防護(hù)水靴自動(dòng)清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要： 在食品加工行業(yè)，若防護(hù)水靴沒(méi)有及時(shí)清洗干凈，極易造成細(xì)菌滋生，造成對(duì)食品的污染。設(shè)計(jì)了一種基于ARM Cortex?M3單片機(jī)為核心，應(yīng)用RFID技術(shù)和無(wú)線串口WiFi技術(shù)設(shè)計(jì)而成的水靴自動(dòng)清洗系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)防護(hù)水靴的自動(dòng)清洗和對(duì)工人水靴清洗狀況的綜合管理。經(jīng)測(cè)試與應(yīng)用表明，系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，能夠大幅度節(jié)省人力，并能提高管理的效率。

關(guān)鍵詞： 水靴清洗； ARM； Cortex?M3單片機(jī)； RFID技術(shù)； 串口WiFi技術(shù)

中圖分類號(hào)： TN964?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2013）12?0109?04

0 引 言

在食品行業(yè)的加工過(guò)程中，工人要穿水靴工作，如果不及時(shí)對(duì)這些相關(guān)企業(yè)工人的水靴內(nèi)部及外部進(jìn)行清洗，就極易造成水靴細(xì)菌滋生，污染食品。在廠礦、農(nóng)業(yè)、化工等部門(mén)，由于工作環(huán)境的關(guān)系，導(dǎo)致工人的水靴內(nèi)部極易臟污，外層容易附著易滑物質(zhì)，如不及時(shí)清洗，很容易造成腳疾傳染，危害工人的身體健康，而且會(huì)給生產(chǎn)過(guò)程帶來(lái)不同程度的安全隱患。因此，特殊的工作環(huán)境對(duì)水靴內(nèi)外的衛(wèi)生提出了特定要求，水靴內(nèi)部及外部的全面、及時(shí)清洗對(duì)相關(guān)企業(yè)來(lái)說(shuō)是非常重要的。

通過(guò)對(duì)水靴自動(dòng)清洗控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，完成水靴的清洗、烘干，進(jìn)而填補(bǔ)我國(guó)對(duì)水靴、其他鞋類、桶類形狀物品的內(nèi)部清洗的空白，提高我國(guó)清洗行業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，降低相應(yīng)行業(yè)的清洗成本，減少其生產(chǎn)過(guò)程中的安全隱患，延長(zhǎng)水靴使用壽命，促進(jìn)我國(guó)食品加工等行業(yè)的健康發(fā)展。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

主機(jī)采用固定結(jié)構(gòu)安裝，內(nèi)有高壓水槍和大功率加熱風(fēng)機(jī)，達(dá)到清洗和烘干的目的。從機(jī)采用軌道相對(duì)固定模式設(shè)計(jì)，多臺(tái)從機(jī)分別安裝在軌道上，用于放置待清洗的水靴。主機(jī)控制軌道的轉(zhuǎn)動(dòng)，使從機(jī)循環(huán)通過(guò)主機(jī)，達(dá)到對(duì)從機(jī)內(nèi)待清洗的水靴進(jìn)行清洗和烘干的目的。從機(jī)包括從機(jī)控制電路和清洗柜。從機(jī)安裝在可以轉(zhuǎn)動(dòng)的軌道上，軌道的轉(zhuǎn)動(dòng)受主機(jī)控制電路的控制。主機(jī)包括主機(jī)控制電路和清洗臺(tái)，主機(jī)控制電路實(shí)現(xiàn)對(duì)清洗臺(tái)和軌道的控制。清洗水靴放入從機(jī)清洗柜中。通過(guò)軌道轉(zhuǎn)動(dòng)，使從機(jī)清洗柜到達(dá)主機(jī)清洗臺(tái)的指定位置，通過(guò)主機(jī)控制電路控制清洗臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水靴的清洗和烘干。

1.1 主機(jī)控制電路

1.2 從機(jī)控制電路

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件部分主要包括單片機(jī)控制模塊、RFID刷卡模塊、串口WiFi模塊三個(gè)部分。

2.1 單片機(jī)控制模塊

為了達(dá)到系統(tǒng)控制要求，本系統(tǒng)采用了ST 公司基于Cortex?M3 內(nèi)核的32位增強(qiáng)型閃存微控制器STM32F?103VET6作為主控制器，Cortex?M3內(nèi)核是專門(mén)設(shè)計(jì)于滿足集高性能、低功耗、實(shí)時(shí)應(yīng)用、具有競(jìng)爭(zhēng)性價(jià)格于一體的嵌入式領(lǐng)域的要求[1]。

