目錄前言…………………………11引言……………21.1選題的意義………………………21.2高層建筑外墻清洗機發展概況…………………21.3高層建筑外墻清洗機的應用……………………31.4高層建筑外墻清洗機的前景……………………32單片微型計算機及其應用………42.1單片微型計算機…………………42.2單片機的發展概況………………42.3單片微型計算機的分類……………52.4單片機的特點……………………62.5單片機應用………………………63對課題的分析及方案的確定…………83.1本課題要研究或解決的問題…………………83.2擬采用的研究手段及途徑……………………83.3對清洗機機械結構的分析……………………93.4清洗機的主要工作過程及原理………………93.5控制系統工作方案的可選類型…………………103.6控制系統總體……………………104控制軟件的實現………………134.1軟件的編程工具介紹……………134.2軟件的結構……………………154.3控制系統軟件程序的實現……………………195硬件系統的實現…………205.1軟件對硬件的要求……………205.2控制系統硬件的組成以及清洗機的性能特點………………215.3控制部分工作原理……………225.4驅動部分工作原理……………235.5電機型號及參數的選擇及驅動器件…………235.6主要驅動器件的選擇…………25結束語………………27致謝…………………………29參考文獻……………………30

畢業設計說明書（論文）中文摘要清洗機主要是解決實際生活中的高空清洗問題。隨著社會的發展和經濟的進步，人工清洗越來越不可取，因此設計了一種高層建筑外墻清洗機。此清洗機借鑒了國內外合理的先進設計方案。該機主要由樓頂的伺服懸吊系統和清洗機主機部分組成。樓頂的伺服懸吊系統在樓頂上預裝的軌道上行走，可使懸吊的清洗機主機部件實現縱洗和橫洗；清洗機主機利用風壓使之貼在墻壁上，通過盤刷和滾刷完成清洗墻面的工作。這些動作是由自動控制系統實現的。清洗機采用單片機自動控制，一共有兩個單片機，一個是主控，一個是受控，主控單片機安裝在伺服懸吊系統上，受控單片機安裝在清洗機主機上，主控單片機向受控單片機發送信息，受控單片機不需要向主控單片機作出反饋。通過單片機實現清洗機的自動控制。關鍵詞：高層建筑清洗機自動控制系統本科畢業設計說明書（論文）第Ⅰ頁共Ⅱ頁畢業設計說明書（論文）外文摘要Title:DesignformainframeofIntelligentiedoutside-wallcleaningmachineinhigh-risebuildingAbstractCleaningMachineismainlytoresolvethepractical-lifeproblemsofhigh-altitudecleansing.Withthedevelopmentofthesocietyandeconomicprogress,artificialcleaningisincreasinglyundesirable,soahigh-risebuildingwallwashingmachinehasbeenmade.Thiscleaningmachinetakesthereasonableadvanceddesignfromhomeandabroad.Theaircraftismainlycomposedofservosuspensionsystemwhichisfromtheroofandmainframeofwashingmachine.Servosuspensionsystemcanrunonthepreparedtrackoftheroofwhichmakeshangingmainengineofwashingmachinerealizelongitudinalandtransversewashing;MainframeofCleaningMachineusingwindpressuretomakeitaffixedtothewalls,throughtheplatebrushesandrolledbrushestofinishtheworkofwall-cleaning.Thesemovesareallachieved(finished)bytheautomaticcontrolsystem.CleaningmachineappliesSCMself-control,whichhastwomicrocontrollers,oneisamaster,andtheotherisacontrolled,hostmcrocontrollerinstallsinservosuspensionsystem,themicrocontrollercontrolledwashingmachineinstallsinthemainframe,hostmicriocontrollerdeliveriesinformationtomicrocontrollercontrolled,microcontrollercontrolledisnoneedtogivefeedbacktohostmicrocontroller.Washingmachineself-controlisrealizedbyMCU.Keywords:High-riseBuildingsWashingmachinesAutomaticControlsystem前言隨著我國經濟建設的飛速發展，在一些大中城市中高層建筑如雨后春筍般拔地而起，為城市的形象增添了靚麗的一筆。