湯鵬飛，李建榮，薛亞平

(揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，江蘇 揚州 225127)

?

基于單片機的城市公共長凳智能清潔器的設(shè)計

湯鵬飛，李建榮，薛亞平

(揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，江蘇 揚州 225127)

摘要：研究基于單片機的城市公共長凳智能清潔器的設(shè)計，采用單片機作為核心控制器，實時時鐘芯片實現(xiàn)時間設(shè)定和定時功能，控制檢測電路進行長凳衛(wèi)生狀態(tài)實時檢測，控制預警電路實時提示，控制電機正反轉(zhuǎn)拖動清潔工具清潔長凳。以此實現(xiàn)對城市公共長凳定時檢測、實時提示、實時清潔的功能，從而達到智能化自動清潔的效果。

關(guān)鍵詞：單片機；公共長凳；智能清潔器

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

1工作原理

本智能清潔器硬件系統(tǒng)主要由單片機(MCU)最小系統(tǒng)(電源模塊、復位模塊、系統(tǒng)時鐘模塊)、實時時鐘模塊(RTC)、自動檢測模塊、預警提示模塊、直流電(DC)電機驅(qū)動模塊、傳動裝置等功能模塊組成[1]。MCU最小系統(tǒng)提供單片機工作所需要具備的最基本系統(tǒng)；實時時鐘模塊提供系統(tǒng)工作時間，可作為系統(tǒng)定時工作的時間基準；自動檢測模塊實現(xiàn)長凳實時狀態(tài)的檢測，包括衛(wèi)生狀態(tài)、工作條件判斷等；預警提示模塊是系統(tǒng)在驅(qū)動電機進行長凳清潔前，通過聲光提示，提醒行人注意安全，不要在系統(tǒng)清潔過程中使用長凳，避免安全事故的發(fā)生；DC電機驅(qū)動模塊與傳動裝置是系統(tǒng)最后一級的清潔實施裝置，系統(tǒng)控制器通過驅(qū)動電機帶動傳動裝置清潔長凳，達到自動清潔的目的。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)通電啟動后，可以進行系統(tǒng)設(shè)定，如系統(tǒng)時間設(shè)定、工作周期設(shè)定，預警提示功能設(shè)定以及電機轉(zhuǎn)速設(shè)定等[2]。系統(tǒng)正常運行狀態(tài)下，控制器驅(qū)動自動檢測模塊實時檢測長凳衛(wèi)生狀況，若長凳需要清潔，則在聲光預警提示后驅(qū)動電機帶動傳動裝置自動清潔長凳。

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除塵，還可以擴展人體檢測、除水、垃圾回收、手動操作等功能，這樣可以讓智能清潔器在使用過程中更加人性化。

2硬件設(shè)計

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灣宏晶科技有限公司的STC89C52RC單片機作為核心控制器。該單片機內(nèi)部集成了看門狗定時器(watchdog timer)和內(nèi)部復位電路，可以根據(jù)需要設(shè)定看門狗定時器的預分頻來控制系統(tǒng)軟件出錯后的自動復位[3]。此款單片機技術(shù)成熟，功能強，價格低。

本系統(tǒng)實時時鐘模塊部分，選用美國Dallas公司的RTC芯片DS1302作為系統(tǒng)實時時鐘源。三線式的串行接口，與MCU對接非常方便，通信協(xié)議編程簡單；工作溫度為-40～+85 ℃，對工作環(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。當工作電壓為2.0 V時，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)正常供電時可以對后備電池充電。此款RTC芯片功能極強，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)采用直流電機驅(qū)動機械結(jié)構(gòu)，直流電機的驅(qū)動選用高耐壓、大電流復合晶體管陣列芯片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、綠燈作為聲光預警提示器件。整個系統(tǒng)硬件電路原理如圖2所示。

圖2　公交站臺長凳智能清潔器電路原理圖

3軟件設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)的功能需求以及系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計，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、定時時間判斷、長凳狀態(tài)檢測、預警提示、長凳清潔等工作流程[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，單片機與外部傳感器連接關(guān)系的定義，RTC與單片機連接關(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)定流程主要通過人機交互界面完成，通過人機交互界面的提示，工作人員進行系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定，如定時時間、機械手清潔往返次數(shù)、當前系統(tǒng)時間校正、聲音提示音樂設(shè)定等。相關(guān)關(guān)鍵程序段如下：

//日期時間讀取程序段，通過讀取RTC芯片獲取當前日期時間信息

nian=Read_DS1302(0x8d);

yue=Read_DS1302(0x89);

……

miao=Read_DS1302(0x81);

xq=Read_DS1302(0x8b);

//日期時間設(shè)定程序段，通過將準確日期時間數(shù)據(jù)寫入RTC，實現(xiàn)日期時間校準

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)存儲函數(shù)，EEPROM存儲的數(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

綜上所述，基于單片機的城市公共長凳智能清潔器的設(shè)計主要是由MCU最小系統(tǒng)、RTC實時時鐘模塊、自動檢測模塊、預警提示模塊、DC電機驅(qū)動模塊、傳動裝置等6個功能模塊構(gòu)成。STC89C52RC單片機在清潔器上電的時候可以實現(xiàn)系統(tǒng)工作的自檢功能，通過不斷控制顯示清潔器的實時工作狀態(tài)，單片機可以不斷地檢測產(chǎn)品按鍵輸入的命令，同時進行工作狀態(tài)與設(shè)置狀態(tài)的對比，并通過DC電機驅(qū)動對傳動裝置的工作狀態(tài)進行控

制。電路硬件模塊化設(shè)計功能全面，軟件設(shè)計部分采用匯編指令進行程序的編寫，并采用模塊化程序編寫的理念，使整體電路軟硬件實現(xiàn)功能良好，達到預期的設(shè)計效果[6]。

圖3　系統(tǒng)設(shè)計流程圖

參考文獻：

[1]林凌.基于MCS-51的自動清潔器的設(shè)計與開發(fā)[J].機電技術(shù)，2011(6):53-55.

[2]談敏.通用型無線家電開關(guān)遙控器設(shè)計[J].鹽城工學院學報(自然科學版)，2013，3(1):68-70.

[3]馮雅莉，郝寧生.基于單片機的全自動智能魚缸清理器系統(tǒng)設(shè)計[J].韶關(guān)學院學報，2015(4):22-26.

[4]Kam M,Zhu Q, Gray W S.Optimal data fusion of correlated local decisions in multiple sensor detection system [J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,1992,28(3):916-920.

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

[6]李建榮，錢松.基于VFD顯示觸屏定時器的分析與設(shè)計[J].江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學院學報，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

基金項目：揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院2015年大學生科技創(chuàng)新項目(ykc201502)；江蘇省2014年高等職業(yè)院校高級訪問工程師計劃資助項目(2014FG109)；2016年度揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院“校級‘青藍工程’資助項目”

作者簡介：湯鵬飛(1996-)，在校生，研究方向為電子信息工程技術(shù)。

中圖分類號：TP242.3

文獻標識碼：A

文章編號：1008- 8032(2016)03- 0050- 03