2.2 RFID刷卡模塊

目前常用的有接觸式刷卡方式和非接觸式刷卡方式。接觸式IC 卡是通過(guò)觸點(diǎn)與外界的接觸實(shí)現(xiàn)電氣連接進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)，適用于用卡次數(shù)不多且環(huán)境較好的場(chǎng)合[2]。RFID 無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)的射頻卡具有非接觸、無(wú)磨損、操作方便， 讀/寫(xiě)頻率高， 使用壽命長(zhǎng)， 安全防沖突等優(yōu)點(diǎn)[3]。

從機(jī)具有刷卡管理功能，使用刷卡進(jìn)行信號(hào)采集。系統(tǒng)要求能夠?qū)τ脩粼谌我鈴臋C(jī)進(jìn)行刷卡均可以識(shí)別該用戶放靴的位置，這就需要對(duì)卡進(jìn)行寫(xiě)入操作。由于ID刷卡方式只能讀出，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)卡進(jìn)行寫(xiě)入操作，而采用IC卡刷卡方式不僅可以讀出而且可以寫(xiě)入，故本系統(tǒng)采用IC卡刷卡方式對(duì)用戶進(jìn)行管理。

當(dāng)用戶在從機(jī)中刷卡時(shí)，IC卡讀/寫(xiě)電路將用戶姓名、卡號(hào)讀出來(lái)送顯示電路顯示。同時(shí)將從機(jī)編號(hào)寫(xiě)入IC卡中，實(shí)現(xiàn)用戶在任意從機(jī)進(jìn)行刷卡均可以識(shí)別該用戶放鞋的位置。

2.3 串口WiFi模塊

由于從機(jī)是安裝在軌道上，并且隨軌道轉(zhuǎn)動(dòng)，所以主機(jī)與從機(jī)只能通過(guò)無(wú)線信號(hào)傳輸。而主機(jī)具有檢測(cè)從機(jī)內(nèi)的水靴是否清洗過(guò)的功能，防止已清洗過(guò)的水靴進(jìn)行第二次清洗。由于主機(jī)只具有RS 232接口，故采用RS 485/RS 232接口來(lái)實(shí)現(xiàn)從機(jī)RS 485接口與主機(jī)接口進(jìn)行通信來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)思想，以主程序?yàn)楹诵脑O(shè)置了多個(gè)功能模塊子程序，簡(jiǎn)化了程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。各模塊采用C語(yǔ)言進(jìn)行編程，運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)主程序調(diào)用各功能模塊子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)功能。

3.1 主機(jī)軟件設(shè)計(jì)

（1）開(kāi)始

（2）系統(tǒng)檢測(cè)

如當(dāng)前從機(jī)清洗柜內(nèi)有水靴，則主機(jī)通過(guò)無(wú)線通信識(shí)別從機(jī)的狀態(tài)，對(duì)符合條件從機(jī)內(nèi)的水靴進(jìn)行清洗。主機(jī)必須先判斷從機(jī)門(mén)是否關(guān)閉鎖緊，惟有鎖緊狀態(tài)的從機(jī)能進(jìn)入主機(jī)，否則軌道驅(qū)動(dòng)電機(jī)立即停止，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。主機(jī)驅(qū)動(dòng)軌道電機(jī)，帶動(dòng)軌道轉(zhuǎn)動(dòng)，將準(zhǔn)備清洗的從機(jī)送入主機(jī)的準(zhǔn)確位置。

（3）執(zhí)行清洗和烘干

如當(dāng)前從機(jī)清洗柜內(nèi)有水靴且準(zhǔn)備就緒，則掃描電機(jī)啟動(dòng)，掃描桿運(yùn)行。電磁閥打開(kāi)進(jìn)行噴水，水靴清洗完成后，掃描桿回到初始位置。水靴清洗完畢后，軌道驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)，通過(guò)軌道電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)將下一從機(jī)帶入主機(jī)清洗位置，將當(dāng)前清洗后的從機(jī)送入主機(jī)烘干位置，并準(zhǔn)確就位后軌道驅(qū)動(dòng)電機(jī)停止。執(zhí)行烘干操作，烘干后的水靴由軌道電機(jī)送出烘干位置，同時(shí)與從機(jī)進(jìn)行通信，清除清洗標(biāo)記，等待用戶刷卡取出水靴。

3.2 從機(jī)軟件設(shè)計(jì)

（1）開(kāi)始

開(kāi)機(jī)時(shí)系統(tǒng)自檢，由于在電源關(guān)閉的情況下電磁門(mén)可以手動(dòng)打開(kāi)，所以開(kāi)機(jī)時(shí)必須檢測(cè)從機(jī)是否處于正常狀態(tài)，所有從機(jī)清洗柜都必須處于空閑的狀態(tài)才能通過(guò)系統(tǒng)自檢。否則未處于此狀態(tài)的從機(jī)蜂鳴器就會(huì)報(bào)警，從機(jī)門(mén)解鎖，指示燈呈紅色閃亮狀態(tài)，等待管理員進(jìn)行處理，處理好后從機(jī)發(fā)出鎖定信號(hào)，警報(bào)解除完成自檢。