但隨之而來的是這些高層建筑的清洗問題，如何能有效快速地清洗這些高層建筑呢？本機器的設計就很好地解決了這個問題。高層建筑由于尺寸高，給清洗工作帶來了極大的不方便。針對種種問題，本清洗機采用無人化清洗，自動清洗，自動供水，自動供清洗液。單片機系統控制，操作人員只需通過鍵盤即可操縱清洗機工作，而且在清洗過程中，清洗機能夠自動進行邊緣識別，可根據建筑樓層的具體情況選擇為縱洗或橫洗。本機的清洗效率較高，清洗效果良好，該清洗機投入生產后，將會成為一種理想的高層建筑清洗工具。本機器是通過對國內外同類產品考察比較后精心設計而成，使用穩定可靠，但不足之處在所難免，所以懇請老師、同學及各位同行提出寶貴意見。1引言1.1選題的意義城市集中體現了一個國家及一個地區的科技、經濟及文化發展水平的高低，而高層建筑則是一個城市面貌的核心內容。但是，隨著社會進步，工業化程度提高，由此導致的環境問題也日趨嚴重。在城市，這種問題更是突出。新建的大樓，沒經過幾天，明亮的色彩便成為灰朦朦一片，嚴重影響了城市的面貌。所以為了維護城市的面貌，保持良好的城市形象，高層建筑的清洗工作已經成為核心的問題。目前，我國各大城市的高層建筑清洗工作還是由人力完成，這類清洗工作主要由工人搭乘吊籃進行高空作業來完成，工人的工作環境惡劣，且有一定的危險性，工作效率低，成本高，耗時長。進入二十一世紀以來，隨著機器人技術的出現和迅速發展，人們迫切希望把這項危險程度高，工作環境差的工作交給機器人來完成，從而將人解放出來。清洗機器人的使用將大大降低高層建筑的清洗成本，改善工人的勞動環境，提高勞動生產率，勢必會帶來清洗的一次革命，其有相當的社會效益、經濟意義和廣闊的應用前景。時至今日，盡管有許多機器人研制成功，但都未走向產品化。本次畢業設計的題目是在中外各設計產品的基礎上對高層建筑外墻清洗機進行了進一步的開發、設計，爭取早日實現產品化。1.2高層建筑外墻清洗機發展概況高層建筑外墻壁面清洗機是特種機器人的一種，其必須具有兩個基本功能：即在壁面上的吸附功能和移動功能。由于建筑物表面的非導磁性，清洗壁面機器人多采用正壓和負壓兩種吸附結構，其中負壓吸附又稱為真空吸附，由風扇、真空泵、空氣壓縮機等使吸盤內產生負壓，依靠壓差將機器人吸附在墻面上。真空吸附式壁面移動機器人又可分為單吸盤和多吸盤兩種結構，單吸盤真空吸附壁面機器人可實現小型化，輕量化，且結構簡單，易于控制，多吸盤腳式壁面爬行機器人的吸附穩定可靠。九十年代最新研制成功的推進型壁面移動機器人，采用直升機原理，利用螺旋槳產生的高速氣流帶動機器人向上高速移動，螺旋槳所產生的推力與壁面大約成20度角，始終有指向壁面的推力從而實現機器人的吸附功能，使機器人可以緊貼壁面移動，有一定的越障能力。目前，已有報道的高層建筑擦窗機還有以下幾種：日本BE公司研制成功的一種固定軌道式全自動擦窗機器人，靠安裝在樓頂的軌道及懸吊系統使擦窗機對準窗口，沿安裝在建筑物表面的導槽垂直上下移動進行自動清洗。北京航空航天大學與北京鐵路局合作研制的擦窗樣機，有八個吸盤，采用“十”字框架式結構，上有驅動裝置，可驅動兩框架做相對運動以實現壁面機器人在墻面上沿X,Y方向移動。上海科技大學機器人研究所研制的雙足式爬壁機器人，與步行式兩足機器人比較，結構較為簡單，省略膝關節，通過腳腕的傾斜和圓規角的開閉適當組合起來，即可翻越一定的臺階，對諸多復雜環境具有適應性。1.3高層建筑外墻清洗機的應用以壁面機器人為載體，配以專用的清洗機構，可以適應不同壁面機構。在國內，壁面機器人起步較晚，但發展很快。各種形式的擦窗機器人都有所應用，但到目前為止，還沒有一種完善的機型能夠適應多種外墻面。1.4高層建筑外墻清洗機前景高層建筑是現代文明的標志之一，其外觀形象很重要，故其清洗問題亟待解決。由于清洗工作環境及任務的特殊性，清洗爬壁機器人的總體設計要求相當苛刻。其總的設計原則：減輕重量，降低造價，安全可靠，能適應多種建筑物表面，且要有足夠高的清洗效率。從清洗機的工作環境來看，其主機可能有兩個發展方向：其一：適應于平整瓷磚和玻璃幕墻清洗，它結構簡單，易于控制，屬小型輕量化。其二：適應于復雜墻面，如階梯墻面，壁面多窗戶的墻面清洗，它的結構、動作、控制都很復雜。2單片微型計算機及其應用2.1單片微型計算機單片微型計算機（SingleChipMicrocomputer）簡稱單片機，又稱微控制器（MicrocontrollerUnit）或嵌埋式控制器（EmbeddedController）。它是將計算機的基本部件微型化，使之集成在一塊芯片上的微機。