基于STM32F103 的无线遥控吊篮提升装置

□宫丽男

随着城市和工业的发展，高空作业越来越普遍，施工吊篮、塔式起重机等机械装置是工地上常见的高空作业机械。这类机械主要目的是帮助工人更高效地完成工作以及完成一些人们无法做到的工作，因此，高空作业装置的效率成为了建筑商们关心的热点问题。传统的高空作业装置都需要在高处有一名工人操作，地面上还需要一名工人指挥，这样操作具有一定的危险性并且影响效率。为此，研发无线遥控吊篮提升装置具有较大的应用价值。

一、无线遥控吊篮提升装置的原理分析

整个装置分为提升电机、高度检测以及手持遥控器三个部分，系统由STM32F103 作为主控芯片，各部分直接通过无线串口的方式通信。在手持遥控器上设置高度并发送指令，控制电机转动，将吊篮提升到指定位置，并由安装在吊篮底部的超声波测距模块进行高度检测并反馈到手持遥控器上实时显示同时进行修正，三部分形成一个闭环控制系统。系统整体框图如图1 所示。

图1 系统整体结构图

二、无线遥控吊篮提升装置的硬件设计

本设计主要实现的功能为实时控制和定位控制吊篮的高度并显示在遥控器上，采用了多个传感器模块获取相应的参数。下面分别对三部分的硬件设计进行论述。

(一)手持遥控器部分。手持遥控器作为整个装置的上位机系统，采用STM32F103ZET6 作为主控芯片，包含显示模块、控制按键模块、提示与报警模块、无线收发模块、降压模块，采用锂电池供电。

1.显示模块。显示模块由单片机PD0－PD4 引脚控制，采用Nokia5110 液晶显示屏，该显示屏具有体积小、显示空间大、价格低廉、易驱动等特点，可以达到实时刷新显示界面的功能。

2.控制按键模块。控制按键模块包含8 个独立按键，由单片机PA0－PA7 控制，实现上升、下降、锁定、解锁、调速和急停等功能，操作方便，简单明了。

3.提示与报警模块。提示与报警模块由单片机PD7 引脚控制，采用有源蜂鸣器，利用三极管驱动，可发出提示音与报警音，体积较小，易于安装在遥控器内部。

4.无线收发模块。无线收发模块由单片机PA9、PA10 控制，分别连接无线收发模块的发送端与接收端。采用大功率2.4GHz 无线串口通信模块，此类模块是一种高速、高稳定性、工业级的无线收发一体数传模块，工作在2.4GHz～2.5GHz 的ISM频段，带有金属屏蔽罩，抗干扰能力极强。能准确的各部分之间进行数据传输。

(二)高度检测部分。高度检测部分由STC89C52RC 芯片作为主控芯片，采用超声波测距模块进行高度检测，由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业的实用要求，因此得到了广泛的应用。该部分电路在单片机最小系统基础上还包含无线接收模块和超声波测距模块。无线接收模块由单片机P3.0、P3.1 分别连到接收端和发送端;超声波测距模块由P3.2、P3.3 分别连到发送端和接收端。

(三)提升电机部分。该部分仍采用STM32F103 系列芯片作为主控芯片，电机及驱动可根据实际情况选用不同型号，均可由STM32 单片机控制。该部分电路包括无线接收模块由PA9、PA10 分别连到发送端和接收端;电机驱动电路由单片机PB1、PB2 连接到输入1 和输入2，PC7 控制使能端。

三、无线遥控吊篮提升装置功能介绍

(一)吊篮高度实时控制。当装置处于实时控制模式时，控制者可以通过手持遥控器上的“上升”、“下降”两个按钮实时控制吊篮的高度。

(二)吊篮高度定位控制。当装置处于定位控制时，控制者可以在手持遥控器上设置预设高度，按下锁定按钮后，吊篮将自动提升到预设高度值，到达指定高度后，蜂鸣器将发出一声提示音。当吊篮由于某些原因高度被改变后，仍能自动回到预设高度。

(三)手持遥控器实时显示界面。手持遥控器界面如图2所示。

1.显示界面。Height:吊篮的实际高度;Set:预设高度;Speed:吊篮上升/下降速度调节，共设五个等级;LOCK/UNLOCK:吊篮是否处于锁定高度状态;UP/DOWN:吊篮上升/下降。

2.控制按键。上升:控制吊篮上升，按住按键即可控制吊篮上升，松开后吊篮停止上升。下降:控制吊篮下降，按住按键即可控制吊篮下降，松开后吊篮停止下降。+1 :轻触按键，将预设高度值加1，长按按键，预设高度值将持续加1。－1 :轻触按键，将预设高度值减1，长按按键，预设高度值将持续减1。锁定:轻触按键，吊篮将自动锁定在此时显示界面上的预设高度，吊篮高度被改变后，会自动回到当前预设高度。解锁:解除高度锁定，轻触按键后，吊篮解除高度锁定，可以自由调整高度。调速:通过控制单片机PWM 输出来对电机进行调速，速度共设置五个等级。急停:在有突发情况时，按下急停按钮，整个装置停止运行，遥控器显示屏上显示“ERROR”，蜂鸣器发出警报声。

四、软件设计

系统软件设计共分手持遥控器、高度检测、提升电机三部分，各部分软件流程图如图3 所示。

在吊篮高度的自动定位控制模式中，由于电机具有一定惯性，开环控制无法将电机准确停在指定高度，于是通过高度检测部分的反馈高度形成了一个闭环控制系统。当手持遥控器部分检测到吊篮接近预设高度时，会向提升部分发送信号，令电机速度减慢，进行高度微调，以确保吊篮准确达到预设高度。

五、结语

本文设计了一款基于STM32F103 的无线吊篮提升装置，可对高空作业的吊篮进行无线遥控，实时控制吊篮升降以及定位控制吊篮高度。该装置简化了高空作业吊篮的控制，令一些高空作业的工作可以更高效、安全地完成，大大减少了人力成本和时间花费。该装置可以用在施工吊篮、塔式起重机、矿井吊篮等多种环境中。

图2 手持遥控器界面

图3 软件流程图

［1］STM32F103 参考手册

［2］AS01－ML01DP5 参考手册