湯鵬飛，李建榮，薛亞平

(揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127)

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基于單片機(jī)的城市公共長(zhǎng)凳智能清潔器的設(shè)計(jì)

湯鵬飛，李建榮，薛亞平

(揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127)

摘要：研究基于單片機(jī)的城市公共長(zhǎng)凳智能清潔器的設(shè)計(jì)，采用單片機(jī)作為核心控制器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)時(shí)間設(shè)定和定時(shí)功能，控制檢測(cè)電路進(jìn)行長(zhǎng)凳衛(wèi)生狀態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)，控制預(yù)警電路實(shí)時(shí)提示，控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)拖動(dòng)清潔工具清潔長(zhǎng)凳。以此實(shí)現(xiàn)對(duì)城市公共長(zhǎng)凳定時(shí)檢測(cè)、實(shí)時(shí)提示、實(shí)時(shí)清潔的功能，從而達(dá)到智能化自動(dòng)清潔的效果。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；公共長(zhǎng)凳；智能清潔器

近年來(lái)，隨著城市美化的需要，公共長(zhǎng)凳已經(jīng)成為各大城市的一景，在公交站臺(tái)、商場(chǎng)、公園等處可以見(jiàn)到。目前，這些公共長(zhǎng)凳的清潔工作都是借助于環(huán)衛(wèi)或者保潔員隊(duì)伍來(lái)完成的，造成大量的人員浪費(fèi)。現(xiàn)實(shí)生活中已經(jīng)有了自動(dòng)擦地板、自動(dòng)擦玻璃、自動(dòng)擦黑板等自動(dòng)裝置，類(lèi)似的自動(dòng)裝置也可以應(yīng)用于公共長(zhǎng)凳的清潔。本文主要研究的是基于單片機(jī)的城市公共長(zhǎng)凳智能清潔器的設(shè)計(jì)。

1工作原理

本智能清潔器硬件系統(tǒng)主要由單片機(jī)(MCU)最小系統(tǒng)(電源模塊、復(fù)位模塊、系統(tǒng)時(shí)鐘模塊)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊(RTC)、自動(dòng)檢測(cè)模塊、預(yù)警提示模塊、直流電(DC)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、傳動(dòng)裝置等功能模塊組成[1]。MCU最小系統(tǒng)提供單片機(jī)工作所需要具備的最基本系統(tǒng)；實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊提供系統(tǒng)工作時(shí)間，可作為系統(tǒng)定時(shí)工作的時(shí)間基準(zhǔn)；自動(dòng)檢測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)凳實(shí)時(shí)狀態(tài)的檢測(cè)，包括衛(wèi)生狀態(tài)、工作條件判斷等；預(yù)警提示模塊是系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行長(zhǎng)凳清潔前，通過(guò)聲光提示，提醒行人注意安全，不要在系統(tǒng)清潔過(guò)程中使用長(zhǎng)凳，避免安全事故的發(fā)生；DC電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊與傳動(dòng)裝置是系統(tǒng)最后一級(jí)的清潔實(shí)施裝置，系統(tǒng)控制器通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)裝置清潔長(zhǎng)凳，達(dá)到自動(dòng)清潔的目的。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)通電啟動(dòng)后，可以進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)定，如系統(tǒng)時(shí)間設(shè)定、工作周期設(shè)定，預(yù)警提示功能設(shè)定以及電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定等[2]。系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下，控制器驅(qū)動(dòng)自動(dòng)檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)長(zhǎng)凳衛(wèi)生狀況，若長(zhǎng)凳需要清潔，則在聲光預(yù)警提示后驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)裝置自動(dòng)清潔長(zhǎng)凳。

圖1　智能清潔器硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

智能清潔器除了可以自動(dòng)除塵，還可以擴(kuò)展人體檢測(cè)、除水、垃圾回收、手動(dòng)操作等功能，這樣可以讓智能清潔器在使用過(guò)程中更加人性化。

2硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)硬件構(gòu)成與功能需要，本智能清潔器選用臺(tái)灣宏晶科技有限公司的STC89C52RC單片機(jī)作為核心控制器。該單片機(jī)內(nèi)部集成了看門(mén)狗定時(shí)器(watchdog timer)和內(nèi)部復(fù)位電路，可以根據(jù)需要設(shè)定看門(mén)狗定時(shí)器的預(yù)分頻來(lái)控制系統(tǒng)軟件出錯(cuò)后的自動(dòng)復(fù)位[3]。此款單片機(jī)技術(shù)成熟，功能強(qiáng)，價(jià)格低。

本系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊部分，選用美國(guó)Dallas公司的RTC芯片DS1302作為系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘源。三線式的串行接口，與MCU對(duì)接非常方便，通信協(xié)議編程簡(jiǎn)單；工作溫度為-40～+85 ℃，對(duì)工作環(huán)境的要求不高；工作電壓為2.0～5.5 V，工作電壓寬，工作穩(wěn)定性好。當(dāng)工作電壓為2.0 V時(shí)，工作電流僅有300 mA，功耗極低。并且具有涓流充電功能，系統(tǒng)正常供電時(shí)可以對(duì)后備電池充電。此款RTC芯片功能極強(qiáng)，技術(shù)成熟，在一般的電子產(chǎn)品中使用比較普遍。

本系統(tǒng)采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)，直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)選用高耐壓、大電流復(fù)合晶體管陣列芯片ULN2003。

除了上述器件之外，本系統(tǒng)還選用蜂鳴器和發(fā)光二極管(LED)紅燈、綠燈作為聲光預(yù)警提示器件。整個(gè)系統(tǒng)硬件電路原理如圖2所示。

圖2　公交站臺(tái)長(zhǎng)凳智能清潔器電路原理圖

3軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)的功能需求以及系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)，本清潔器軟件工作流程包括系統(tǒng)初始化、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定、定時(shí)時(shí)間判斷、長(zhǎng)凳狀態(tài)檢測(cè)、預(yù)警提示、長(zhǎng)凳清潔等工作流程[4]。系統(tǒng)軟件工作流程如圖3所示。

系統(tǒng)初始化流程主要完成系統(tǒng)資源的分配與定義，如變量的定義，單片機(jī)與外部傳感器連接關(guān)系的定義，RTC與單片機(jī)連接關(guān)系的定義等[5]。具體關(guān)鍵定義程序如下：

sbit MotoA = P1^0;

sbit MotoB = P1^1;

……

sbit TestA = P2^1;

sbit TestB = P2^2;

系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定流程主要通過(guò)人機(jī)交互界面完成，通過(guò)人機(jī)交互界面的提示，工作人員進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定，如定時(shí)時(shí)間、機(jī)械手清潔往返次數(shù)、當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間校正、聲音提示音樂(lè)設(shè)定等。相關(guān)關(guān)鍵程序段如下：

//日期時(shí)間讀取程序段，通過(guò)讀取RTC芯片獲取當(dāng)前日期時(shí)間信息

nian=Read_DS1302(0x8d);

yue=Read_DS1302(0x89);

……

miao=Read_DS1302(0x81);

xq=Read_DS1302(0x8b);

//日期時(shí)間設(shè)定程序段，通過(guò)將準(zhǔn)確日期時(shí)間數(shù)據(jù)寫(xiě)入RTC，實(shí)現(xiàn)日期時(shí)間校準(zhǔn)

Write_DS1302(0x8E,0x00);

Write_DS1302(0x8c,(((nian/10)<<4)|(nian%10)));

……

Write_DS1302(0x8a,(((xq/10)<<4)|(xq%10)));

Write_DS1302(0x8E,0x80);

//EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)函數(shù)，EEPROM存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)在系統(tǒng)掉電后不丟失，保證了系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)的安全可靠

bit i2c_writebyte(unsigned char addr, unsigned char dat)

{

i2c_start();

i2c_sendbyte(SLAVEADDR); //控制字節(jié)

……

if (i2c_waitACK())return 1;

i2c_stop();

return 0;

