景區(qū)自動(dòng)清掃車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

景區(qū)自動(dòng)清掃車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周慧賴奕彬林永剛馬或Summary：景區(qū)自動(dòng)清掃車(chē)，可在夜間等時(shí)段完成景區(qū)道路清掃任務(wù)。車(chē)體啟動(dòng)運(yùn)行后，運(yùn)行電機(jī)和清掃電機(jī)開(kāi)始工作，車(chē)沿道路向前行駛。溫濕度傳感器檢測(cè)環(huán)境溫濕度值后，控制器根據(jù)設(shè)定開(kāi)啟噴水閥門(mén)。車(chē)體運(yùn)動(dòng)靠角度傳感器、超聲波傳感器、紅外傳感器共同采集數(shù)據(jù)，結(jié)合GPS定位，共同確定運(yùn)動(dòng)路徑。溫度及煙感傳感器檢測(cè)周?chē)h(huán)境，如發(fā)現(xiàn)有高溫濃煙點(diǎn)，通過(guò)GSM短信將GPS定位數(shù)據(jù)發(fā)向控制中心進(jìn)行報(bào)警。車(chē)體上安裝了太陽(yáng)能采集板，利用太陽(yáng)能對(duì)蓄電池進(jìn)行儲(chǔ)能，供控制系統(tǒng)使用。Key：STM32單片機(jī);自動(dòng)清掃;溫濕檢測(cè);報(bào)警系統(tǒng);太陽(yáng)能系統(tǒng)：TP302：A：1009-3044（2020）08-0084-021背景現(xiàn)在的景區(qū)清掃工作，需要人工完成。目前，人工清掃車(chē)已經(jīng)投入使用，但有些景區(qū)道路多且長(zhǎng)，清掃人員需要花費(fèi)很多時(shí)間和氣力，難以做到天天清掃，從而影響景區(qū)美觀。自動(dòng)清掃車(chē)可有效地解決這一問(wèn)題，它能代替人工勞動(dòng)，擅長(zhǎng)在無(wú)人或夜間完成道路清掃工作，免除交通事故。同時(shí)，其自身的監(jiān)控設(shè)施，還能報(bào)告火警，道路阻斷等，有利景區(qū)安全。自動(dòng)清掃車(chē)的“大腦”，是它的控制系統(tǒng)，起著關(guān)鍵作用。以下我們從控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件、軟件等方面，對(duì)它進(jìn)行介紹。2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)景區(qū)自動(dòng)清掃車(chē)控制系統(tǒng)，由車(chē)體控制器、運(yùn)行電機(jī)、清掃電機(jī)、多種傳感器、定位檢測(cè)、遠(yuǎn)程報(bào)警、太陽(yáng)能電源模塊等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖l所示。本清掃車(chē)針對(duì)有人駕駛清掃車(chē)功能改造而成，增添自動(dòng)控制功能，完成景區(qū)道路清掃任務(wù)。車(chē)體啟動(dòng)運(yùn)行后，運(yùn)行電機(jī)和清掃電機(jī)開(kāi)始工作，車(chē)沿道路向前行駛。溫濕度傳感器檢測(cè)環(huán)境溫濕度值后，根據(jù)設(shè)定開(kāi)啟噴水閥門(mén)向路面灑水。車(chē)體運(yùn)動(dòng)靠角度傳感器、超聲波傳感器、紅外傳感器共同采集數(shù)據(jù)，結(jié)合定位數(shù)據(jù)，共同確定運(yùn)動(dòng)路徑。溫度及煙感傳感器檢測(cè)周?chē)h(huán)境，如發(fā)現(xiàn)有高溫濃煙點(diǎn)，通過(guò)遠(yuǎn)程報(bào)警將檢測(cè)定位點(diǎn)發(fā)向控制中心進(jìn)行報(bào)警。車(chē)體上安裝了太陽(yáng)能采集板，利用太陽(yáng)能對(duì)蓄電池進(jìn)行儲(chǔ)能，供控制系統(tǒng)使用。3控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)景區(qū)自動(dòng)清掃車(chē)控制系統(tǒng)硬件組成如圖2所示。由于系統(tǒng)需要采集與控制的對(duì)象較多，本系統(tǒng)采用兩片單片機(jī)構(gòu)成雙核控制系統(tǒng)，兩芯片間通過(guò)串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。單片機(jī)1可采用51系列單片機(jī)，主要完成路況檢測(cè)，由角度檢測(cè)（三軸陀螺儀）MPU6050傳感器檢測(cè)路面坡度、前后左右四個(gè)超聲波測(cè)距傳感器檢測(cè)四個(gè)方向的障礙物距離、四個(gè)角的避障紅外傳感器GP2YOA21檢測(cè)阻礙情況。通過(guò)這些傳感器的檢測(cè)，單片機(jī)1將數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)2，控制車(chē)體運(yùn)動(dòng)速度及方向。單片機(jī)2采用STM32系列單片機(jī)，接收到路況數(shù)據(jù)后，控制運(yùn)行電機(jī)調(diào)整轉(zhuǎn)速及運(yùn)動(dòng)方向。