（2）用戶刷卡，申請(qǐng)洗靴

用戶使用射頻識(shí)別卡在綠色指示燈的從機(jī)刷卡器上刷卡后，經(jīng)過(guò)初始上電復(fù)位、尋卡操作、通過(guò)防沖撞、密碼驗(yàn)證后，讀/寫(xiě)模塊可以對(duì)該存儲(chǔ)區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀、寫(xiě)、增值、減值以及掛起等操作。從機(jī)顯示屏顯示出分配給該用戶的從機(jī)號(hào)碼，同時(shí)顯示用戶姓名、清洗次數(shù)等信息，如果是合法用戶此時(shí)該從機(jī)門(mén)處于解鎖狀態(tài)，指示燈為紅色常亮狀態(tài)。用戶將自己的靴放入該從機(jī)清洗柜中，并且要求用戶關(guān)閉柜門(mén)。從機(jī)將清洗請(qǐng)求信號(hào)發(fā)給主機(jī)，等待主機(jī)對(duì)水靴進(jìn)行清洗。

（3）清洗水靴，刷卡取水靴

當(dāng)從機(jī)就位后，主機(jī)控制軌道將該從機(jī)送入主機(jī)中，主機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的清洗和烘干工作。當(dāng)從機(jī)為已清洗狀態(tài)，則不執(zhí)行清洗或烘干動(dòng)作（已經(jīng)洗過(guò)的靴，不用洗第二次避免浪費(fèi)資源）。從機(jī)中水靴在主機(jī)中進(jìn)行清洗后，通過(guò)軌道從主機(jī)中送出，指示燈變?yōu)榧t色常亮。只要從機(jī)中還有未清洗的水靴，軌道都會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)所有從機(jī)中都沒(méi)有待清洗的水靴時(shí)軌道停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

當(dāng)清洗完畢用戶，通過(guò)任意工位刷卡，刷卡后主機(jī)顯示屏上顯示該用戶的從機(jī)清洗位置，此時(shí)放水靴的從機(jī)指示燈閃亮，電磁鎖解鎖，用戶找到該從機(jī)清洗柜取回自己的水靴。從機(jī)檢測(cè)到兩個(gè)工件都為空時(shí)立即發(fā)出鎖定信號(hào)，門(mén)彈回后立即鎖定，該從機(jī)即可執(zhí)行下一次清洗任務(wù)。

4 系統(tǒng)測(cè)試與應(yīng)用

在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和軟件編程完成后，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了組裝與初步調(diào)式，完成的系統(tǒng)的外觀圖如圖6所示。

通過(guò)對(duì)水靴自動(dòng)清洗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)達(dá)到了如下功能。

（1）從機(jī)采用射頻識(shí)別技術(shù)，從機(jī)刷卡后能夠判別用戶情況、顯示用戶姓名、工位號(hào)。用戶放入水靴能夠進(jìn)行識(shí)別，并進(jìn)行申請(qǐng)清洗操作。

（2）主機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)自檢、從機(jī)到位檢測(cè)、水、氣掃描桿位置檢測(cè)功能，并對(duì)水靴進(jìn)行自動(dòng)清洗、消毒和烘干操作。

（3）從機(jī)清洗完畢后，通過(guò)從機(jī)通信電路能夠?qū)崿F(xiàn)在任意從機(jī)刷卡均可以識(shí)別該用戶放水靴的位置；

（4）主機(jī)能夠識(shí)別從機(jī)狀態(tài)（是否到位、未清洗、已清洗），不會(huì)對(duì)清洗過(guò)的水靴進(jìn)行第二次清洗，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)設(shè)計(jì)利用STM32F?103VET6單片機(jī)處理后，通過(guò)應(yīng)用RFID技術(shù)和無(wú)線WiFi串口進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)主控系統(tǒng)對(duì)多個(gè)從控工位控制系統(tǒng)的控制與管理，能夠完成對(duì)防護(hù)水靴的自動(dòng)清洗和對(duì)清洗情況的記錄等綜合管理，改變了傳統(tǒng)人工清洗方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力且不利于管理的困難。該系統(tǒng)的食品加工、醫(yī)藥加工等使用防護(hù)水鞋的行業(yè)，具有很高的實(shí)用性，也具有很好的應(yīng)用價(jià)值與應(yīng)用前景。

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