基于單片機STC89C52RC的家用雨棚清潔系統

陳志權　楊穎珊　張鑒勇　張潞英　朱傳云

【摘 要】很多家庭庭院或者錯層陽臺都會用到雨棚，享受雨棚的便利的同時，雨棚的清潔也變成一個問題。由于雨棚處在室外環境中，適合室內清潔用的掃地機器人不適用于雨棚。本文針對家用的平面玻璃雨棚給出清潔系統的設計方案，系統以單片機STC89C52RC為核心控制清潔小車完成清潔功能，并配合高壓水流沖洗。經過測試，本系統基本可以實現預期的功能并達到預期的清潔效果。

【關鍵詞】雨棚清潔系統；單片機；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

雨棚在我們的日常生活中非常常見，比如過街天橋上，樓門口的上方或者庭院中等。很多住宅小區在設計時會在低層或者頂層留出私家花園的位置，這些位置通常都會用到雨棚。還有一些樓房采用錯層設計，雖然陽臺空間變得開闊，但是由于錯層，使得陽臺遮風擋雨的效果減弱，很多住戶會選擇在陽臺上搭建玻璃雨棚。不管是庭院的雨棚還是錯層陽臺的雨棚，都起到了遮風擋雨的作用，同時避免高空墜物帶來的傷害，從而營造一個比較舒適的家庭環境。

但是家用雨棚的清潔是一個讓人困擾的問題。由于雨棚處在室外，一方面會積攢灰塵，另一方面還可能會有樹葉，外墻掉落的石子或者樓上無意掉落的牛奶盒、衣架、毛巾等等各種雜物，因此以真空吸塵為核心用于室內的掃地機器人不適合用來清潔雨棚，而人工清潔存在高空墜落的危險性。所以設計一個家用雨棚清潔系統是非常有必要的。

雨棚有很多種，家庭用的雨棚考慮到采光和美觀的問題，很多時候會采用平面的玻璃雨棚。本研究的目的就是針對平面的玻璃結構的家用雨棚設計一個簡單有效的清潔系統，能夠實現清掃，清潔劑噴灑，水洗等功能。

1 系統構成

第一部分是帶有高壓噴頭的水管。水洗功能通過采用高壓水流清洗來實現。高壓水流的應用跟高壓水流清洗機的原理一樣，通過動力裝置使得高壓柱塞產生高壓水流來沖洗物體表面[1]。高壓水流的控制通過人工控制，當用戶要對雨棚進行清潔時，打開控制相應的開關，高壓扇形噴頭開始噴出高壓水流。

第二部分是清潔小車。以遙控履帶小車[2]作為清潔功能實現的載體，小車上載有用來裝清潔劑的水箱和噴灑清潔劑裝置以及用來清掃的刷子。小車的控制和驅動分別通過STC89C52RC單片機[3-5]和L298N驅動動電路來實現。清潔裝置部分包括清潔刷和清潔劑噴灑裝置。清潔刷由一個電機帶動；清潔劑自動噴灑裝置由一個噴水電機、一個裝清潔劑的水箱構成，這兩個電機同樣由L298N模塊來驅動。

2 清潔系統硬件電路設計

系統的硬件電路主要包括四個模塊，清潔小車驅動模塊，清潔刷驅動模塊和清潔劑噴灑控制模塊以及遙控模塊。

2.1 小車運動驅動電路

遙控小車的運動是通過兩個直流電機的正轉反轉來控制，本系統采用的是12V直流電機，通過L298N驅動模塊來驅動。L298N驅動模塊的供電電源為5V標準電壓，驅動電路有4個輸入端和4個輸出端。一臺電機有2個輸出端去控制，一個驅動模塊可以供兩臺電機去使用。單片機的P1.0-P1.3，4個端口為輸出控制信號口，通過驅動電路連接到電機上，驅動模塊通過對控制信號高低電平的判斷做出相應的反應來控制電機的正轉、反轉或者停止。

2.2 清掃刷和清潔劑噴灑裝置驅動電路

清潔裝置是由12V直流電機和清潔刷組成，電機為清潔刷提供動力去洗刷雨棚；清潔劑噴灑裝置由一個噴水電機和一個小水箱組成。同樣使用一個L298N驅動模塊來驅動這兩個電機運動。清潔刷電機轉動時，帶動清潔刷轉動，完成刷洗雨棚的功能；清潔刷電機停止時，清潔刷完成清掃功能，可以將雨棚上的雜物歸集。噴水電機的工作狀態只有兩種，正轉和停轉，正轉時噴灑清潔劑，停轉時待命。電機的轉速是由電壓高低控制的，本系統采用PWM技術來控制電壓的高低來實現電機的轉速。