溫濕度傳感器采用DHT-21，檢測(cè)環(huán)境溫濕度值后，根據(jù)設(shè)定開(kāi)啟噴水閥門(mén)向路面灑水。煙感傳感器采用MQ-2，檢測(cè)周?chē)h(huán)境，與溫度值配合，如發(fā)現(xiàn)有燃燒點(diǎn)，將GPS器件NE0-6M-O-O01所測(cè)的定位數(shù)據(jù)通過(guò)GSM器件TC35i向控制中心報(bào)警。當(dāng)景區(qū)無(wú)人或夜間，清掃車(chē)每天定時(shí)啟動(dòng)清掃。如超定時(shí)間隔，GPS定位數(shù)據(jù)沒(méi)有變化，說(shuō)明清掃車(chē)不能運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)故障，也通過(guò)GSM短信向控制中心報(bào)警。4控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件分為路況檢測(cè)和車(chē)輛控制兩部分，路況檢測(cè)軟件流程如圖3所示，車(chē)輛控制軟件流程如圖4所示。4.1路況檢測(cè)軟件單片機(jī)1工作后，路況檢測(cè)軟件初始化，系統(tǒng)循環(huán)檢測(cè)角度、超聲、紅外傳感器，將讀取的數(shù)據(jù)按約定協(xié)議轉(zhuǎn)換后，通過(guò)串口定時(shí)發(fā)送給單片機(jī)2。通過(guò)以上傳感器綜合檢測(cè)，如遇道路阻斷等情況，也向主控單片機(jī)2發(fā)送道路故障數(shù)據(jù)。4.2車(chē)輛控制軟件單片機(jī)2工作后，車(chē)輛控制軟件初始化。1）系統(tǒng)循環(huán)檢測(cè)環(huán)境溫濕度，當(dāng)環(huán)境溫度高于5℃，濕度較低空氣干燥時(shí)，單片機(jī)2控制閥門(mén)開(kāi)啟，車(chē)輛行進(jìn)時(shí)對(duì)道路進(jìn)行灑水;2）煙感傳感器檢測(cè)周?chē)h(huán)境，如發(fā)現(xiàn)有高溫濃煙點(diǎn)，通過(guò)GSM短信將GPS定位數(shù)據(jù)發(fā)向控制中心進(jìn)行報(bào)警;3）如超定時(shí)間隔，GPS定位數(shù)據(jù)沒(méi)有變化，說(shuō)明清掃車(chē)不能運(yùn)動(dòng)，有故障，通過(guò)GSM短信向控制中心報(bào)警;4）清掃車(chē)具有路徑學(xué)習(xí)記憶功能，可根據(jù)設(shè)定，定時(shí)存儲(chǔ)清掃路徑的GPS定位數(shù)據(jù)及路況檢測(cè)數(shù)據(jù);5）清掃車(chē)正常運(yùn)行后，定時(shí)接收單片機(jī)l傳送來(lái)的路況檢測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合GPS定位數(shù)據(jù)，軟件系統(tǒng)首先將這些數(shù)據(jù)與學(xué)習(xí)記憶過(guò)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如偏差在范圍內(nèi)，車(chē)輛可正常行駛，如偏差較大，需要分析這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)車(chē)速及運(yùn)行方向進(jìn)行調(diào)整，按照固定路徑運(yùn)行完成清掃任務(wù);6）接收單片機(jī)1發(fā)來(lái)的道路故障數(shù)據(jù)，向控制中心發(fā)出GPS定位的道路故障信息，并控制清掃車(chē)返程清掃，回到停車(chē)場(chǎng);7）液晶屏顯示當(dāng)前環(huán)境中的溫濕度、煙霧濃度、定位數(shù)據(jù)、運(yùn)行車(chē)速等。5結(jié)束語(yǔ)本設(shè)計(jì)只搭建了景區(qū)自動(dòng)清掃車(chē)控制系統(tǒng)的理論框架，是其基本功能的來(lái)源。在此基礎(chǔ)上，人們還可以根據(jù)特定功能需要，進(jìn)行結(jié)構(gòu)微調(diào)，如增加攝像頭，用于道路的前瞻分析及異常情況報(bào)警;車(chē)與車(chē)之間增加車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信，使控制中心統(tǒng)一調(diào)動(dòng)多輛清掃車(chē)，同時(shí)完成較大區(qū)域的清掃任務(wù)等。下一步需要考慮的是，該控制系統(tǒng)與自動(dòng)清掃車(chē)其他子系統(tǒng)的結(jié)合。限于能力和時(shí)間，將此留待日后討論。Reference：[1]高慧芳.單片機(jī)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].杭州：杭州電子科技大學(xué)，2008：124-174.[2]韋偉，周凌翱，劉青.一種便攜式的紅外測(cè)距系統(tǒng)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2011，19（21）：40-42.[3]庫(kù)志強(qiáng)，張錫