高楼外墙清洗机控制系统设计

目录前言…………………………11引言……………21.1选题的意义………………………21.2高层建筑外墙清洗机发展概况…………………21.3高层建筑外墙清洗机的应用……………………31.4高层建筑外墙清洗机的前景……………………32单片微型计算机及其应用………42.1单片微型计算机…………………42.2单片机的发展概况………………42.3单片微型计算机的分类……………52.4单片机的特点……………………62.5单片机应用………………………63对课题的分析及方案的确定…………83.1本课题要研究或解决的问题…………………83.2拟采用的研究手段及途径……………………83.3对清洗机机械结构的分析……………………93.4清洗机的主要工作过程及原理………………93.5控制系统工作方案的可选类型…………………103.6控制系统总体……………………104控制软件的实现………………134.1软件的编程工具介绍……………134.2软件的结构……………………154.3控制系统软件程序的实现……………………195硬件系统的实现…………205.1软件对硬件的要求……………205.2控制系统硬件的组成以及清洗机的性能特点………………215.3控制部分工作原理……………225.4驱动部分工作原理……………235.5电机型号及参数的选择及驱动器件…………235.6主要驱动器件的选择…………25结束语………………27致谢…………………………29参考文献……………………30

毕业设计说明书（论文）中文摘要清洗机主要是解决实际生活中的高空清洗问题。随着社会的发展和经济的进步，人工清洗越来越不可取，因此设计了一种高层建筑外墙清洗机。此清洗机借鉴了国内外合理的先进设计方案。该机主要由楼顶的伺服悬吊系统和清洗机主机部分组成。楼顶的伺服悬吊系统在楼顶上预装的轨道上行走，可使悬吊的清洗机主机部件实现纵洗和横洗；清洗机主机利用风压使之贴在墙壁上，通过盘刷和滚刷完成清洗墙面的工作。这些动作是由自动控制系统实现的。清洗机采用单片机自动控制，一共有两个单片机，一个是主控，一个是受控，主控单片机安装在伺服悬吊系统上，受控单片机安装在清洗机主机上，主控单片机向受控单片机发送信息，受控单片机不需要向主控单片机作出反馈。通过单片机实现清洗机的自动控制。关键词：高层建筑清洗机自动控制系统本科毕业设计说明书（论文）第Ⅰ页共Ⅱ页毕业设计说明书（论文）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前言随着我国经济建设的飞速发展，在一些大中城市中高层建筑如雨后春笋般拔地而起，为城市的形象增添了靓丽的一笔。但随之而来的是这些高层建筑的清洗问题，如何能有效快速地清洗这些高层建筑呢？本机器的设计就很好地解决了这个问题。高层建筑由于尺寸高，给清洗工作带来了极大的不方便。针对种种问题，本清洗机采用无人化清洗，自动清洗，自动供水，自动供清洗液。单片机系统控制，操作人员只需通过键盘即可操纵清洗机工作，而且在清洗过程中，清洗机能够自动进行边缘识别，可根据建筑楼层的具体情况选择为纵洗或横洗。本机的清洗效率较高，清洗效果良好，该清洗机投入生产后，将会成为一种理想的高层建筑清洗工具。本机器是通过对国内外同类产品考察比较后精心设计而成，使用稳定可靠，但不足之处在所难免，所以恳请老师、同学及各位同行提出宝贵意见。1引言1.1选题的意义城市集中体现了一个国家及一个地区的科技、经济及文化发展水平的高低，而高层建筑则是一个城市面貌的核心内容。但是，随着社会进步，工业化程度提高，由此导致的环境问题也日趋严重。在城市，这种问题更是突出。新建的大楼，没经过几天，明亮的色彩便成为灰朦朦一片，严重影响了城市的面貌。所以为了维护城市的面貌，保持良好的城市形象，高层建筑的清洗工作已经成为核心的问题。目前，我国各大城市的高层建筑清洗工作还是由人力完成，这类清洗工作主要由工人搭乘吊篮进行高空作业来完成，工人的工作环境恶劣，且有一定的危险性，工作效率低，成本高，耗时长。