基于单片机的城市公共长凳智能清洁器的设计

汤鹏飞，李建荣，薛亚平

(扬州工业职业技术学院，江苏 扬州 225127)



基于单片机的城市公共长凳智能清洁器的设计

汤鹏飞，李建荣，薛亚平

(扬州工业职业技术学院，江苏 扬州 225127)

摘要：研究基于单片机的城市公共长凳智能清洁器的设计，采用单片机作为核心控制器，实时时钟芯片实现时间设定和定时功能，控制检测电路进行长凳卫生状态实时检测，控制预警电路实时提示，控制电机正反转拖动清洁工具清洁长凳。以此实现对城市公共长凳定时检测、实时提示、实时清洁的功能，从而达到智能化自动清洁的效果。

关键词：单片机；公共长凳；智能清洁器

近年来，随着城市美化的需要，公共长凳已经成为各大城市的一景，在公交站台、商场、公园等处可以见到。目前，这些公共长凳的清洁工作都是借助于环卫或者保洁员队伍来完成的，造成大量的人员浪费。现实生活中已经有了自动擦地板、自动擦玻璃、自动擦黑板等自动装置，类似的自动装置也可以应用于公共长凳的清洁。本文主要研究的是基于单片机的城市公共长凳智能清洁器的设计。

1工作原理

本智能清洁器硬件系统主要由单片机(MCU)最小系统(电源模块、复位模块、系统时钟模块)、实时时钟模块(RTC)、自动检测模块、预警提示模块、直流电(DC)电机驱动模块、传动装置等功能模块组成[1]。MCU最小系统提供单片机工作所需要具备的最基本系统；实时时钟模块提供系统工作时间，可作为系统定时工作的时间基准；自动检测模块实现长凳实时状态的检测，包括卫生状态、工作条件判断等；预警提示模块是系统在驱动电机进行长凳清洁前，通过声光提示，提醒行人注意安全，不要在系统清洁过程中使用长凳，避免安全事故的发生；DC电机驱动模块与传动装置是系统最后一级的清洁实施装置，系统控制器通过驱动电机带动传动装置清洁长凳，达到自动清洁的目的。系统硬件结构如图1所示。

系统通电启动后，可以进行系统设定，如系统时间设定、工作周期设定，预警提示功能设定以及电机转速设定等[2]。系统正常运行状态下，控制器驱动自动检测模块实时检测长凳卫生状况，若长凳需要清洁，则在声光预警提示后驱动电机带动传动装置自动清洁长凳。

图1　智能清洁器硬件系统结构框图

智能清洁器除了可以自动除尘，还可以扩展人体检测、除水、垃圾回收、手动操作等功能，这样可以让智能清洁器在使用过程中更加人性化。

2硬件设计

根据系统硬件构成与功能需要，本智能清洁器选用台湾宏晶科技有限公司的STC89C52RC单片机作为核心控制器。该单片机内部集成了看门狗定时器(watchdog timer)和内部复位电路，可以根据需要设定看门狗定时器的预分频来控制系统软件出错后的自动复位[3]。此款单片机技术成熟，功能强，价格低。

本系统实时时钟模块部分，选用美国Dallas公司的RTC芯片DS1302作为系统实时时钟源。三线式的串行接口，与MCU对接非常方便，通信协议编程简单；工作温度为-40～+85 ℃，对工作环境的要求不高；工作电压为2.0～5.5 V，工作电压宽，工作稳定性好。当工作电压为2.0 V时，工作电流仅有300 mA，功耗极低。并且具有涓流充电功能，系统正常供电时可以对后备电池充电。此款RTC芯片功能极强，技术成熟，在一般的电子产品中使用比较普遍。

本系统采用直流电机驱动机械结构，直流电机的驱动选用高耐压、大电流复合晶体管阵列芯片ULN2003。

除了上述器件之外，本系统还选用蜂鸣器和发光二极管(LED)红灯、绿灯作为声光预警提示器件。整个系统硬件电路原理如图2所示。

图2　公交站台长凳智能清洁器电路原理图

3软件设计

根据系统的功能需求以及系统硬件电路的设计，本清洁器软件工作流程包括系统初始化、系统参数设定、定时时间判断、长凳状态检测、预警提示、长凳清洁等工作流程[4]。系统软件工作流程如图3所示。

系统初始化流程主要完成系统资源的分配与定义，如变量的定义，单片机与外部传感器连接关系的定义，RTC与单片机连接关系的定义等[5]。具体关键定义程序如下：

sbit MotoA = P1^0;

sbit MotoB = P1^1;

……

sbit TestA = P2^1;

sbit TestB = P2^2;

系统参数设定流程主要通过人机交互界面完成，通过人机交互界面的提示，工作人员进行系统参数的设定，如定时时间、机械手清洁往返次数、当前系统时间校正、声音提示音乐设定等。相关关键程序段如下：

//日期时间读取程序段，通过读取RTC芯片获取当前日期时间信息

nian=Read_DS1302(0x8d);

yue=Read_DS1302(0x89);

……

miao=Read_DS1302(0x81);

xq=Read_DS1302(0x8b);

//日期时间设定程序段，通过将准确日期时间数据写入RTC，实现日期时间校准

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数据存储函数，EEPROM存储的数据在系统掉电后不丢失，保证了系统设定参数的安全可靠

bit i2c_writebyte(unsigned char addr, unsigned char dat)

{

i2c_start();

i2c_sendbyte(SLAVEADDR); //控制字节

……

if (i2c_waitACK())return 1;

i2c_stop();

return 0;

}

//控制程序主函数，通过调用最上层执行函数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结束语

综上所述，基于单片机的城市公共长凳智能清洁器的设计主要是由MCU最小系统、RTC实时时钟模块、自动检测模块、预警提示模块、DC电机驱动模块、传动装置等6个功能模块构成。STC89C52RC单片机在清洁器上电的时候可以实现系统工作的自检功能，通过不断控制显示清洁器的实时工作状态，单片机可以不断地检测产品按键输入的命令，同时进行工作状态与设置状态的对比，并通过DC电机驱动对传动装置的工作状态进行控

制。电路硬件模块化设计功能全面，软件设计部分采用汇编指令进行程序的编写，并采用模块化程序编写的理念，使整体电路软硬件实现功能良好，达到预期的设计效果[6]。

图3　系统设计流程图

参考文献：

[1]林凌.基于MCS-51的自动清洁器的设计与开发[J].机电技术，2011(6):53-55.

[2]谈敏.通用型无线家电开关遥控器设计[J].盐城工学院学报(自然科学版)，2013，3(1):68-70.

[3]冯雅莉，郝宁生.基于单片机的全自动智能鱼缸清理器系统设计[J].韶关学院学报，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]梁华英.基于单片机AT89C52控制的智能电器设计[J].机电信息,2006,35(5):807-810.

[6]李建荣，钱松.基于VFD显示触屏定时器的分析与设计[J].江苏建筑职业技术学院学报，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

基金项目：扬州工业职业技术学院2015年大学生科技创新项目(ykc201502)；江苏省2014年高等职业院校高级访问工程师计划资助项目(2014FG109)；2016年度扬州工业职业技术学院“校级‘青蓝工程’资助项目”

作者简介：汤鹏飞(1996-)，在校生，研究方向为电子信息工程技术。

中图分类号：TP242.3

文献标识码：A

文章编号：1008- 8032(2016)03- 0050- 03