2.3 電源模塊

本系統采用一個12V的鋰電池，所有的直流電機都采用12V，單片機和電機驅動模塊都是5V。單片機的工作電壓為5V，而遙控小車上的兩路電機的工作電壓為12V，需要用到降壓模塊把12V的電壓降為5V輸出到單片機，供單片機和驅動模塊去使用。而12V的電機則不需要降壓，直接連接到到12V的鋰電池就可以正常工作。

2.4 無線通信模塊

本系統的無線通信通過藍牙實現，分為兩個部分，遙控部分和智能控制部分，如圖2所示。遙控部分是一臺支持藍牙功能的Android智能手機和安裝在小車的藍牙模塊。Android系統的藍牙開發主要的類別有三種，BluetoothDevice，Bluetoothsocket，BluetoothA-dapter，調用這幾類可以實現藍牙設備的基本操作[7]。智能控制部分系統由三部分組成：藍牙通訊模塊、STC89C52RC單片機、電源部分的電路。

在Android應用程序中每個功能鍵分別用一個固定的指令，在下位機控制程序里面把對應的指令寫到相應的功能程序了。在Android應用程序上位機中按下一個功能鍵，就會經過手機內置藍牙模塊和智能控制中的藍牙模塊把該指令發送到單片機中，單片機把該指令識別、判定出來，然后發出控制信號調用下位機控制程序對應該指令的那部分程序，運行這部分的功能。通過藍牙控制系統中小車載體的運動，清掃刷的清洗的快慢，清潔劑噴灑開啟或關閉。

3 系統的軟件設計

本系統的軟件主要分為兩個部分，一部分為手機遙控軟件，也就是Android應用程序上位機這一部分；另一部分為單片機程序設計部分，也就是下位機控制程序這部分。

3.1 手機遙控軟件設計

本系統是利用Android系統手機來操控的。藍牙技術以及發張比較成熟，我們可以直接下載一個藍牙串口通訊助手軟件，這個軟件已經具備了較為完整的功能，基本框架的程序已經寫好，只需要把這個軟件的界面上的功能鍵改成自己需要的功能鍵。

圖3為藍牙串口通信界面，在此界面上有12個功能鍵，我們把其中多個功能鍵改為本系統需要用到的功能鍵指令，每個功能鍵寫入了相關的控制指令如，如圖3所示所示。功能鍵與指令字符對應關系如表1所示。

按下相關的功能鍵，Android應用程序就會經過藍牙模塊發送相關的指令字符給單片機，然后做出相應的運動[9]。其數據發送的流程圖如圖4所示。

3.2 單片機程序設計

本系統是采用STC89C52RC單片機作為控制器的，采用C語言來編寫程序。整個程序由初始化程序、小車電機程序、清掃電機程序、噴水電機程序考核串口通信程序組成。

小車、清掃、噴水電機程序，本程序把單片機P1.0-P1.7八個端口定義為控制4個電機的控制端口。

單片機是要接收到上位機的控制指令才能發出相應的控制信號去控制相關的硬件，圖5是單片機程序設計流程圖。

4 測試及結果分析

為了測試清潔雨棚系統的清潔效果，我們選擇在一個接近一年沒有進行任何清理的雨棚上進行測試。我們的清潔小車配合高壓水流沖洗基本可以完成預期的清掃功能并達到預期的清潔效果，如圖。但是仍存在一些問題，小車的電機動力匹配稍差，需后續調整；另外清潔刷的材料和形狀也會影響的清潔效率，目前搭配的清潔刷，清潔效率較低。

5 結論及展望

本文針對處于室外環境的平面玻璃雨棚做出了以STC89C52RC單片機為核心的清潔系統設計方案，并進行了測試，基本可以完成預期的功能并達到預期的清潔效果。在后續的工作中，還需要對系統進行優化和調整，例如加入避障和防跌落模塊等[6]，以達到完全自動化的實用的狀態。

【參考文獻】

[1]楊桂林.基于AT89S52的智能小車的設計[J].微計算機信息，2010（20）：124-125.

[2]宿月文，朱愛斌，朱渭，謝友柏.履帶內摩擦分析以及對整機牽引性能影響的研究[J].第八屆全國摩擦學大會論文集，2007：63-64.

[3]葉鄭凱，朱建鴻，李琳，王幼琴.基于單片機的無線遙控智能小車的設計與實現[J].計算機與現代化，2012，10（206）：65-67.

[4]戴圣偉，陳白帆，范紹成.無線遙控智能車的控制研究[J].控制技術計算機測量與控制，2011，19（9）：2125-2127.

[5]陳海松，李益民.基于AT89C51單片機的智能避障遙控機器人的設計[J].黃石理工學院學報，2011，27（3）：9-12.

[6]姜寶華，齊強.基于單片機的無線遙控智能小車的設計與制作[J].電子世界，2013（3）：24-25.

[責任編輯：田吉捷]