进入二十一世纪以来，随着机器人技术的出现和迅速发展，人们迫切希望把这项危险程度高，工作环境差的工作交给机器人来完成，从而将人解放出来。清洗机器人的使用将大大降低高层建筑的清洗成本，改善工人的劳动环境，提高劳动生产率，势必会带来清洗的一次革命，其有相当的社会效益、经济意义和广阔的应用前景。时至今日，尽管有许多机器人研制成功，但都未走向产品化。本次毕业设计的题目是在中外各设计产品的基础上对高层建筑外墙清洗机进行了进一步的开发、设计，争取早日实现产品化。1.2高层建筑外墙清洗机发展概况高层建筑外墙壁面清洗机是特种机器人的一种，其必须具有两个基本功能：即在壁面上的吸附功能和移动功能。由于建筑物表面的非导磁性，清洗壁面机器人多采用正压和负压两种吸附结构，其中负压吸附又称为真空吸附，由风扇、真空泵、空气压缩机等使吸盘内产生负压，依靠压差将机器人吸附在墙面上。真空吸附式壁面移动机器人又可分为单吸盘和多吸盘两种结构，单吸盘真空吸附壁面机器人可实现小型化，轻量化，且结构简单，易于控制，多吸盘脚式壁面爬行机器人的吸附稳定可靠。九十年代最新研制成功的推进型壁面移动机器人，采用直升机原理，利用螺旋桨产生的高速气流带动机器人向上高速移动，螺旋桨所产生的推力与壁面大约成20度角，始终有指向壁面的推力从而实现机器人的吸附功能，使机器人可以紧贴壁面移动，有一定的越障能力。目前，已有报道的高层建筑擦窗机还有以下几种：日本BE公司研制成功的一种固定轨道式全自动擦窗机器人，靠安装在楼顶的轨道及悬吊系统使擦窗机对准窗口，沿安装在建筑物表面的导槽垂直上下移动进行自动清洗。北京航空航天大学与北京铁路局合作研制的擦窗样机，有八个吸盘，采用“十”字框架式结构，上有驱动装置，可驱动两框架做相对运动以实现壁面机器人在墙面上沿X,Y方向移动。上海科技大学机器人研究所研制的双足式爬壁机器人，与步行式两足机器人比较，结构较为简单，省略膝关节，通过脚腕的倾斜和圆规角的开闭适当组合起来，即可翻越一定的台阶，对诸多复杂环境具有适应性。1.3高层建筑外墙清洗机的应用以壁面机器人为载体，配以专用的清洗机构，可以适应不同壁面机构。在国内，壁面机器人起步较晚，但发展很快。各种形式的擦窗机器人都有所应用，但到目前为止，还没有一种完善的机型能够适应多种外墙面。1.4高层建筑外墙清洗机前景高层建筑是现代文明的标志之一，其外观形象很重要，故其清洗问题亟待解决。由于清洗工作环境及任务的特殊性，清洗爬壁机器人的总体设计要求相当苛刻。其总的设计原则：减轻重量，降低造价，安全可靠，能适应多种建筑物表面，且要有足够高的清洗效率。从清洗机的工作环境来看，其主机可能有两个发展方向：其一：适应于平整瓷砖和玻璃幕墙清洗，它结构简单，易于控制，属小型轻量化。其二：适应于复杂墙面，如阶梯墙面，壁面多窗户的墙面清洗，它的结构、动作、控制都很复杂。2单片微型计算机及其应用2.1单片微型计算机单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）简称单片机，又称微控制器（MicrocontrollerUnit）或嵌埋式控制器（EmbeddedController）。它是将计算机的基本部件微型化，使之集成在一块芯片上的微机。片内含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等。2.2单片机的发展概况单片机的发展历史并不长。1970年微型计算机研制成功后，随后就出现了单片机。美国Intel公司1971年生产的4位单片机4004和1972年生产的雏形8位单片机8008问世以来，短短的几十年，经历了几次更新换代的发展，大致可以分为三个阶段。第一阶段（1975～1977年）4位和低性能8位单片机的发展阶段。以Intel公司推出MCS-48单片机为代表，片内集成有8位CPU、并行I/O口、8位定时器/计数器和容量有限的RAM、ROM存储器，并具有简单的中断功能，但无串行口。