片內含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定時器/計數器、中斷控制、系統時鐘及系統總線等。2.2單片機的發展概況單片機的發展歷史并不長。1970年微型計算機研制成功后，隨后就出現了單片機。美國Intel公司1971年生產的4位單片機4004和1972年生產的雛形8位單片機8008問世以來，短短的幾十年，經歷了幾次更新換代的發展，大致可以分為三個階段。第一階段（1975～1977年）4位和低性能8位單片機的發展階段。以Intel公司推出MCS-48單片機為代表，片內集成有8位CPU、并行I/O口、8位定時器/計數器和容量有限的RAM、ROM存儲器，并具有簡單的中斷功能，但無串行口。隨后其他公司爭相推出各自的單片機，如GI公司推出PIC1650系列單片機，Rokwell公司推出了與6502微處理器兼容的RG500系列單片機。第二階段（1978～1981）為高性能8位單片機發展階段。1978年，motorola公司推出M6800系列單片機，Zilog公司推出Z8系列單片機。1980年，Intel公司在MCS-48系列單片機基礎上又推出了高性能的MCS-51系列單片機。這類單片機均帶有串行I/O口，其定時器/計數器為16位，片內存儲器容量都相應增大，并有中斷優先級處理功能。第三階段（1982年至今）為16位單片機的推出以及8位單片機繼續提高。1982年，Mostek公司和Intel公司先后推出了比8位單片機性能更高的16位單片機MK68200和MCS-96系列，NS公司和NEC公司也分別推出了16位單片機HPC16040和MPD783XX系列。1987年，Intel公司宣布研制出比8096高一檔的CHMOS型16位單片機80C196。1988年，該公司推出8098單片機，它類似于8088微處理器，CPU內部數據總線為16位，外部數據總線為8位，便于推廣使用。與次同時，各計算機公司對8位單片機不斷提高性能并開發新的產品，如：擴大片內存儲器容量，增加定時器，加強中斷功能，采用CHMOS工藝設計出低功耗8位高檔單片機，將16位單片機的某些功能—高速輸出、脈寬調制等植入8位單片機中。除了通用單片機以外，還有專用單片機產品，如專門用于數據處理（圖象和語言處理等）的單片機。目前，8位高檔單片機和16位單片機在單片機中占主導地位，已有幾使個系列、幾百個型號，此外，32位單片機也已面世。盡管目前單片機的品種很多，但其中最具有典型性的當屬Intel公司的MCS-51系列單片機。MCS-51是在MCS-48的基礎上于20世紀80年代初發展起來的，由于具有品種全、兼容性強、軟硬件資料豐富、高性能價格比的特點而應用最廣。2.3單片微型計算機的分類根據發展情況單片機可以劃分為以下幾種：2.3.1按可適用范圍劃分為通用型與專用型。通用型把可開發資源全部提供給使用者，它并不是為某一種專門用途設計的單片機；專用型是針對某一類產品甚至某個產品需要而設計、生產的單片機。如為滿足電子體溫計的要求，在片內集成有熱敏電阻、ADC接口和段式液晶驅動器接口的溫度計量控制用單片機以及錄音機機芯控制器等。2.3.2按是否提供并行總線分為總線型與非總線型。總線型設置有DB、AB、CB三種引腳，用于擴展并行外圍器件；非總線型的外圍器件通過串行接口連接。2.3.3按大致的應用領域分為工控型與家電型。工控型滿足工業控制用機；家電型多數為專用單片機。2.3.4按含有的ROM形式分為以下幾種類型：內含廠家已用掩膜編好程序的ROM。屬專用單片機，ROM內的程序已在出廠前固化好，不可改變。內含EPROM。屬通用型單片機，芯片帶有透明窗口，可通過紫外線擦除存儲器中的程序代碼。用戶可將自己的程序寫入其中。無ROM，需外接EPROM，如8031、8098等OTPROM供應狀態。這是用戶可一次性編程寫入的程序存儲器供應狀態。用戶可通過專用寫入器將應用程序寫入OTPRM中，但只允許寫入一次。2.4單片機的特點單片機具有以下特點：2.4.1受集成度的限制，片內存儲容量較小。ROM一般小于8KB，RAM小于256B；可在外部擴展，通常ROM、RAM可分別擴展至64KB。2.4.2可靠性高。芯片是按照工業測控環境要求設計的，其抗工業噪聲干擾能力優于一般的通用CPU；程序指令、常數、表格固化在ROM中不易被破壞；許多信號通道均在一個芯片內，可靠性高。2.4.3易擴展。片內具有計算機正常運行所必需的部件。芯片外部有許多供擴展用的總線及并行、串行輸入輸出管腳，很容易構成各種規模的計算機應用系統。2.4.4控制功能強。為了滿足工業控制的要求，一般單片機的指令系統中均有極其豐富的條件分支轉移指令、I/O口的邏輯操作及位處理指令。一般說來，單片機的邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微處理器。2.4.5體積小、功耗低、價格便宜、易于產品化。2.5單片機應用單片機是為了實現控制功能而設計的一種微型計算機，它的應用首先是控制功能，其實現手段是采用嵌入方式，即嵌入到對象環境中作為一個智能化控制單元。