦发现堵转，会立即发出控制信号迅速地切断相应的驱动电路，使相应的电机停止工作，起到很好的堵转保护作用。另一方面，通过电阻R40、R41和R119、R42采集左、右轮电机电流，通过电阻R17、R18、R36和R19采集吸尘和边刷电机电流，上述电阻采集到的电流信号均输送给单片机，再由单片机判断出左轮、右轮、吸尘风机或边刷是否被异物堵转，一旦发现堵转，会立即发出控制信号迅速地切断相应的驱动电路，使相应的电机停止工作，起到很好的堵转保护作用。

Claims (6)

1.一种全自动保洁机器人控制电路，以单片机控制电路(1)为核心，其上连接有障碍物监测电路(2)、跌落检测电路(3)、探空信号调制电路(4)、探空信号处理电路(5)、左轮驱动电路(6)、右轮驱动电路(7)、吸尘驱动电路(8)、按键电路(9)、声音提示电路(10)和显示电路(11)，整个全自动保洁机器人控制电路的工作电压由充电电池组(12)供电，其特征在于所述的充电电池组(12)上连接有与单片机控制电路(1)相连的充电控制电路(13)，所述的单片机控制电路(1)上还连有电池组充电温度检测电路(14)，所述的电池组充电温度检测电路(14)检测所述的充电电池组(12)的充电时的温度，将检测到的超过温度设定值的高温信号输送给单片机控制电路(1)，单片机控制电路(1)经过内部程序处理，发出控制信号给充电控制电路(13)停止充电。

2.根据权利要求1所述的全自动保洁机器人控制电路，其特征在于所述的单片机控制电路(1)上连接有光亮检测电路(15)和与充电电池组(12)相连的电池欠压监测电路(16)，所述的电池欠压监测电路(16)监测充电电池组(12)的电压，将检测到的欠压信号输送给单片机控制电路(1)，所述的光亮检测电路(15)检测全自动保洁机器人周围的光线信号并输送给单片机控制电路(1)，单片机控制电路(1)经过内部程序处理，发出需要充电的信号送显示电路(11)显示，同时根据光亮检测电路(15)送达的光线信号相应地发出控制信号给左轮驱动电路(6)和右轮驱动电路(7)，使全自动保洁机器人最终停止在光线较强、易被人发现的地方，等待充电。

3.根据权利要求1所述的全自动保洁机器人控制电路，其特征在于还包括与所述的单片机控制电路(1)相连的边刷驱动电路(17)，当障碍物监测电路(2)监测到全自动保洁机器人的左、右、前或后有障碍物时，将监测到的信号发送给所述的单片机控制电路(1)，单片机控制电路(1)经过内部程序处理，发出控制信号给所述的边刷控制电路(17)，驱动边刷旋转，把墙根、桌脚或柜底边的垃圾清扫出来。

4.根据权利要求1或2或3所述的全自动保洁机器人控制电路，其特征在于所述的单片机控制电路(1)上还连接有电机测速电路(18)，所述的电机测速电路(18)为由霍尔元件或光栅构成的转速采集电路和/或由电阻构成的电流采集电路；所述的霍尔元件有四个，分别与左轮电机、右轮电机、吸尘风机和边刷电机相连，四个霍尔元件的转速输出信号接所述的单片机控制电路(1)，单片机控制电路(1)经过内部程序处理，判断出左轮、右轮、吸尘风机或边刷被异物堵转后，会发出控制信号迅速地切断左、右轮驱动电路(6、7)、吸尘驱动电路(8)或边刷驱动电路(17)，同时单片机控制电路(1)根据霍尔元件反馈的转速信号，判断出左、右轮实际行走的位移与单片机控制电路(1)发出的控制指令之间的偏差，再进行实时的位移指令的修改，送给相应的左轮驱动电路(6)和右轮驱动电路(7)，使保洁机器人准确地到达指定的位置上；所述的电流采集电路包括采集左、右轮电机电流的电阻及采集吸尘电机和边刷电机电流的电阻，上述电阻采集到的电流信号均输送给单片机控制电路(1)，单片机控制电路(1)判断出左轮、右轮、吸尘风机或边刷被异物堵转后，会发出控制信号迅速地切断左、右轮驱动电路(6、7)、吸尘驱动电路(8)或边刷驱动电路(17)。

5.根据权利要求1或2或3所述的全自动保洁机器人控制电路，其特征在于所述的单片机控制电路(1)上还连接有红外遥控信号接收电路(19)，所述的全自动保洁机器人配有遥控器，所述的红外遥控信号接收电路(19)与所述的遥控器配合使用。

6.根据权利要求1所述的全自动保洁机器人控制电路，其特征在于所述的电池组充电温度检测电路(14)包括充电状态检测电路和温度检测电路，所述的充电状态检测电路包括电阻R201、R202、R203、R204、二极管D201、D202及电压比较器U201B，电阻R201和R202的串联连接于电池组正极和地之间，电阻R201和R202的并接点经电阻R203与电压比较器U201B的同相输入端相连，电压比较器U201B的同相输入端经电容C201接地，电压比较器U201B的同相输入端还经电阻R204、二极管D201与电压比较器U201B的输出端相连，电压比较器U201B的输出端经二极管D202、电阻R205与三极管Q201的基极相连，三极管Q201的发射极接地，其基极和发射极之间连有电阻R206；所述的温度检测电路包括热敏电阻、电阻R207、R208、R209、R2010、R2011、R2012、二极管D203、D204及电压比较器U201A、插座CON3，电阻R207和R208串联于电压12V和地之间，电阻R2010连于电压12V和插座CON3的1脚之间，电阻R207和R208的并接点经电阻R2011与电压比较器U201A的同相输入端相连，U201A的同相输入端经电阻R209、二极管D203与U201A的输出端相连，U201A的反相输入端经电阻R2012接插座CON3的1脚，CON3的2脚接地，CON3上并联有电阻R121，U201A的输出端经二极管D204、电阻R205接三极管Q201的基极，U201A的同相输入端与U201B的反相输入端相连，热敏电阻通过插座CON3连到该温度检测电路上，三极管Q201的集电极引出引线Q10_B连到所述的单片机控制电路(1)上。

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