景區(qū)自動清掃車控制系統(tǒng)設(shè)計

周慧 賴奕彬 林永剛 馬或

摘要：景區(qū)自動清掃車，可在夜間等時段完成景區(qū)道路清掃任務(wù)。車體啟動運行后，運行電機和清掃電機開始工作，車沿道路向前行駛。溫濕度傳感器檢測環(huán)境溫濕度值后，控制器根據(jù)設(shè)定開啟噴水閥門。車體運動靠角度傳感器、超聲波傳感器、紅外傳感器共同采集數(shù)據(jù)，結(jié)合GPS定位，共同確定運動路徑。溫度及煙感傳感器檢測周圍環(huán)境，如發(fā)現(xiàn)有高溫濃煙點，通過GSM短信將GPS定位數(shù)據(jù)發(fā)向控制中心進行報警。車體上安裝了太陽能采集板，利用太陽能對蓄電池進行儲能，供控制系統(tǒng)使用。

關(guān)鍵詞：STM32單片機;自動清掃;溫濕檢測;報警系統(tǒng);太陽能系統(tǒng)

中圖分類號：TP302 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）08-0084-02

1 背景

現(xiàn)在的景區(qū)清掃工作，需要人工完成。目前，人工清掃車已經(jīng)投入使用，但有些景區(qū)道路多且長，清掃人員需要花費很多時間和氣力，難以做到天天清掃，從而影響景區(qū)美觀。自動清掃車可有效地解決這一問題，它能代替人工勞動，擅長在無人或夜間完成道路清掃工作，免除交通事故。同時，其自身的監(jiān)控設(shè)施，還能報告火警，道路阻斷等，有利景區(qū)安全。自動清掃車的“大腦”，是它的控制系統(tǒng)，起著關(guān)鍵作用。以下我們從控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件、軟件等方面，對它進行介紹。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

景區(qū)自動清掃車控制系統(tǒng)，由車體控制器、運行電機、清掃電機、多種傳感器、定位檢測、遠程報警、太陽能電源模塊等組成。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖l所示。本清掃車針對有人駕駛清掃車功能改造而成，增添自動控制功能，完成景區(qū)道路清掃任務(wù)。車體啟動運行后，運行電機和清掃電機開始工作，車沿道路向前行駛。溫濕度傳感器檢測環(huán)境溫濕度值后，根據(jù)設(shè)定開啟噴水閥門向路面灑水。車體運動靠角度傳感器、超聲波傳感器、紅外傳感器共同采集數(shù)據(jù)，結(jié)合定位數(shù)據(jù)，共同確定運動路徑。溫度及煙感傳感器檢測周圍環(huán)境，如發(fā)現(xiàn)有高溫濃煙點，通過遠程報警將檢測定位點發(fā)向控制中心進行報警。車體上安裝了太陽能采集板，利用太陽能對蓄電池進行儲能，供控制系統(tǒng)使用。

3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

景區(qū)自動清掃車控制系統(tǒng)硬件組成如圖2所示。由于系統(tǒng)需要采集與控制的對象較多，本系統(tǒng)采用兩片單片機構(gòu)成雙核控制系統(tǒng)，兩芯片間通過串口進行數(shù)據(jù)傳輸。

單片機1可采用51系列單片機，主要完成路況檢測，由角度檢測（三軸陀螺儀）MPU6050傳感器檢測路面坡度、前后左右四個超聲波測距傳感器檢測四個方向的障礙物距離、四個角的避障紅外傳感器GP2YOA21檢測阻礙情況。通過這些傳感器的檢測，單片機1將數(shù)據(jù)傳輸給單片機2，控制車體運動速度及方向。 單片機2采用STM32系列單片機，接收到路況數(shù)據(jù)后，控制運行電機調(diào)整轉(zhuǎn)速及運動方向。溫濕度傳感器采用DHT-21，檢測環(huán)境溫濕度值后，根據(jù)設(shè)定開啟噴水閥門向路面灑水。煙感傳感器采用MQ-2，檢測周圍環(huán)境，與溫度值配合，如發(fā)現(xiàn)有燃燒點，將GPS器件NE0-6M-O-O01所測的定位數(shù)據(jù)通過GSM器件TC35i向控制中心報警。當(dāng)景區(qū)無人或夜間，清掃車每天定時啟動清掃。如超定時間隔，GPS定位數(shù)據(jù)沒有變化，說明清掃車不能運動出現(xiàn)故障，也通過GSM短信向控制中心報警。

