基于STC89C52的樓梯貨物托運系統設計

施壯 程微微 夏百花

摘要：當貨物或者較重的物品在樓梯間上下運輸時，特別是在一些較老的居民樓，樓層不是太高且沒有安裝電梯的情況下，通常在運輸貨物或者較重的物品時會遇到一些困難。為此，對于貨物樓梯托運的設計很有必要。文章設計的樓梯貨物托運系統主要是基于一些無電梯樓層且需要進行較大的貨物或物品運輸時為節省人力、避免意外情況的發生而研發的，能在復雜的樓梯環境中實現貨物上下樓的搬運，也可在平地運輸。文章中的系統因為自身攜帶無刷電機和液壓傳動裝置，所以貨物運輸更加省力。

關鍵詞：樓梯貨物托運；單片機；STC89C52

中圖分類號：TP368.1；TU855? 文獻標志碼：A

0 引言

由于部分城市居民生活和工作在多層樓房中，而這些低層樓房內沒有安裝電梯，從而給人們搬運貨物或者商品帶來許多不便，人們都有搬運重物上下樓梯的體驗，尤其是搬運體積較大的重物或者易損物品時，通常會遮擋視線且行動不便，使得人們腰酸背痛，身體勞累。尤其當家中只有老人、小孩，沒有青壯年勞動力時，搬運重物更有可能會帶給他們危險，造成安全隱患。因此，設計一種能幫助人們運送重物且高效使用、自動運行的設備，顯得十分重要。

1 樓梯貨物托運系統

1.1 研究背景

本設備不只局限于居民樓內搬運重物，還可以幫助殘疾人、腿腳不便的老年人上下樓梯，同時也可作為救護車輛、消防車輛、搬家公司、裝潢公司等有特殊需要的輔助設備，不僅如此，還可以在工地、工廠等地搬運物品，因為在工地一般搬運重物都是使用起重機，雖然可以吊起很重的物品，但也有很大缺點，如只能向房頂運送，成本昂貴等，若兩個設備結合使用，會大大增加工作的效率，減少人力、物力。本設計的系統最大優點在于體積小、重量輕、安全平穩、使用方便。

1.2 研究現狀

目前，國外上下樓梯搬運系統研究比較成熟，應用廣泛，但結構復雜，體積龐大，造價昂貴，主要用于建筑等大型領域或特殊場合，不能滿足人們的日常生活和工業需要，因此不適合在我國大量生產和推廣。而國內對樓梯搬運系統的研究尚少，且產品功能單一，大多無法實現自動上下樓梯的功能，因此在室內的樓層之間搬運貨物就會顯得不便。

2 系統設計

樓梯貨物托運系統的硬件總體結構框如圖1所示，主要由最小單片機控制模塊、電機驅動模塊、電機正反轉模塊、樓梯貨物托運裝置、液壓模塊、HX711壓力傳感器模塊組成。整個系統采用鋰電池作為電源為其供電［1］，可實現樓梯貨物托運、物體測重報警功能。

2.1 單片機最小控制模塊的設計

本系統采用STC89C52為控制模塊的主控系統。STC89C52雖采用傳統的處理內核，但其工作性能高、能源浪費較少且擁有較高的可編程存儲器和8位CMOS微控制器，同時又在STC89C51的技術上做了諸多改進，使得STC89C52在應用時具有更高的靈活性及更高的處理速度。

2.2 電機驅動模塊的設計

本次設計以無刷直流電機作為主要驅動裝置，采用將定子作為電樞繞組。其轉子采用磁體作為其原材料。如果整個系統采用直流電源給電機進行供電，由于其磁場內變化為0，因此不能正常工作運行。若要電機正常工作，則需對轉子持續進行檢測，根據檢測結果的不同來改變電源供給情況［2］，從而使得電機運行。

直流無刷驅動器包括電源部和控制部兩部分。其中，電源部主要提供三相電源給電機，而控制部則需根據需求轉換輸入電源頻率。電源部可以采取兩種方式接入電流，其一為直流電（大部分是24 V），其二為交流電。由于電機驅動模塊主要采用交流電進行供電，因此需要再引入轉換器裝置來進行交直流轉換。由于在電機里設有霍爾傳感器［3］，因此控制部利用PWM對換流器和晶體管等的各種特性進行調制后對電機的轉速進行控制。