由于被控對象種類繁多，應用也非常廣泛，下面只介紹一些典型的應用領域。2.5.1家用電器領域目前過內外各種家用電器已普遍采用單片機取代傳統的電路控制，如洗衣機、電冰箱、空調、微波爐、電視機、錄象機、視頻音像等設備，甚至很多高級玩具也使用了單片機。2.5.2辦公自動化領域辦公自動化的大量通信、信息產品大多采用了單片機，如通用的計算機系統中的鍵盤譯碼、磁盤驅動、打印機、繪圖儀、復印機、電話、傳真機、考勤機等。2.5.3智能儀表用單片機改造原有的測量、控制儀表，能促使儀表向數字化、智能化、多功能化、綜合化及柔性化的方向發展，并使長期以來測量儀表中的誤差修正和線性化處理等難題迎刃而解。由單片機構成的智能儀表，集測量、處理、控制功能于一體，不僅提高了自動化程度和精度，而且具有各種智能化的功能，如存儲、數據處理、判斷、語音、聯網等。2.5.4工業自動化工業過程測控系統、自適應控制系統以及數據采集系統、機電一體化控制系統等，許多都是以單片機為核心的單機或多機網絡系統。單片機與傳統的機械產品想結合，使傳統的機械產品結構簡化、控制智能化，構成了新一代的機電一體化產品。2.5.5智能接口在計算機系統，特別是在較大型的工業測控系統中，有許多外部通信、采集、多路分配管理以及驅動控制等接口。這些外部設備與接口，如果完全由主機進行管理，勢必造成主機負擔過重，降低系統的運行速度及接口的管理水平。如果用單片機進行接口的控制與管理，單片機與主機并行工作，使系統的運行速度大大提高。另一方面，由于單片機可對接口信息進行串行加工處理，也就可以大量減少接口界面的通信密度。例如，在大型數據采集系統總，用數字濾波、線性化處理及誤差修正等。在通信接口中采用單片機，可以對數據進行編碼、解碼、分配以及接收/發送等工作。2.5.6其他應用領域單片機除了上述應用外還廣泛應用于商業流通領域、醫療設備領域、汽車電子及航空航天電子領域等。單片機的應用從根本上改變了傳統控制系統設計思想和設計方法，以前必須由模擬電路和數字電路實現的大部分控制功能現在已能使用單片機通過軟件方法實現。這種以軟件取代硬件，并能提高系統性能的控制技術，稱之為微控制技術。隨著單片機應用技術的推廣普及，微控制技術必將不斷的發展完善。3對課題的分析及方案的確定3.1本課題要研究或解決的問題3.1.1實現清洗主機行走邊緣識別的功能；3.1.2清洗主機橫向行走的控制；3.1.3清洗主機行走速度控制和伺服懸吊系統行走速度控制；3.1.4橫向清洗和縱向清洗如何轉換；3.1.5伺服懸吊系統和清洗主機同步行走的控制。3.2擬采用的研究手段及途徑清洗機分為伺服懸吊系統（卷揚機）和清洗機主機兩大部分，伺服懸吊系統通過鋼纜懸吊清洗主機。伺服懸吊系統部分（置控制臺）為主控方，清洗主機部分為受控方，伺服懸吊系統對清洗主機發出控制指令，清洗主機執行指令。3.2.1在清洗主機的上下和左右兩端各有兩個探頭，用來進行邊緣識別，當到達邊緣時，自動返回并調整工作位置。3.2.2清洗主機上的橫向行走電機采用步進電機，利用步進電機驅動電源控制步進電機，單片機控制驅動電源，來實現清洗主機的運動和正反轉。3.2.3本方案的調速方法為脈寬調速，所謂脈寬調速，就是對輸出波形的高電平和低電平的持續時間進行控制。對這個時間設置延時參數，并編寫延時程序。如果需要加速，就要使輸出波形的高電平的持續時間加長，低電平的持續時間減短；如果需要減速，就要使輸出波形的高電平的持續時間減短，低電平的持續時間加長。3.2.4清洗工作分為橫向清洗和縱向清洗，橫向清洗與縱向清洗的轉換通過轉角90度步進電機實現。3.2.5在橫向清洗中，左右行走均可工作，要求伺服懸吊系統與清洗主機大致在一個垂直的直線上并保持同步，位于伺服懸吊系統上的兩個超聲波傳感器用來保持同步。保持同步中，伺服懸吊系統自由行走，清洗主機根據伺服懸吊系統的位置調整自己的位置，與伺服懸吊系統同步。3.3對清洗機機械結構的分析清洗機分為伺服懸吊系統（卷揚機）和清洗機主機兩大部分。伺服懸吊系統部分的受控電器元件為：卷揚機電機（直流電機）一個，伺服懸吊系統橫向行走電機（三相交流電機）一個，縱向行走制動繼電器一個，橫向行走同步超聲波傳感器兩個，清洗液水泵兩個（由一個繼電器統一控制）。清洗機主機部分的受控電器元件為：橫向行走電機一個（步進電機，由步進電機驅動電源控制）風扇電機一個（由繼電器控制）清洗刷電機一個（由繼電器控制）轉角90度步進電機一個（由步進電機驅動電源控制），轉角90度步進電機止動探頭兩個，邊緣識別超聲波傳感器四個。3.4清洗機的主要工作過程及原理清洗機的主結構為卷揚懸吊結構，即由伺服懸吊系統通過鋼纜懸吊清洗機主機，伺服懸吊系統在清洗機主機控制系統的控制下協調工作。伺服懸吊系統（卷揚機）部分（置控制臺）為主控方，清洗機主機部分為受控方，伺服懸吊系統對清洗機主機發出控制指令，清洗機主機執行指令。清洗工作分為橫向清洗和縱向清洗。橫向清洗與縱向清洗的轉換通過轉角90度步進電機實現。在清洗過程中，位于清洗機主機上的壓力風扇啟動，為清洗機主機提供對墻的壓力，使清洗機主機緊貼在工作表面，從而產生清洗機主機沿工作表面行走的摩擦力。