基于STC89C52單片機控制的可分離清掃迷你機械的設計

2016-01-16 07:20楊秀芝,袁斌,沈華東等

現(xiàn)代機械 2015年5期

基于STC89C52單片機控制的可分離清掃迷你機械的設計*

楊秀芝，袁斌，沈華東，肖新華，梅東，李繼伍，周志全

(湖北理工學院機電學院，湖北黃石435003)

摘要：重點介紹了一種可以分體的清掃機械的機械結(jié)構(gòu)和電子控制部分設計。該家用清潔機械既可組合工作實現(xiàn)寬敞大面積的清掃；同時，子體分離可實現(xiàn)對家具等的矮縫和窄縫等清掃。該機械具有成本低，綜合利用率高等優(yōu)點。

關鍵詞:單片機控制可分離清掃機械設計

中圖分類號：TP232文獻標識碼：A

基金項目：湖北省教育廳青年項目 (Q20123001) 資助；湖北省自然科學基金(2014CFB177)資助。

作者簡介：楊秀芝(1974-),女, 副教授/博士,主要從事機械設計與制造,模具新材料的開發(fā)和設計及表面強化等方面的研究與教學。

收稿日期：2015-03-17

Control design of the detachable sweeping mini-machine based on STC89C52

YANG Xiuzhi,YUAN Bin,SHENG Huadong,XIAO Xinhua,MEI Dong,LI Jiwu,ZHOU Zhiquan

Abstract:The design of the mechanical structure and the electronic control part of a split sweeping mini-machine is introduced. The machine can work either in combination or separately, in order to improve work efficiency and its overall function. The low and narrow slit places under furniture and spacious ground can be cleaned by the cleaning machine automatically. This research has important guiding significance to improve the design efficiency of household machinery, reduce development cost.

Keywords:single chip microcomputer control；detachable cleaning；mechanic design

1可分離清掃機械設計思想與總體方案

1.1可分離清掃機械設計思想

目前，人們發(fā)明了各種自動化的清掃設備，例如自動清掃機、吸塵器等[1-5]。但這些自動化設備普遍存在一個問題就是對于家庭使用時還存在很大的局限性，例如對家具底下的矮縫和房間的窄縫地面無法清掃，而不得不靠人力花費大量時間來一點點的清理。本清掃機由主體、可分離的一對前輪和一對后輪(統(tǒng)稱子體)三部分組成，三部分既可以組合工作也可以單獨工作。主體的作用一方面是清掃室內(nèi)空曠地方的垃圾以及拖地，另一方面可以為兩對子體進行充電和儲存垃圾。當主體控制部分檢測到窄縫和矮縫時，兩對子體可以同時從主體上分離出來，然后分別去工作。前子體實現(xiàn)清潔矮縫地面，并將垃圾掃到貯存裝置中，工作完后自動回歸到主體，將儲存裝置中的垃圾倒到主體的儲存器中；后子體可以橫向收縮，清潔窄縫地面，工作完后也回到主體將垃圾轉(zhuǎn)移到主體中；當兩個子體都回歸到主體后主體繼續(xù)清掃工作。圖1為掃地機構(gòu)示意圖，圖2為掃地軸受力簡圖，圖3為機械結(jié)構(gòu)圖。

圖1　掃地機構(gòu)示意圖

圖2　掃地毛刷輪軸受力計算簡圖

圖3　清掃機械結(jié)構(gòu)圖

1.2總體控制方案設計

本設計以STC89C52單片機作為檢測和控制核心。整個系統(tǒng)由3個STC89C52單片機控制，其中單片機1、2通過串行通信，控制4個超聲波模塊，對外界的環(huán)境進行檢測，單片機1同時控制2個步進電機，為小車提供動力，單片機2控制2個步進電機，當判斷要分離的信號時，驅(qū)動步進電機，帶動四桿機構(gòu)使子體分離，同時通過NRF24L01無線通訊模塊完成與單片機3的通信。子體分離后單片機3驅(qū)動2個步進電機作為動力源，同時驅(qū)動直流電機帶動清掃機構(gòu)工作。單片機3上還裝有兩個改裝后的PS-2鼠標，對平面的位置做定位，使分離子體完成分離和回歸。兩子體上分別配有一個超生波模塊，作避障使用。當子體完成窄縫和矮縫清掃工作以后，按鼠標記憶的數(shù)據(jù)，控制步進電機回歸；當分離子體回歸后，單片機通過NRF24L01無線通訊模塊讓單片機2控制4桿機構(gòu)把子體扣住。然后整個迷你機械繼續(xù)工作。該清掃機械避障、分離、回歸、檢測數(shù)據(jù)已經(jīng)清掃等功能的軟件程序是通過C++語言實現(xiàn)的。圖4 分離機械的總體控制模塊。

圖4　分離機械的總體控制模塊

1.3導航控制部分設計

此系統(tǒng)的運動控制部分硬件部分由單片機單元、傳感器單元、電源單元、聲光報警單元、鍵盤輸入單元、電機控制單元和顯示單元組成。光電鼠標的光學傳感器象一部DC/DV一樣，跟隨操作者的移動連續(xù)記錄它途經(jīng)表面的“快照”，這些快照(即幀)是有一定的頻率(即掃描頻率、刷新率、幀速率等，以下我們對此不加區(qū)分)和尺寸及分辨率(即光學傳感器的CMOS晶振的有效像素數(shù))，并且光學傳感器的透鏡應具備一定的放大作用；而光電鼠標的核心——DSP通過對比這些快照之間的差異從而識別移動的方向和位移量，并將這些確定的信息加以封裝后通過USB接口源源不斷地輸入PC；驅(qū)動程序則根據(jù)這些信號經(jīng)過一定的轉(zhuǎn)換最終決定鼠標指針在屏幕上的位置。通過鼠標記錄下子體分離時的位置，當子體工作完了以后可以知道子體現(xiàn)在的坐標。最后通過程序計算讓子體回歸到主體。由于在平面內(nèi)定位不僅要有X，Y軸的坐標，同時還要考慮轉(zhuǎn)動所引起的方向變化。經(jīng)過綜合考慮，最終選用兩個鼠標做定位。鼠標導航流程圖如圖5所示。