4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件分為路況檢測和車輛控制兩部分，路況檢測軟件流程如圖3所示，車輛控制軟件流程如圖4所示。

4.1 路況檢測軟件

單片機1工作后，路況檢測軟件初始化，系統(tǒng)循環(huán)檢測角度、超聲、紅外傳感器，將讀取的數(shù)據(jù)按約定協(xié)議轉(zhuǎn)換后，通過串口定時發(fā)送給單片機2。通過以上傳感器綜合檢測，如遇道路阻斷等情況，也向主控單片機2發(fā)送道路故障數(shù)據(jù)。

4.2 車輛控制軟件

單片機2工作后，車輛控制軟件初始化。

1）系統(tǒng)循環(huán)檢測環(huán)境溫濕度，當(dāng)環(huán)境溫度高于5℃，濕度較低空氣干燥時，單片機2控制閥門開啟，車輛行進時對道路進行灑水;

2）煙感傳感器檢測周圍環(huán)境，如發(fā)現(xiàn)有高溫濃煙點，通過GSM短信將GPS定位數(shù)據(jù)發(fā)向控制中心進行報警;

3）如超定時間隔，GPS定位數(shù)據(jù)沒有變化，說明清掃車不能運動，有故障，通過GSM短信向控制中心報警;

4）清掃車具有路徑學(xué)習(xí)記憶功能，可根據(jù)設(shè)定，定時存儲清掃路徑的GPS定位數(shù)據(jù)及路況檢測數(shù)據(jù);

5）清掃車正常運行后，定時接收單片機l傳送來的路況檢測數(shù)據(jù)，結(jié)合GPS定位數(shù)據(jù)，軟件系統(tǒng)首先將這些數(shù)據(jù)與學(xué)習(xí)記憶過的數(shù)據(jù)進行對比，如偏差在范圍內(nèi)，車輛可正常行駛，如偏差較大，需要分析這些實時數(shù)據(jù)，對車速及運行方向進行調(diào)整，按照固定路徑運行完成清掃任務(wù);

6）接收單片機1發(fā)來的道路故障數(shù)據(jù)，向控制中心發(fā)出GPS定位的道路故障信息，并控制清掃車返程清掃，回到停車場;

7）液晶屏顯示當(dāng)前環(huán)境中的溫濕度、煙霧濃度、定位數(shù)據(jù)、運行車速等。

5 結(jié)束語

本設(shè)計只搭建了景區(qū)自動清掃車控制系統(tǒng)的理論框架，是其基本功能的來源。在此基礎(chǔ)上，人們還可以根據(jù)特定功能需要，進行結(jié)構(gòu)微調(diào)，如增加攝像頭，用于道路的前瞻分析及異常情況報警;車與車之間增加車聯(lián)網(wǎng)通信，使控制中心統(tǒng)一調(diào)動多輛清掃車，同時完成較大區(qū)域的清掃任務(wù)等。下一步需要考慮的是，該控制系統(tǒng)與自動清掃車其他子系統(tǒng)的結(jié)合。限于能力和時間，將此留待日后討論。

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【通聯(lián)編輯：謝媛媛】

收稿日期：2020-01-25

作者簡介：周慧（1999-），女，遼寧大連人，大連理工大學(xué)城市學(xué)院電子信息工程本科在讀，研究方向電子產(chǎn)品開發(fā);賴奕彬（1999-），男，廣西欽州人，大連理工大學(xué)城市學(xué)院電子信息工程本科在讀，研究方向電子產(chǎn)品開發(fā);林永剛（1998-），男，遼寧大連人，大連理工大學(xué)城市學(xué)院電子信息工程本科在讀，研究方向電子營銷;馬或，女，大連理工大學(xué)城市學(xué)院電子信息工程教研室主任。