基于单片机STC89C52RC的家用雨棚清洁系统

陈志权　杨颖珊　张鉴勇　张潞英　朱传云

【摘 要】很多家庭庭院或者错层阳台都会用到雨棚，享受雨棚的便利的同时，雨棚的清洁也变成一个问题。由于雨棚处在室外环境中，适合室内清洁用的扫地机器人不适用于雨棚。本文针对家用的平面玻璃雨棚给出清洁系统的设计方案，系统以单片机STC89C52RC为核心控制清洁小车完成清洁功能，并配合高压水流冲洗。经过测试，本系统基本可以实现预期的功能并达到预期的清洁效果。

【关键词】雨棚清洁系统；单片机；家用

Glass Canopy Cleaning System Based on STC89C52RC

CHEN Zhi-quan YANG Ying-shan ZHANG Jian-yong ZHANG Lu-ying ZHU Chuan-yun

（ School of Physics&Optoelectric Engineer，Foshan Univesity，Foshan Guangdong 528000，China）

【Abstract】Glass canopy are often used in a yard or a split-level balcony.It is a common problems to clean the canopy.Though there are many kinds of cleaning robot that can be used for indoor environment.They would be bot fit for cleaning canopy because of the different outdoor environment.In this paper，a glass canopy cleaning system based on STC89C52RC was developed.The testing results showed that the system was useful and effective.

【Key words】Glass canopy cleaning system；SCM；Household

0 引言

雨棚在我们的日常生活中非常常见，比如过街天桥上，楼门口的上方或者庭院中等。很多住宅小区在设计时会在低层或者顶层留出私家花园的位置，这些位置通常都会用到雨棚。还有一些楼房采用错层设计，虽然阳台空间变得开阔，但是由于错层，使得阳台遮风挡雨的效果减弱，很多住户会选择在阳台上搭建玻璃雨棚。不管是庭院的雨棚还是错层阳台的雨棚，都起到了遮风挡雨的作用，同时避免高空坠物带来的伤害，从而营造一个比较舒适的家庭环境。

但是家用雨棚的清洁是一个让人困扰的问题。由于雨棚处在室外，一方面会积攒灰尘，另一方面还可能会有树叶，外墙掉落的石子或者楼上无意掉落的牛奶盒、衣架、毛巾等等各种杂物，因此以真空吸尘为核心用于室内的扫地机器人不适合用来清洁雨棚，而人工清洁存在高空坠落的危险性。所以设计一个家用雨棚清洁系统是非常有必要的。

雨棚有很多种，家庭用的雨棚考虑到采光和美观的问题，很多时候会采用平面的玻璃雨棚。本研究的目的就是针对平面的玻璃结构的家用雨棚设计一个简单有效的清洁系统，能够实现清扫，清洁剂喷洒，水洗等功能。

1 系统构成

第一部分是带有高压喷头的水管。水洗功能通过采用高压水流清洗来实现。高压水流的应用跟高压水流清洗机的原理一样，通过动力装置使得高压柱塞产生高压水流来冲洗物体表面[1]。高压水流的控制通过人工控制，当用户要对雨棚进行清洁时，打开控制相应的开关，高压扇形喷头开始喷出高压水流。

第二部分是清洁小车。以遥控履带小车[2]作为清洁功能实现的载体，小车上载有用来装清洁剂的水箱和喷洒清洁剂装置以及用来清扫的刷子。小车的控制和驱动分别通过STC89C52RC单片机[3-5]和L298N驱动动电路来实现。清洁装置部分包括清洁刷和清洁剂喷洒装置。清洁刷由一个电机带动；清洁剂自动喷洒装置由一个喷水电机、一个装清洁剂的水箱构成，这两个电机同样由L298N模块来驱动。

2 清洁系统硬件电路设计

系统的硬件电路主要包括四个模块，清洁小车驱动模块，清洁刷驱动模块和清洁剂喷洒控制模块以及遥控模块。

2.1 小车运动驱动电路

遥控小车的运动是通过两个直流电机的正转反转来控制，本系统采用的是12V直流电機，通过L298N驱动模块来驱动。L298N驱动模块的供电电源为5V标准电压，驱动电路有4个输入端和4个输出端。一台电机有2个输出端去控制，一个驱动模块可以供两台电机去使用。单片机的P1.0-P1.3，4个端口为输出控制信号口，通过驱动电路连接到电机上，驱动模块通过对控制信号高低电平的判断做出相应的反应来控制电机的正转、反转或者停止。

2.2 清扫刷和清洁剂喷洒装置驱动电路

清洁装置是由12V直流电机和清洁刷组成，电机为清洁刷提供动力去洗刷雨棚；清洁剂喷洒装置由一个喷水电机和一个小水箱组成。同样使用一个L298N驱动模块来驱动这两个电机运动。清洁刷电机转动时，带动清洁刷转动，完成刷洗雨棚的功能；清洁刷电机停止时，清洁刷完成清扫功能，可以将雨棚上的杂物归集。喷水电机的工作状态只有两种，正转和停转，正转时喷洒清洁剂，停转时待命。电机的转速是由电压高低控制的，本系统采用PWM技术来控制电压的高低来实现电机的转速。

