基于STM32微控制器的無線遙控卸扣設(shè)計(jì)

李浩正 陳良展 李佳靜 徐韶蓮

摘? ?要：文章設(shè)計(jì)了一種銷軸拆卸裝置。使用遙控器無線遙控自動(dòng)卸扣，工作人員可在地面操作，不需要工作人員高空作業(yè)，降低卸扣的安全隱患。采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋傳動(dòng)，解決了人工多次敲擊造成軸銷端面變形的問題，因此拆卸下來的軸銷可以再次使用，降低了維護(hù)成本。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì);自動(dòng)控制;STM32微控制器

隨著我國建筑行業(yè)的發(fā)展，房屋的高度逐漸增加，高空吊裝已經(jīng)取代了原有的人工搬運(yùn)作為建筑材料的主要運(yùn)送方式。但是大多數(shù)情況下，吊裝完成后需要人工爬到空中手動(dòng)拆卸卸扣銷軸，高空操作難度較高、平衡難掌握等一些列問題的存在，對(duì)工人的安全存在著巨大的威脅，并且卸扣需要人工多次重復(fù)同一動(dòng)作來進(jìn)行，效率低下、勞動(dòng)強(qiáng)度大。為了解決該問題，本文在日常使用的卸扣基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一款可通過無線遙控拆卸的卸扣。

1? ? 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)械系統(tǒng)主要由卸扣主體、電機(jī)、控制板3部分組成，具體如圖1所示。

圖1中，左側(cè)為電機(jī)與電機(jī)支撐架，中部為螺桿定位連接裝置與控制板部分和電源，電機(jī)與該區(qū)域通過法蘭連接，電力線路通過內(nèi)壁開孔與電機(jī)相連右側(cè)為卸扣主體。

中部為核心機(jī)構(gòu)，由螺母、螺桿、螺母支撐組成。當(dāng)機(jī)器開始起吊設(shè)備時(shí)，因?yàn)槁輻U與卸扣本體通孔為間隙配合，其受力面積小、擠壓應(yīng)力大，所以在卸扣本體的左端面開有燕尾槽、螺母支撐的右端面加工燕尾滑塊，其方向沿受力布置。當(dāng)螺桿受力時(shí)，螺母支撐帶著螺母、螺桿沿受力方向移動(dòng)，使得螺桿與卸扣本體通孔充分接觸，擴(kuò)大受力面積，完成起吊設(shè)備的作業(yè)。

當(dāng)設(shè)備到達(dá)指定位置，工作人員可以在地面按動(dòng)遙控器，控制板接收到指令給驅(qū)動(dòng)電機(jī)通電。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的空心轉(zhuǎn)子裝在螺母上，定子裝在螺母支撐上，當(dāng)電機(jī)通電時(shí)，在螺母上施加力矩。螺母支撐內(nèi)開有球面孔，螺母外表面加工為球面，螺母支撐與螺母之間形成球副，當(dāng)螺母受到力矩時(shí)將產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)。由于螺母與螺桿之間螺紋連接形成螺旋傳動(dòng)，將轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)。螺母支撐的球面孔兩側(cè)為與螺桿間隙配合的通孔，通孔半徑小于球面孔半徑，將螺母壓入螺母支撐的球面孔后，限制了螺母的軸向移動(dòng)，所以螺桿將沿著軸線退出卸扣本體的通孔，完成自動(dòng)卸扣的作業(yè)。

2? ? 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1? 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

卸扣驅(qū)動(dòng)板，卸扣驅(qū)動(dòng)板主控選擇STM32F103C8T6，無線通信模塊采用LORA通信模塊，型號(hào)為E64-433T20S，電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案采用IR2104+IR7843方案，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案驅(qū)動(dòng)電流大、反轉(zhuǎn)速度快，且IR7843該種MOS芯片能夠有效防止電流過大帶來的危害。整體思路為引出主控芯片的PWM引腳，與IR2104對(duì)應(yīng)引腳相連，通過IR2104將PWM信號(hào)放大，進(jìn)而控制IR7843這顆MOS芯片的開關(guān)程度，使得電機(jī)以不同的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。LORA模塊通過UART接口與主控芯片相連，用于接收遙控器的命令。無線遙控板主控和通信模塊同上，增加一塊1.8寸TFT屏幕，用于顯示工作狀態(tài)以及有關(guān)的參數(shù)，增加5個(gè)按鍵，通過IO口直連主控芯片，通過按鍵進(jìn)行電機(jī)的啟停以及轉(zhuǎn)速的控制。

2.2? 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)整體程序使用ST公司提供庫函數(shù)編寫，簡化了開發(fā)難度。

卸扣驅(qū)動(dòng)板程序結(jié)構(gòu)為上電后對(duì)所需要用到的模塊進(jìn)行初始化配置，檢測(cè)與無線控制板連接，連接正常后向控制板發(fā)回信息，建立握手關(guān)系。開始進(jìn)入循環(huán)執(zhí)行程序階段，在該階段內(nèi)，通過來自控制板的指令來選擇對(duì)應(yīng)的PWM波輸出，進(jìn)而控制電機(jī)的行進(jìn)與加速減速。指令信息在串口中斷程序中接收。

無線控制板程序結(jié)構(gòu)為上電后對(duì)所需要用到的模塊進(jìn)行初始化配置，檢測(cè)與卸扣驅(qū)動(dòng)板連接，連接正常后等待卸扣驅(qū)動(dòng)板發(fā)送回信息，建立握手關(guān)系。開始進(jìn)入循環(huán)執(zhí)行，在循環(huán)中通過IO口接收按鍵信息，判斷按鍵指令的類別，并通過串口向卸扣驅(qū)動(dòng)板發(fā)送對(duì)應(yīng)的指令。

3? ? 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的無線遙控卸扣在實(shí)驗(yàn)測(cè)試中達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，解決了傳統(tǒng)吊裝作業(yè)時(shí)作業(yè)工人拆卸速度緩慢、工作環(huán)境不安全等問題，但也存在一些弊端，比如在帶電環(huán)境下使用時(shí)，若周圍存在較大電流電壓或者磁場干擾，卸扣的通信之間存在一定誤碼情況，這可能是由于屏蔽未處理是接下來研究應(yīng)著重解決的問題。

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