位于清洗機主機上的清洗刷電機和位于伺服懸吊系統上的清洗液水泵同時啟動并工作。在清洗機主機的上下兩端置兩個邊緣探頭，用于邊緣識別，當到達邊緣時，自動返回并調整工作位置。在橫向清洗中，左右行走均可工作。要求伺服懸吊系統與清洗機主機大致在一個垂直的線上并保持同步，位于伺服懸吊系統上的兩個超聲波傳感器用來保持同步。保持同步中，伺服懸吊系統自由行走，清洗機主機根據伺服懸吊系統的位置調整自己的位置，與伺服懸吊系統同步。在清洗機主機的左右兩邊各有兩個邊緣探頭，用來進行邊緣識別，當到達邊緣時，自動返回并調整工作位置。3.5控制系統工作方案的可選類型3.5.1設計的基本原則：軟件為硬件服務，硬件根據軟件進行相應的調整，軟硬結合以達到最好的工作狀態。3.5.2可供選擇的設計方案第一個方案：單機控制，即由一個單片機控制整個系統,由這個單片機完成清洗機主機和伺服懸吊系統的整個控制。第二個方案：雙機控制，既由兩個單片機控制整個系統，一個單片機用于伺服懸吊系統的控制，另一個單片機用于清洗機主機的控制，這兩個單片機互相通信，沒有主次之分，它們互相執行對方發出的指令，并分別向對方返回狀態信息。第三個方案：主從控制，既由兩個單片機控制整個系統，一個單片機用于伺服懸吊系統的控制，另一個單片機用于清洗機主機的控制。伺服懸吊系統單片機作為主機，清洗機主機單片機作為從屬機，由伺服懸吊系統單片機向清洗機主機單片機發出控制指令，清洗機主機單片機執行指令，但并不向伺服懸吊系統單片機返回狀態信息。3.5.3方案的分析第一個方案，適用于簡單的控制系統，由一個單片機就能完成所有的工作。所有的被控器件動作距離小，沒有大距離的移動，不需要遠距離通信。這種系統簡單容易實現，成本低，但功能有限。第二個方案，適用于大規模復雜的控制系統，單片機之間互相交互，協同工作。能完成復雜的控制，可以允許受控器件做大距離的移動，可以實現高度的自動化控制，自動化實現程度高。但成本高，制作技術要求高，實現比較困難，并且在運距離通信時需要確保通信的穩定，不失真，并且要有出錯檢測和信息數據重發機制。第三個方案，適用中等規模的控制系統，能實現一定規模的控制，但實現起來不是很復雜，技術要求不是很高，無需確認，不用出錯檢測和信息數據重發機制，能夠允許受控器件做中等規模的距離移動。是一般控制系統的可選方案。3.6控制系統總體方案的確定根據以上的分析，控制系統的控制要求以及實際情況，本控制系統采用第三種控制方案，具體的細節如下：3.6.1整個控制系統采用兩個單片機進行控制，伺服懸吊系統部分放置一個單片機，清洗機主機部分放置一個單片機，兩個單片機之間單向通信，協調工作。3.6.2伺服懸吊系統上的單片機為主控方，對清洗機主機上的單片機發出控制指令，清洗機主機上的單片機為受控方，執行單片機上的指令，并不對伺服懸吊系統上的單片機返回狀態信息。3.6.3通過執行指令，單片機發出微弱的電流脈沖或波形，通過硬件驅動電路放大，進而驅動電機動作。3.6.4對步進電機驅動電源的控制，采用由單片機輸出一個持續脈沖和一個高電平或低電平來控制脈沖驅動步進電機，高電平或低電平控制電機的正反轉；對直流電機的控制，由步進電機的兩個端口輸出相反的脈沖來驅動直流電機和控制其正反轉；對繼電器的控制采用由單片機輸出一個恒定的高電平來驅動繼電器；在輸出方面自動控制采用探頭，行程開關，或超聲波傳感器；對控制繼電器的輸入采用按下后就能調起的按扭，由單片機實現高電平的保持；對縱向行走電機采用按下后就能保持的按扭，由按扭保持高電平的持續的輸入；對橫向行走電機的按扭設置同繼電器。3.6.5伺服懸吊系統上的橫向行走電機采用直流電機，單片機采用兩個輸出口，通過輸出高低電平來控制繼電器，進而利用繼電器對電機控制，通過改變輸出口的電平來改變電機的正反轉。伺服懸吊系統上的兩個水泵和壓力風扇，清洗刷利用一個繼電器同時控制，單片機通過一個輸出口對其控制起停。伺服懸吊系統上的單片機通過一個輸出口，利用通信，對清洗機主機上的單片機發出指令，清洗機主機上的單片機執行指令，它通過一個輸出口發出指令對水泵、壓力風扇、清洗刷的繼電器進行控制，從而控制水泵、壓力風扇清洗刷的起停。清洗機主機上的橫向行走電機采用步進電機，利用步進電機驅動電源控制步進電機，單片機控制驅動電源。單片機采用兩個輸出口，一個口輸出波形，控制電機運動，另一個口輸出0或1，控制電機正反轉。清洗機主機上的步進電機通過調速來與伺服懸吊系統上的交流電機同步。設置兩個超聲波傳感器，檢測鋼纜的傾斜度，來控制同步。轉角90度步進電機位于清洗機主機上，通過步進電機驅動電源進行控制。主控按扭位于伺服懸吊系統上，通過通信對其控制，并設置兩個正反旋轉停止行程開關自動定位轉角。3.6.6調速方法的選擇，本系統的調速方法為脈寬調速，所謂脈寬調速，就是對輸出波形的高電平和低電平的持續時間進行控制。對這個時間設置延時參數，并編寫延時程序。如果需要加速，就要是輸出波形的高電平的持續時間加長，底電平的持續時間減短；如果需要減速，就要是輸出波形的高電平的持續時間減短，底電平的持續時間加長。