随后其他公司争相推出各自的单片机，如GI公司推出PIC1650系列单片机，Rokwell公司推出了与6502微处理器兼容的RG500系列单片机。第二阶段（1978～1981）为高性能8位单片机发展阶段。1978年，motorola公司推出M6800系列单片机，Zilog公司推出Z8系列单片机。1980年，Intel公司在MCS-48系列单片机基础上又推出了高性能的MCS-51系列单片机。这类单片机均带有串行I/O口，其定时器/计数器为16位，片内存储器容量都相应增大，并有中断优先级处理功能。第三阶段（1982年至今）为16位单片机的推出以及8位单片机继续提高。1982年，Mostek公司和Intel公司先后推出了比8位单片机性能更高的16位单片机MK68200和MCS-96系列，NS公司和NEC公司也分别推出了16位单片机HPC16040和MPD783XX系列。1987年，Intel公司宣布研制出比8096高一档的CHMOS型16位单片机80C196。1988年，该公司推出8098单片机，它类似于8088微处理器，CPU内部数据总线为16位，外部数据总线为8位，便于推广使用。与次同时，各计算机公司对8位单片机不断提高性能并开发新的产品，如：扩大片内存储器容量，增加定时器，加强中断功能，采用CHMOS工艺设计出低功耗8位高档单片机，将16位单片机的某些功能—高速输出、脉宽调制等植入8位单片机中。除了通用单片机以外，还有专用单片机产品，如专门用于数据处理（图象和语言处理等）的单片机。目前，8位高档单片机和16位单片机在单片机中占主导地位，已有几使个系列、几百个型号，此外，32位单片机也已面世。尽管目前单片机的品种很多，但其中最具有典型性的当属Intel公司的MCS-51系列单片机。MCS-51是在MCS-48的基础上于20世纪80年代初发展起来的，由于具有品种全、兼容性强、软硬件资料丰富、高性能价格比的特点而应用最广。2.3单片微型计算机的分类根据发展情况单片机可以划分为以下几种：2.3.1按可适用范围划分为通用型与专用型。通用型把可开发资源全部提供给使用者，它并不是为某一种专门用途设计的单片机；专用型是针对某一类产品甚至某个产品需要而设计、生产的单片机。如为满足电子体温计的要求，在片内集成有热敏电阻、ADC接口和段式液晶驱动器接口的温度计量控制用单片机以及录音机机芯控制器等。2.3.2按是否提供并行总线分为总线型与非总线型。总线型设置有DB、AB、CB三种引脚，用于扩展并行外围器件；非总线型的外围器件通过串行接口连接。2.3.3按大致的应用领域分为工控型与家电型。工控型满足工业控制用机；家电型多数为专用单片机。2.3.4按含有的ROM形式分为以下几种类型：内含厂家已用掩膜编好程序的ROM。属专用单片机，ROM内的程序已在出厂前固化好，不可改变。内含EPROM。属通用型单片机，芯片带有透明窗口，可通过紫外线擦除存储器中的程序代码。用户可将自己的程序写入其中。无ROM，需外接EPROM，如8031、8098等OTPROM供应状态。这是用户可一次性编程写入的程序存储器供应状态。用户可通过专用写入器将应用程序写入OTPRM中，但只允许写入一次。2.4单片机的特点单片机具有以下特点：2.4.1受集成度的限制，片内存储容量较小。ROM一般小于8KB，RAM小于256B；可在外部扩展，通常ROM、RAM可分别扩展至64KB。2.4.2可靠性高。芯片是按照工业测控环境要求设计的，其抗工业噪声干扰能力优于一般的通用CPU；程序指令、常数、表格固化在ROM中不易被破坏；许多信号通道均在一个芯片内，可靠性高。2.4.3易扩展。片内具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的总线及并行、串行输入输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。2.4.4控制功能强。