2.3 电源模块

本系统采用一个12V的锂电池，所有的直流电机都采用12V，单片机和电机驱动模块都是5V。单片机的工作电压为5V，而遥控小车上的两路电机的工作电压为12V，需要用到降压模块把12V的电压降为5V输出到单片机，供单片机和驱动模块去使用。而12V的电机则不需要降压，直接连接到到12V的锂电池就可以正常工作。

2.4 无线通信模块

本系统的无线通信通过蓝牙实现，分为两个部分，遥控部分和智能控制部分，如图2所示。遥控部分是一台支持蓝牙功能的Android智能手机和安装在小车的蓝牙模块。Android系统的蓝牙开发主要的类别有三种，BluetoothDevice，Bluetoothsocket，BluetoothA-dapter，调用这几类可以实现蓝牙设备的基本操作[7]。智能控制部分系统由三部分组成：蓝牙通讯模块、STC89C52RC单片机、電源部分的电路。

在Android应用程序中每个功能键分别用一个固定的指令，在下位机控制程序里面把对应的指令写到相应的功能程序了。在Android应用程序上位机中按下一个功能键，就会经过手机内置蓝牙模块和智能控制中的蓝牙模块把该指令发送到单片机中，单片机把该指令识别、判定出来，然后发出控制信号调用下位机控制程序对应该指令的那部分程序，运行这部分的功能。通过蓝牙控制系统中小车载体的运动，清扫刷的清洗的快慢，清洁剂喷洒开启或关闭。

3 系统的软件设计

本系统的软件主要分为两个部分，一部分为手机遥控软件，也就是Android应用程序上位机这一部分；另一部分为单片机程序设计部分，也就是下位机控制程序这部分。

3.1 手机遥控软件设计

本系统是利用Android系统手机来操控的。蓝牙技术以及发张比较成熟，我们可以直接下载一个蓝牙串口通讯助手软件，这个软件已经具备了较为完整的功能，基本框架的程序已经写好，只需要把这个软件的界面上的功能键改成自己需要的功能键。

图3为蓝牙串口通信界面，在此界面上有12个功能键，我们把其中多个功能键改为本系统需要用到的功能键指令，每个功能键写入了相关的控制指令如，如图3所示所示。功能键与指令字符对应关系如表1所示。

按下相关的功能键，Android应用程序就会经过蓝牙模块发送相关的指令字符给单片机，然后做出相应的运动[9]。其数据发送的流程图如图4所示。

3.2 单片机程序设计

本系统是采用STC89C52RC单片机作为控制器的，采用C语言来编写程序。整个程序由初始化程序、小车电机程序、清扫电机程序、喷水电机程序考核串口通信程序组成。

小车、清扫、喷水电机程序，本程序把单片机P1.0-P1.7八个端口定义为控制4个电机的控制端口。

单片机是要接收到上位机的控制指令才能发出相应的控制信号去控制相关的硬件，图5是单片机程序设计流程图。

4 测试及结果分析

为了测试清洁雨棚系统的清洁效果，我们选择在一个接近一年没有进行任何清理的雨棚上进行测试。我们的清洁小车配合高压水流冲洗基本可以完成预期的清扫功能并达到预期的清洁效果，如图。但是仍存在一些问题，小车的电机动力匹配稍差，需后续调整；另外清洁刷的材料和形状也会影响的清洁效率，目前搭配的清洁刷，清洁效率较低。

5 结论及展望

本文针对处于室外环境的平面玻璃雨棚做出了以STC89C52RC单片机为核心的清洁系统设计方案，并进行了测试，基本可以完成预期的功能并达到预期的清洁效果。在后续的工作中，还需要对系统进行优化和调整，例如加入避障和防跌落模块等[6]，以达到完全自动化的实用的状态。

【参考文献】

[1]杨桂林.基于AT89S52的智能小车的设计[J].微计算机信息，2010（20）：124-125.

[2]宿月文，朱爱斌，朱渭，谢友柏.履带内摩擦分析以及对整机牵引性能影响的研究[J].第八届全国摩擦学大会论文集，2007：63-64.

[3]叶郑凯，朱建鸿，李琳，王幼琴.基于单片机的无线遥控智能小车的设计与实现[J].计算机与现代化，2012，10（206）：65-67.

[4]戴圣伟，陈白帆，范绍成.无线遥控智能车的控制研究[J].控制技术计算机测量与控制，2011，19（9）：2125-2127.

[5]陈海松，李益民.基于AT89C51单片机的智能避障遥控机器人的设计[J].黄石理工学院学报，2011，27（3）：9-12.

[6]姜宝华，齐强.基于单片机的无线遥控智能小车的设计与制作[J].电子世界，2013（3）：24-25.

[责任编辑：田吉捷]