}

//控制程序主函數(shù)，通過(guò)調(diào)用最上層執(zhí)行函數(shù)完成主程序控制流程

void main()

{

tsinit();

lcd_init();

initdisp();

di();

delay(1500);

while(1)

{

TimerTest();

if(TimerOut)

SensorTest();

If(TestOK)

{

AlarmON();

RedLightOn();

GreenLightOFF();

TestOK=0;

TimerOut=0;

MotoWork();

AlarmOFf();

RedLightOFF();

GreenLightOn();

}

}

}

}

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，基于單片機(jī)的城市公共長(zhǎng)凳智能清潔器的設(shè)計(jì)主要是由MCU最小系統(tǒng)、RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、自動(dòng)檢測(cè)模塊、預(yù)警提示模塊、DC電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、傳動(dòng)裝置等6個(gè)功能模塊構(gòu)成。STC89C52RC單片機(jī)在清潔器上電的時(shí)候可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工作的自檢功能，通過(guò)不斷控制顯示清潔器的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)，單片機(jī)可以不斷地檢測(cè)產(chǎn)品按鍵輸入的命令，同時(shí)進(jìn)行工作狀態(tài)與設(shè)置狀態(tài)的對(duì)比，并通過(guò)DC電機(jī)驅(qū)動(dòng)對(duì)傳動(dòng)裝置的工作狀態(tài)進(jìn)行控

制。電路硬件模塊化設(shè)計(jì)功能全面，軟件設(shè)計(jì)部分采用匯編指令進(jìn)行程序的編寫(xiě)，并采用模塊化程序編寫(xiě)的理念，使整體電路軟硬件實(shí)現(xiàn)功能良好，達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)效果[6]。

圖3　系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖

參考文獻(xiàn)：

[1]林凌.基于MCS-51的自動(dòng)清潔器的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J].機(jī)電技術(shù)，2011(6):53-55.

[2]談敏.通用型無(wú)線家電開(kāi)關(guān)遙控器設(shè)計(jì)[J].鹽城工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013，3(1):68-70.

[3]馮雅莉，郝寧生.基于單片機(jī)的全自動(dòng)智能魚(yú)缸清理器系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].韶關(guān)學(xué)院學(xué)報(bào)，2015(4):22-26.

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[5]梁華英.基于單片機(jī)AT89C52控制的智能電器設(shè)計(jì)[J].機(jī)電信息,2006,35(5):807-810.

[6]李建榮，錢(qián)松.基于VFD顯示觸屏定時(shí)器的分析與設(shè)計(jì)[J].江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2012(6):9-12.

AStudyontheDesignoftheSmartCleanerforUrbanPublicBenchesBasedonMCU

TANGPengfei，LIJianrong，XUEYaping

(YangzhouPolytechnicInstitute，YangzhouJiangsu225127，P.R.China)

Abstract：This paper studies the design of the smart cleaner for urban public benches based on MCU．The micro-controller is used as the core controller．The functions of time setting and timing are realized by the RTC real-time clock chip．The control detection circuit realizes the real-time detection of the sanitary state of the benches，while the control warning circuit realizes real-time prompts as well as directing the motor to drag the cleaning tools to clean the benches in a forward-reverse way．The smart cleaner has functions such as regular detection，real-time prompts and real-time cleaning of the urban public benches，which ensure the smart and automatic cleaning of the benches．

Key words：micro control unit(MCU)；public bench；smart cleaner；research

收稿日期：2016-04-01

基金項(xiàng)目：揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院2015年大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目(ykc201502)；江蘇省2014年高等職業(yè)院校高級(jí)訪問(wèn)工程師計(jì)劃資助項(xiàng)目(2014FG109)；2016年度揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院“校級(jí)‘青藍(lán)工程’資助項(xiàng)目”

作者簡(jiǎn)介：湯鵬飛(1996-)，在校生，研究方向?yàn)殡娮有畔⒐こ碳夹g(shù)。

中圖分類(lèi)號(hào)：TP242.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008- 8032(2016)03- 0050- 03