为了满足工业控制的要求，一般单片机的指令系统中均有极其丰富的条件分支转移指令、I/O口的逻辑操作及位处理指令。一般说来，单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微处理器。2.4.5体积小、功耗低、价格便宜、易于产品化。2.5单片机应用单片机是为了实现控制功能而设计的一种微型计算机，它的应用首先是控制功能，其实现手段是采用嵌入方式，即嵌入到对象环境中作为一个智能化控制单元。由于被控对象种类繁多，应用也非常广泛，下面只介绍一些典型的应用领域。2.5.1家用电器领域目前过内外各种家用电器已普遍采用单片机取代传统的电路控制，如洗衣机、电冰箱、空调、微波炉、电视机、录象机、视频音像等设备，甚至很多高级玩具也使用了单片机。2.5.2办公自动化领域办公自动化的大量通信、信息产品大多采用了单片机，如通用的计算机系统中的键盘译码、磁盘驱动、打印机、绘图仪、复印机、电话、传真机、考勤机等。2.5.3智能仪表用单片机改造原有的测量、控制仪表，能促使仪表向数字化、智能化、多功能化、综合化及柔性化的方向发展，并使长期以来测量仪表中的误差修正和线性化处理等难题迎刃而解。由单片机构成的智能仪表，集测量、处理、控制功能于一体，不仅提高了自动化程度和精度，而且具有各种智能化的功能，如存储、数据处理、判断、语音、联网等。2.5.4工业自动化工业过程测控系统、自适应控制系统以及数据采集系统、机电一体化控制系统等，许多都是以单片机为核心的单机或多机网络系统。单片机与传统的机械产品想结合，使传统的机械产品结构简化、控制智能化，构成了新一代的机电一体化产品。2.5.5智能接口在计算机系统，特别是在较大型的工业测控系统中，有许多外部通信、采集、多路分配管理以及驱动控制等接口。这些外部设备与接口，如果完全由主机进行管理，势必造成主机负担过重，降低系统的运行速度及接口的管理水平。如果用单片机进行接口的控制与管理，单片机与主机并行工作，使系统的运行速度大大提高。另一方面，由于单片机可对接口信息进行串行加工处理，也就可以大量减少接口界面的通信密度。例如，在大型数据采集系统总，用数字滤波、线性化处理及误差修正等。在通信接口中采用单片机，可以对数据进行编码、解码、分配以及接收/发送等工作。2.5.6其他应用领域单片机除了上述应用外还广泛应用于商业流通领域、医疗设备领域、汽车电子及航空航天电子领域等。单片机的应用从根本上改变了传统控制系统设计思想和设计方法，以前必须由模拟电路和数字电路实现的大部分控制功能现在已能使用单片机通过软件方法实现。这种以软件取代硬件，并能提高系统性能的控制技术，称之为微控制技术。随着单片机应用技术的推广普及，微控制技术必将不断的发展完善。3对课题的分析及方案的确定3.1本课题要研究或解决的问题3.1.1实现清洗主机行走边缘识别的功能；3.1.2清洗主机横向行走的控制；3.1.3清洗主机行走速度控制和伺服悬吊系统行走速度控制；3.1.4横向清洗和纵向清洗如何转换；3.1.5伺服悬吊系统和清洗主机同步行走的控制。3.2拟采用的研究手段及途径清洗机分为伺服悬吊系统（卷扬机）和清洗机主机两大部分，伺服悬吊系统通过钢缆悬吊清洗主机。伺服悬吊系统部分（置控制台）为主控方，清洗主机部分为受控方，伺服悬吊系统对清洗主机发出控制指令，清洗主机执行指令。3.2.1在清洗主机的上下和左右两端各有两个探头，用来进行边缘识别，当到达边缘时，自动返回并调整工作位置。3.2.2清洗主机上的横向行走电机采用步进电机，利用步进电机驱动电源控制步进电机，单片机控制驱动电源，来实现清洗主机的运动和正反转。3.2.3本方案的调速方法为脉宽调速，所谓脉宽调速，就是对输出波形的高电平和低电平的持续时间进行控制。对这个时间设置延时参数，并编写延时程序。如果需要加速，就要使输出波形的高电平的持续时间加长，低电平的持续时间减短；如果需要减速，就要使输出波形的高电平的持续时间减短，低电平的持续时间加长。3.2.4清洗工作分为横向清洗和纵向清洗，横向清洗与纵向清洗的转换通过转角90度步进电机实现。