基于STM32F103 的無線遙控吊籃提升裝置

□宮麗男

隨著城市和工業的發展，高空作業越來越普遍，施工吊籃、塔式起重機等機械裝置是工地上常見的高空作業機械。這類機械主要目的是幫助工人更高效地完成工作以及完成一些人們無法做到的工作，因此，高空作業裝置的效率成為了建筑商們關心的熱點問題。傳統的高空作業裝置都需要在高處有一名工人操作，地面上還需要一名工人指揮，這樣操作具有一定的危險性并且影響效率。為此，研發無線遙控吊籃提升裝置具有較大的應用價值。

一、無線遙控吊籃提升裝置的原理分析

整個裝置分為提升電機、高度檢測以及手持遙控器三個部分，系統由STM32F103 作為主控芯片，各部分直接通過無線串口的方式通信。在手持遙控器上設置高度并發送指令，控制電機轉動，將吊籃提升到指定位置，并由安裝在吊籃底部的超聲波測距模塊進行高度檢測并反饋到手持遙控器上實時顯示同時進行修正，三部分形成一個閉環控制系統。系統整體框圖如圖1 所示。

圖1 系統整體結構圖

二、無線遙控吊籃提升裝置的硬件設計

本設計主要實現的功能為實時控制和定位控制吊籃的高度并顯示在遙控器上，采用了多個傳感器模塊獲取相應的參數。下面分別對三部分的硬件設計進行論述。

(一)手持遙控器部分。手持遙控器作為整個裝置的上位機系統，采用STM32F103ZET6 作為主控芯片，包含顯示模塊、控制按鍵模塊、提示與報警模塊、無線收發模塊、降壓模塊，采用鋰電池供電。

1.顯示模塊。顯示模塊由單片機PD0－PD4 引腳控制，采用Nokia5110 液晶顯示屏，該顯示屏具有體積小、顯示空間大、價格低廉、易驅動等特點，可以達到實時刷新顯示界面的功能。

2.控制按鍵模塊?？刂瓢存I模塊包含8 個獨立按鍵，由單片機PA0－PA7 控制，實現上升、下降、鎖定、解鎖、調速和急停等功能，操作方便，簡單明了。

3.提示與報警模塊。提示與報警模塊由單片機PD7 引腳控制，采用有源蜂鳴器，利用三極管驅動，可發出提示音與報警音，體積較小，易于安裝在遙控器內部。

4.無線收發模塊。無線收發模塊由單片機PA9、PA10 控制，分別連接無線收發模塊的發送端與接收端。采用大功率2.4GHz 無線串口通信模塊，此類模塊是一種高速、高穩定性、工業級的無線收發一體數傳模塊，工作在2.4GHz～2.5GHz 的ISM頻段，帶有金屬屏蔽罩，抗干擾能力極強。能準確的各部分之間進行數據傳輸。

(二)高度檢測部分。高度檢測部分由STC89C52RC 芯片作為主控芯片，采用超聲波測距模塊進行高度檢測，由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質中傳播的距離較遠，因而超聲波經常用于距離的測量。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業的實用要求，因此得到了廣泛的應用。該部分電路在單片機最小系統基礎上還包含無線接收模塊和超聲波測距模塊。無線接收模塊由單片機P3.0、P3.1 分別連到接收端和發送端;超聲波測距模塊由P3.2、P3.3 分別連到發送端和接收端。

(三)提升電機部分。該部分仍采用STM32F103 系列芯片作為主控芯片，電機及驅動可根據實際情況選用不同型號，均可由STM32 單片機控制。該部分電路包括無線接收模塊由PA9、PA10 分別連到發送端和接收端;電機驅動電路由單片機PB1、PB2 連接到輸入1 和輸入2，PC7 控制使能端。

三、無線遙控吊籃提升裝置功能介紹

(一)吊籃高度實時控制。當裝置處于實時控制模式時，控制者可以通過手持遙控器上的“上升”、“下降”兩個按鈕實時控制吊籃的高度。

(二)吊籃高度定位控制。當裝置處于定位控制時，控制者可以在手持遙控器上設置預設高度，按下鎖定按鈕后，吊籃將自動提升到預設高度值，到達指定高度后，蜂鳴器將發出一聲提示音。當吊籃由于某些原因高度被改變后，仍能自動回到預設高度。

(三)手持遙控器實時顯示界面。手持遙控器界面如圖2所示。

1.顯示界面。Height:吊籃的實際高度;Set:預設高度;Speed:吊籃上升/下降速度調節，共設五個等級;LOCK/UNLOCK:吊籃是否處于鎖定高度狀態;UP/DOWN:吊籃上升/下降。

2.控制按鍵。上升:控制吊籃上升，按住按鍵即可控制吊籃上升，松開后吊籃停止上升。下降:控制吊籃下降，按住按鍵即可控制吊籃下降，松開后吊籃停止下降。+1 :輕觸按鍵，將預設高度值加1，長按按鍵，預設高度值將持續加1。－1 :輕觸按鍵，將預設高度值減1，長按按鍵，預設高度值將持續減1。鎖定:輕觸按鍵，吊籃將自動鎖定在此時顯示界面上的預設高度，吊籃高度被改變后，會自動回到當前預設高度。解鎖:解除高度鎖定，輕觸按鍵后，吊籃解除高度鎖定，可以自由調整高度。調速:通過控制單片機PWM 輸出來對電機進行調速，速度共設置五個等級。急停:在有突發情況時，按下急停按鈕，整個裝置停止運行，遙控器顯示屏上顯示“ERROR”，蜂鳴器發出警報聲。

四、軟件設計

系統軟件設計共分手持遙控器、高度檢測、提升電機三部分，各部分軟件流程圖如圖3 所示。

在吊籃高度的自動定位控制模式中，由于電機具有一定慣性，開環控制無法將電機準確停在指定高度，于是通過高度檢測部分的反饋高度形成了一個閉環控制系統。當手持遙控器部分檢測到吊籃接近預設高度時，會向提升部分發送信號，令電機速度減慢，進行高度微調，以確保吊籃準確達到預設高度。

五、結語

本文設計了一款基于STM32F103 的無線吊籃提升裝置，可對高空作業的吊籃進行無線遙控，實時控制吊籃升降以及定位控制吊籃高度。該裝置簡化了高空作業吊籃的控制，令一些高空作業的工作可以更高效、安全地完成，大大減少了人力成本和時間花費。該裝置可以用在施工吊籃、塔式起重機、礦井吊籃等多種環境中。

圖2 手持遙控器界面

圖3 軟件流程圖

［1］STM32F103 參考手冊

［2］AS01－ML01DP5 參考手冊