景区自动清扫车控制系统设计

周慧 赖奕彬 林永刚 马或

摘要：景区自动清扫车，可在夜间等时段完成景区道路清扫任务。车体启动运行后，运行电机和清扫电机开始工作，车沿道路向前行驶。温湿度传感器检测环境温湿度值后，控制器根据设定开启喷水阀门。车体运动靠角度传感器、超声波传感器、红外传感器共同采集数据，结合GPS定位，共同確定运动路径。温度及烟感传感器检测周围环境，如发现有高温浓烟点，通过GSM短信将GPS定位数据发向控制中心进行报警。车体上安装了太阳能采集板，利用太阳能对蓄电池进行储能，供控制系统使用。

关键词：STM32单片机;自动清扫;温湿检测;报警系统;太阳能系统

中图分类号：TP302 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）08-0084-02

1 背景

现在的景区清扫工作，需要人工完成。目前，人工清扫车已经投入使用，但有些景区道路多且长，清扫人员需要花费很多时间和气力，难以做到天天清扫，从而影响景区美观。自动清扫车可有效地解决这一问题，它能代替人工劳动，擅长在无人或夜间完成道路清扫工作，免除交通事故。同时，其自身的监控设施，还能报告火警，道路阻断等，有利景区安全。自动清扫车的“大脑”，是它的控制系统，起着关键作用。以下我们从控制系统结构、硬件、软件等方面，对它进行介绍。

2 系统结构

景区自动清扫车控制系统，由车体控制器、运行电机、清扫电机、多种传感器、定位检测、远程报警、太阳能电源模块等组成。

系统结构如图l所示。本清扫车针对有人驾驶清扫车功能改造而成，增添自动控制功能，完成景区道路清扫任务。车体启动运行后，运行电机和清扫电机开始工作，车沿道路向前行驶。温湿度传感器检测环境温湿度值后，根据设定开启喷水阀门向路面洒水。车体运动靠角度传感器、超声波传感器、红外传感器共同采集数据，结合定位数据，共同确定运动路径。温度及烟感传感器检测周围环境，如发现有高温浓烟点，通过远程报警将检测定位点发向控制中心进行报警。车体上安装了太阳能采集板，利用太阳能对蓄电池进行储能，供控制系统使用。

3 控制系统硬件设计

景区自动清扫车控制系统硬件组成如图2所示。由于系统需要采集与控制的对象较多，本系统采用两片单片机构成双核控制系统，两芯片间通过串口进行数据传输。

单片机1可采用51系列单片机，主要完成路况检测，由角度检测（三轴陀螺仪）MPU6050传感器检测路面坡度、前后左右四个超声波测距传感器检测四个方向的障碍物距离、四个角的避障红外传感器GP2YOA21检测阻碍情况。通过这些传感器的检测，单片机1将数据传输给单片机2，控制车体运动速度及方向。 单片机2采用STM32系列单片机，接收到路况数据后，控制运行电机调整转速及运动方向。温湿度传感器采用DHT-21，检测环境温湿度值后，根据设定开启喷水阀门向路面洒水。烟感传感器采用MQ-2，检测周围环境，与温度值配合，如发现有燃烧点，将GPS器件NE0-6M-O-O01所测的定位数据通过GSM器件TC35i向控制中心报警。当景区无人或夜间，清扫车每天定时启动清扫。如超定时间隔，GPS定位数据没有变化，说明清扫车不能运动出现故障，也通过GSM短信向控制中心报警。

4 控制系统软件设计

系统软件分为路况检测和车辆控制两部分，路况检测软件流程如图3所示，车辆控制软件流程如图4所示。

4.1 路况检测软件

单片机1工作后，路况检测软件初始化，系统循环检测角度、超声、红外传感器，将读取的数据按约定协议转换后，通过串口定时发送给单片机2。通过以上传感器综合检测，如遇道路阻断等情况，也向主控单片机2发送道路故障数据。

4.2 车辆控制软件

单片机2工作后，车辆控制软件初始化。

1）系统循环检测环境温湿度，当环境温度高于5℃，湿度较低空气干燥时，单片机2控制阀门开启，车辆行进时对道路进行洒水;

2）烟感传感器检测周围环境，如发现有高温浓烟点，通过GSM短信将GPS定位数据发向控制中心进行报警;

3）如超定时间隔，GPS定位数据没有变化，说明清扫车不能运动，有故障，通过GSM短信向控制中心报警;

4）清扫车具有路径学习记忆功能，可根据设定，定时存储清扫路径的GPS定位数据及路况检测数据;

5）清扫车正常运行后，定时接收单片机l传送来的路况检测数据，结合GPS定位数据，软件系统首先将这些数据与学习记忆过的数据进行对比，如偏差在范围内，车辆可正常行驶，如偏差较大，需要分析这些实时数据，对车速及运行方向进行调整，按照固定路径运行完成清扫任务;

6）接收单片机1发来的道路故障数据，向控制中心发出GPS定位的道路故障信息，并控制清扫车返程清扫，回到停车场;

7）液晶屏显示当前环境中的温湿度、烟雾浓度、定位数据、运行车速等。

5 结束语

本设计只搭建了景区自动清扫车控制系统的理论框架，是其基本功能的来源。在此基础上，人们还可以根据特定功能需要，进行结构微调，如增加摄像头，用于道路的前瞻分析及异常情况报警;车与车之间增加车联网通信，使控制中心统一调动多辆清扫车，同时完成较大区域的清扫任务等。下一步需要考虑的是，该控制系统与自动清扫车其他子系统的结合。限于能力和时间，将此留待日后讨论。

参考文献：

[1]高慧芳.单片机原理与系统设计[D].杭州：杭州电子科技大学，2008： 124-174.

[2]韦伟，周凌翱，刘青.一种便携式的红外测距系统[J].电子设计工程，2011，19（21）：40-42.

[3]库志强，张锡兵，杨扬.基于单片机的温湿度控制系统[J].机电信息，2006（12）：24-26.

[4]周祖茗，王名发.液晶显示模块LCD1602的接口设计及编程技巧[J].内江科技，2009（11）：53-56.

【通联编辑：谢媛媛】

收稿日期：2020-01-25

作者简介：周慧（1999-），女，辽宁大连人，大连理工大学城市学院电子信息工程本科在读，研究方向电子产品开发;赖奕彬（1999-），男，广西钦州人，大连理工大学城市学院电子信息工程本科在读，研究方向电子产品开发;林永刚（1998-），男，辽宁大连人，大连理工大学城市学院电子信息工程本科在读，研究方向电子营销;马或，女，大连理工大学城市学院电子信息工程教研室主任。