無刷直流電機驅動原理如圖2所示。

2.3 電機正反轉模塊的設計

電機的正反轉控制主要用來控制貨物搬運裝置的前進以及后退。具體高電平與低電平和電機運作的關系如表1所示。

2.4 液壓模塊的設計

本次貨物搬運設計根據項目實際情況，考慮到諸多方面的問題，最終選擇液壓裝置。由于電液推桿是以電動機作為動力源的一種機電液一體化的裝置［4］。其工作原理是為了實現推桿的外行和內行操作，需要接通電機控制電源，這樣在保證能源供給的情況下，液壓油會對部內裝置輸出，并且經過閥門控制返回油缸內。

過載自動保護功能：在電液推桿正常運作的情況下，若有外力導致的活塞桿壓力高過臨界點，而電機卻依舊運行，這時保護系統會自行工作，打開溢流閥，實現液體保護，防止馬達燃燒。

電壓推桿的自鎖功能：電液推桿中存在自鎖功能。當出現緊急情況時，自鎖設計就會使得電機暫停工作，活塞桿卡死且油壓恒定不再上升。

2.5 HX711壓力傳感器模塊的設計

壓力傳感器在工業實踐應用中十分廣泛，可應用于多種復雜工作環境。它最大的作用是將有壓力感應器件產生的信號輸出為電信號形式。本次設計應用的是HX711壓力傳感器，在搬運裝置上無重物時，壓力傳感器受力為0，壓力墊位置低，在接通電源放置重物后，裝置開始工作。測力點檢測到的壓力P達到設定閾值時，蜂鳴器發聲報警，電機斷電，解除壓力隱患后按下開關即可繼續正常工作［5］，結構如圖3所示。

2.6 樓梯貨物托運系統流程

樓梯貨物托運裝置在放上貨物時，HX711壓力傳感器模塊會檢測物體的重量。如果未超重，電機驅動模塊、液壓裝置模塊和正反轉裝置模塊會正常運轉，實現貨物在樓梯間托運。如果物體超重，蜂鳴器會發出警報，只有在解除壓力隱患后，重新按下開關，方可繼續工作。樓梯貨物托運裝置流程如圖4所示。

3 結語

本次設計的樓梯貨物托運裝置主要應用于狹窄地形或樓梯間重物的搬運，對于個人日常生活搬運重物或者是搬家公司進行工作都有著很大的幫助，提高了上下樓梯搬運重物的安全性。本裝置只需一人跟隨，節約勞動力。選用無刷直流電機作為核心部件結合液壓裝置等，使搬運裝置可以正常運行。加上壓力傳感器，結合蜂鳴器報警，消除了貨物超重的安全隱患。因自身知識水平以及原材料采集能力有限，故本次設計內容的樓梯貨物搬運裝置仍有很大的改進空間。

參考文獻

［1］李思茹.機場自助托運服務系統設計研究［D］.北京：北京化工大學，2021.

［2］羅燦，鄧黎萍，王續喬，等.自助行李托運設備在線監測系統的設計及應用［J］.空運商務，2019（11）：56-59.

［3］白鳳磊.機場托運車車架專用翻轉機設計［D］.保定：河北農業大學，2018.

［4］郭素紅.某機場自助行李托運系統的設計與實現［D］.廈門：廈門大學，2017.

［5］姜文濤，張壯，劉萬軍.基于視覺目標跟蹤的行李托運系統設計與實現［J］.遼寧工程技術大學學報（自然科學版），2017（8）：876-882.

（編輯 王永超）

Design of the stair goods consignment system

Shi? Zhuang， Cheng? Weiwei， Xia? Baihua

（School of Electronic and Electrical Engineering， Anhui Sanlian University， Hefei 230601， China）

Abstract： When the goods or heavy items were transported up and down the stairs， especially in some older residential buildings， the floors were not too high and there was no elevator installation， and more or less in the transportation of goods or heavy items would encounter some difficulties. It was necessary to design the cargo stair for consignment. In order to save manpower and avoid accidents， the design of stair cargo transport was based on some walk-up floors and needed to carryout large cargo or articles transportation. It could carry goods up and down stairs in a complex environment. Of course， ground transportation was included. Stair cargo carrier of this paper carried brushless motor and hydraulic transmission device to help us transport goods better and more labor-saving.

Key words： stair goods consignment; single-chip microcomputer; STC89C52