綜上所述，對直流電機，單片機輸出波形；對步進電機，單片機輸出波形和0或1；對交流電機，單片機輸出0或1。通過以上分析，最后確定整個控制系統的控制邏輯如圖3.1所示：圖3.1控制邏輯圖4控制軟件的實現4.1軟件的編程工具介紹整個軟件采用匯編語言編寫，單片機的CPU為8751，整個程序的指令符合單片機匯編語言標準。軟件的編程工具為偉福6000，是南京偉福實業有限公司的產品。產品的特點如下:4.1.1主機+POD組合，通過更換POD，可以對各種CPU進行仿真。對待不同的應用場合，用戶往往會選擇不同的CPU，從而需要更換仿真件WINDOWS版本支持本公司多種仿真器。支持多類CPU仿真。仿真器則采用主機組合，通過更換不同的POD，可對各種不同類型的單片機進行仿真。為用戶提種靈活的多樣的CPU仿真系統。4.1.2雙平臺DOS版本，WINDOWS版本。其中WINDOWS版本功能強大。中文界面英文界面均可。用戶源程序的大小不再有任何限制，支持ASM，C，PLM語言混合編程，具有項目功能，為用戶的資源共享，課題重組提供強有力的手段。支持點屏顯示，用鼠標點一下源程序中的某一變量，即可顯示該變量的數值。有豐富的窗口顯示方式，動態地顯示仿真的各種過程，使用極為便利。本操作系統一經推出，立即被用戶所喜愛。4.1.3雙工作模式軟件模擬仿真（不要仿真器也能模擬仿真）。硬件仿真。4.1.4雙CPU結構，100%不占用戶資源。全空間硬件斷點，不受任何條件限制，支持地址、數據、外部信號、事件斷點、支持實時斷點計數、軟件運行時間統計。4.1.5雙集成環境編輯、編譯、下載、調試全部集中在一個環境下。多種仿真器，多類CPU仿真全部集成在一個環境下。可仿真51系列，196系列，PIC系列，飛利蒲公司的552、LPC764、DALLAS320，華邦438等51增強型CPU。為了跟上形勢，現在很多工程師需要面對和掌握不同和項目管理器、編輯器、編譯器。他們由不同的廠家開發，相互不兼容，使用不同的界面。學習使用都很吃力。偉福WINDOWS調試軟件為您提供了一個全集成環境，統一的界面，包含一個項目管理器，一個功能強大的編輯器，匯編Make、Build和調試工具并提供一個與第三方編譯器的接口,由于風格統一，從而大大節省了您的精力和時間。4.1.6強大的邏輯分析儀綜合調試功能。邏輯分析儀由交互式軟件菜單窗口對系統硬件的邏輯或進序進行同步實時采樣，并實時在線調試分析，采集深度32K(E2000/L)，最高時基采樣頻率達20M，40路波形的可精確實時反映用戶程序運行時的歷史時間。系統在使用邏輯分析儀時，除普通的單步運行、鍵盤斷點運行、全速硬件斷點運行外，還可實現各種條件組合斷點如：數據、地址、外部控制信號、CPU內部控制信號、程序區間斷點等。由于邏輯儀可以直接對程序的執行結果進行分析，因此極大地便利于程序的調試。隨著科學技術的發展，單片機通訊方面的運用越來越多。在通訊功能的調試時，如果通訊不正常，查找原因是非常耗時和低效的，您很難搞清楚問題到底在什么地方，是波特率不對，是硬件信道有問題，是通訊協儀有問題，是發方出錯還是收方出錯。有了邏輯儀，情況則完全不一樣，用它可以分別或者同時對發送方、接收方的輸入或者輸出波形進行記錄、存儲、對比、測量等各種直觀的分析，可以將實際輸出通訊報文的波形與源程序相比較，可立即發現問題所在。從而極大地方便了調試。4.1.7強大的追蹤器功能追蹤功能以總線周期為單位，實時記錄仿真過程中CPU發生的總線事件，其觸發條件方式同邏輯分析儀。追蹤窗口在仿真停止時可收集顯示追蹤的CPU指令記憶信息，可以以總線反匯編碼模式、源程序模式對應顯示追蹤結果。屏幕窗口顯示波形圖最多追蹤記憶指令32K并通過仿真器的斷點、單步、全速運行或各種條件組合斷點來完成追蹤功能。總線跟蹤可以跟蹤程序的運行軌跡。可以統計軟件運行時間。軟件的拷貝工具為RF810,利用它可以將編譯成.BIN的文件拷貝到單片機的CPU內存中。4.2軟件的結構4.2.1軟件的主體結構整個控制系統由伺服懸吊系統部分和清洗機部分組成，每個部分的軟件由初始化，主程序，跳轉程序和功能子程序四部分組成。主程序是單片機指令循環和不斷掃描的地方，只要單片機啟動，控制就要在主程序中不斷循環。主程序用來接收外部的控制指令。跳轉程序是用來連接主程序和功能子程序的樞紐。當控制在主程序中循環的過程中遇到外部發出的控制指令時，主程序就產生斷點，通過跳轉程序查找到相關的功能子程序，然后將控制轉到功能子程序，執行功能子程序。功能子程序執行完畢后，由跳轉程序將控制轉到主程序的斷點處，繼續執行主程序的循環控制，直到發現下一個外部指令。功能子程序為一個個的功能模塊，每個模塊執行一個特定的功能，不同的子程序的組合可以得到不同的功能。這樣的好處是極大程度上共用了程序代碼，避免了重復性，降低了出錯率。初始化是對整個系統配置的設置。如波特率，延時參數，中斷的起停等的設置。初始化在主程序執行之前執行，是最先執行的程序。4.2.2軟件功能模塊的劃分整個軟件的功能模塊的劃分如下：伺服懸吊系統部分：橫向行走模塊；水泵、清洗刷、壓力風扇的啟動模塊；橫向行走同步模塊；總停模塊；轉角90度模塊；卷揚機行走模塊；自動檢測控制模塊。清洗機部分：橫向行走模塊；水泵、清洗刷、壓力風扇的啟動模塊；橫向行走同步模塊；總停模塊；轉角90度模塊；自動檢測控制模塊。4.2.3各功能模塊的詳細動作伺服懸吊系統部分：橫向行走：當p0.0口清零時，p1.0口置1，同時向清洗機主機部分發送通信信號0001H。當p0.1口清零時，p1.1口置1，同時向清洗機主機部分發送通信信號0002H。當p0.2口清零時，同時對p1.0,p1.1清零，同時向清洗機主機部分發送通信信號0004H。水泵，清洗刷，壓力風扇部分：當p0.3口清零時，p1.2口置1，同時向清洗機主機部分發送通信信號0008H。橫向行走同步部分：當p0.7，p2.0口清零時，進行判斷，然后調整延時參數。轉角90度部分：當p0.5，p0.6口清零時，對清洗機主機分別發送通信信號0020H，0040H。總停部分：當p0.4口清零時，對p1口清零，然后p1.3口置1，同時向清洗機主機部分發送通信信號0010H。卷揚機行走部分：當p2.1口清零時，p1.4口置1p1.5口清零，同時向清洗機主機部分發送通信信號0200H。當p2.2口清零時，p1.5口置1p1.4口清零，同時向清洗機主機部分發送通信信號0800H。自動檢測控制部分：當p2.4口清零時，同時對p1.4口,p1.5口清零，p1.0口置1，p1.1口清零，然后延時，然后對p1.0口,p1.1口清零，然后p1.3口置1。當p2.5口清零時，對p1口清零，然后p1.3口置1，然后p1.5口置1。當p2.6口清零時，同時對p1.0口,p1.1口清零p1.3清零，然后p1.4口置1p1.5口清零p1.3口清零，然后延時，然后p1.3口,p1.4口,p1.5口清零，然后p1.2口置1，然后p1.0口置1。當p2.7口清零時，同時對p1.0口,p1.1口清零p1.3口清零，然后p1.4口置1p1.口5清零p1.3口清零，然后延時，然后p1.3口,p1.4口,p1.5口清零，然后p1.2口置1，然后p1.1口置1。清洗機主機部分：橫向行走：當清洗機主機收到外部信號0001H時，p1.0口置1，p1.1口清零，，延時后，p1.0口清零，p1.1口清零。當清洗機主機收到外部信號0002H時，p1.0口置1，p1.1口置1，延時后，p1.0口清零，p1.1口清零。當清洗機主機收到外部信號0004H時，p1.1口清零，p1.0口清零，延時后，p1.0口清零，p1.1口清零。自動檢測控制部分：當p0.0口清零時，先延時一段時間，等待伺服懸吊系統動作；然后p1.4置1，p1.1口置1，p1.0口清零；延時后，p1.0口清零，p1.1口清零。當p0.1口清零時，對p1口清零。當p0.2口清零時，p1.2口輸出波形，p1.3清零；然后延時一段時間等待伺服懸吊系統動作；然后p1.2口輸出波形，p1.3置1；然后p1.4置1；然后p1.0口置1，p1.1口清零，p1.5口置1，延時后，p1.0口清零，p1.1口清零。當p0.3口清零時，p1.2口輸出波形，p1.3清零；然后延時一段時間等待伺服懸吊系統動作；然后p1.2口輸出波形，p1.3置1；然后p1.4置1；然后p1.1口清零，p1.0口清零，p1.6口置1，延時后，p1.0口清零，p1.1口清零，p1.6口置1。轉角90度部分：當清洗機主機收到外部信號0020H時，p1.2輸出波形，p1.3清零，然后檢測p0.4口，如果是1，就結束程序，跳轉回到主程序，否則，繼續p1.2輸出波形，p1.3清零.當清洗機主機收到外部信號0040H時，p1.2輸出波形，p1.3置1，然后檢測p0.4口，如果是1，就結束程序，跳轉回到主程序，否則，繼續p1.2輸出波形，p1.3置1。清洗刷，壓力風扇部分：當清洗機主機收到外部信號0008H時，p1.4置1。所有的控制動作敘述完畢。4.3控制系統軟件程序的實現4.3.1伺服懸吊系統部分ORG000HLJMPMAINMAIN:MOVP1,#00H;P1口清零CLRP3.7SETBP3.7；復位MOVTMOD,#20H;T1為定時狀態，工作方式2MOVTH1,#0F3HMOVTL1,#0F3H；設為1200位/秒的定時器初值SETBTR1；開T1定時MOVSCON,#50H;a-b為通信初始化MOVPCON,#80H；使SMOD=1.計算串行方式時波特率加倍MOVR0,#05HMOVR3,#05HMOVR4,#05H;延時常數的設置，其值根據具體情況而定4.3.2清洗機主機部分COUAEQU35HCOUBEQU34HCOUCEQU33HCOUDEQU32HCOUE EQU 31HCOUNTEQU30HORG0000HSJMPMAIN；跳到MAINORG0023HLJMPJSHOU；跳到JSHOUORG0030HMAIN:CLRP3.7SETBP3.7；復位MOVTMOD,#20H；T1為定時狀態MOVTH1,#0F3HMOVTL1,#0F3H；1200位/秒的定時初值SETBTR1；開T1定時MOVSCON,#50H；串行方式0，工作方式1MOVPCON,#80H；使SMOD=1.計算串行方式時波特率加倍MOVSP,#70HCLRP3.7SETBP3.7CLRP3.6CLRTI；定時器清零MOVR0,#05H；延時常數的設置MOVR3,#05HMOVR4,#05HMOVA,#00HMOVP2,A；P2口清零MOVP1,A；P1口清零MOVCOUA,A；COUA清零MOVCOUC,A；COUC清零MOVCOUD,A；COUD清零5硬件系統的實現5.1軟件對硬件的要求5.1.1橫向行走電機要求：開關要按下后，立刻自動跳起。5.1.2水泵，風扇，清洗刷要求：開關要按下后，立刻自動跳起，在清洗機上由一個p1.4口控制同時控制風扇，清洗刷的起停，由一個口實現對兩個繼電器的同時控制。5.1.3總停要求：開關要按下后，立刻自動跳起。5.1.4轉90度角正反轉要求：開關要按下后，立刻自動跳起，清洗機部分的輸入口p0.4,p0.5為內部自動檢測，并在外部安裝行程開關。5.1.5橫向正反同步要求：伺服懸吊系統部分的輸入p0.7,p2.0為超聲波傳感器的輸入。5.1.6卷揚機要求：伺服懸吊系統卷揚機為直流電機，要輸出脈沖，開關按下后要保持。5.1.7自動檢測探頭要求：探頭分別接在伺服懸吊系統和清洗機的4個輸入口上。5.1.8清洗機橫向行走自動保持要求：對清洗機部分的p0.6,p0.7在接到通信0001H,0002H后，要用繼電器對它們保持1，接到0004H后，要使繼電器停止動作。5.2控制系統硬件的組成以及清洗機的性能特點整個單片機的控制系統是由8751、收發緩沖器、光耦隔離器、通信芯片MAX485等其他電子元件組成。接口部分由各種驅動板和各種型號的繼電器組成。清洗機的性能特點它是一種能自動清洗高層建筑物外墻墻面的自動化機器，分伺服懸吊系統和清洗機主機兩部分組成。清洗機主機：內部裝有電機并通過傳動輪驅動清掃刷轉動，在電機清掃刷之間有水箱，在水箱上開有進水口、淋水口和噴水口，在水箱旁邊有兩個葉片泵，可以勻速噴水和清洗液。背面裝有一普通電機驅動的風扇，以產生風壓使更好清洗墻面。橫向行走部分由可以隨時控制的步進電機驅動，同時為了使車輪實現縱向和橫向行走，有另一臺帶行程開關的步進電機驅動使其改變車輪方向。再上下左右各有一探頭隨時檢測它的位置。伺服懸吊系統：它由卷揚機直流電機和電磁剎車裝置，橫向行走普通電機，水泵電機，同步檢測紅外線傳感器，命令輸入按扭等組成。5.3控制部分工作原理以8751為基礎，擴展MAX485通信芯片，看門狗電路，脈沖速度檢測電路，收發緩沖器，按鍵中斷輸入，光耦隔離，12V電源輸出，各種產生脈沖信號的探頭。原理框圖如圖5.1：圖5.1控制部分工作原理圖伺服懸吊系統：八個輸出端子，十六個輸入端子清洗主機：十六個輸出端子，八個輸入端子5.4驅動部分工作原理以卷揚機直流電機，橫向行走、泵、風扇、刷子交流電機，清洗機橫向行走、轉90度步進電機為被控對象，各種繼電器及驅動電源組成。原理框圖如圖5.2：圖5.2驅動部分工作原理圖5.5電機型號及參數的選擇及驅動器件卷揚機電機：由于需要無級調速，所以選直流電機參數如下：型號：112/2-12.2千瓦440伏額定轉速：965轉/分最高轉速：2000轉/分飛輪力矩：0.72牛*平方米質量：78千克考慮到脈寬調速，采用單片機輸出不同寬度的脈沖經過脈沖放大板驅動大功率晶閘管控制電機的電壓實現無級調速。伺服懸吊系統橫向行走電機：不需要調速，所以用普通電機加適當的減速器即可，所選電機參數如下：型號：YEJ801-20.75KW380AC額定轉速：2825轉/分額定電流：1.9A功率因數：0.84效率：75%用繼電器控制而且有正反轉要求。水泵電機：一般普通三相電機，所選電機參數如下：型號：Y2-802-60.55KW380AC額定轉速：900轉/分額定電流：1.8A功率因數：0.72效率：65%用繼電器控制且無正反轉要求。清洗機主機電機；橫向行走電機：考慮到橫向同步，且體積盡可能小，所以采用步進電機即可，參數如下：型號：90BF00360VDC相數：3步距角：1.5/3額定電流：5A運行頻率；8000HZ考慮到單片機要進行其它方面的控制，不能對步進電機進行脈沖分配，所以用步進電機驅動電源來驅動。轉90度電機：考慮到需要扭距大，且體積盡可能小，所以采用步進電機即可，參數如下：型號：95BC340A60VDC相數：3步距角：1.5/3額定電流：6A運行頻率；8000HZ考慮到單片機要進行其它方面的控制，步進電機不僅一臺，不能對步進電機進行脈沖分配，所以用步進電機驅動電源來驅動。風扇電機：一般普通三相電機，參數如下；型號：Y2-132S1-25.5KW380AC額定轉速：3000轉/分額定電流：11A功率因數：0.88效率：86%用繼電器控制而且無正反轉要求，要求星-角雙速跳線控制。刷子電機；一般普通三相電機，參數如下；型號：Y2-802-60.55KW380AC額定轉速：900轉/分額定電流：1.8A功率因數：0.72效率：65%用繼電器