3.2.5在横向清洗中，左右行走均可工作，要求伺服悬吊系统与清洗主机大致在一个垂直的直线上并保持同步，位于伺服悬吊系统上的两个超声波传感器用来保持同步。保持同步中，伺服悬吊系统自由行走，清洗主机根据伺服悬吊系统的位置调整自己的位置，与伺服悬吊系统同步。3.3对清洗机机械结构的分析清洗机分为伺服悬吊系统（卷扬机）和清洗机主机两大部分。伺服悬吊系统部分的受控电器元件为：卷扬机电机（直流电机）一个，伺服悬吊系统横向行走电机（三相交流电机）一个，纵向行走制动继电器一个，横向行走同步超声波传感器两个，清洗液水泵两个（由一个继电器统一控制）。清洗机主机部分的受控电器元件为：横向行走电机一个（步进电机，由步进电机驱动电源控制）风扇电机一个（由继电器控制）清洗刷电机一个（由继电器控制）转角90度步进电机一个（由步进电机驱动电源控制），转角90度步进电机止动探头两个，边缘识别超声波传感器四个。3.4清洗机的主要工作过程及原理清洗机的主结构为卷扬悬吊结构，即由伺服悬吊系统通过钢缆悬吊清洗机主机，伺服悬吊系统在清洗机主机控制系统的控制下协调工作。伺服悬吊系统（卷扬机）部分（置控制台）为主控方，清洗机主机部分为受控方，伺服悬吊系统对清洗机主机发出控制指令，清洗机主机执行指令。清洗工作分为横向清洗和纵向清洗。横向清洗与纵向清洗的转换通过转角90度步进电机实现。在清洗过程中，位于清洗机主机上的压力风扇启动，为清洗机主机提供对墙的压力，使清洗机主机紧贴在工作表面，从而产生清洗机主机沿工作表面行走的摩擦力。位于清洗机主机上的清洗刷电机和位于伺服悬吊系统上的清洗液水泵同时启动并工作。在清洗机主机的上下两端置两个边缘探头，用于边缘识别，当到达边缘时，自动返回并调整工作位置。在横向清洗中，左右行走均可工作。要求伺服悬吊系统与清洗机主机大致在一个垂直的线上并保持同步，位于伺服悬吊系统上的两个超声波传感器用来保持同步。保持同步中，伺服悬吊系统自由行走，清洗机主机根据伺服悬吊系统的位置调整自己的位置，与伺服悬吊系统同步。在清洗机主机的左右两边各有两个边缘探头，用来进行边缘识别，当到达边缘时，自动返回并调整工作位置。3.5控制系统工作方案的可选类型3.5.1设计的基本原则：软件为硬件服务，硬件根据软件进行相应的调整，软硬结合以达到最好的工作状态。3.5.2可供选择的设计方案第一个方案：单机控制，即由一个单片机控制整个系统,由这个单片机完成清洗机主机和伺服悬吊系统的整个控制。第二个方案：双机控制，既由两个单片机控制整个系统，一个单片机用于伺服悬吊系统的控制，另一个单片机用于清洗机主机的控制，这两个单片机互相通信，没有主次之分，它们互相执行对方发出的指令，并分别向对方返回状态信息。第三个方案：主从控制，既由两个单片机控制整个系统，一个单片机用于伺服悬吊系统的控制，另一个单片机用于清洗机主机的控制。伺服悬吊系统单片机作为主机，清洗机主机单片机作为从属机，由伺服悬吊系统单片机向清洗机主机单片机发出控制指令，清洗机主机单片机执行指令，但并不向伺服悬吊系统单片机返回状态信息。3.5.3方案的分析第一个方案，适用于简单的控制系统，由一个单片机就能完成所有的工作。所有的被控器件动作距离小，没有大距离的移动，不需要远距离通信。这种系统简单容易实现，成本低，但功能有限。第二个方案，适用于大规模复杂的控制系统，单片机之间互相交互，协同工作。能完成复杂的控制，可以允许受控器件做大距离的移动，可以实现高度的自动化控制，自动化实现程度高。但成本高，制作技术要求高，实现比较困难，并且在运距离通信时需要确保通信的稳定，不失真，并且要有出错检测和信息数据重发机制。第三个方案，适用中等规模的控制系统，能实现一定规模的控制，但实现起来不是很复杂，技术要求不是很高，无需确认，不用出错检测和信息数据重发机制，能够允许受控器件做中等规模的距离移动。是一般控制系统的可选方案。3.6控制系统总体方案的确定根据以上的分析，控制系统的控制要求以及实际情况，本控制系统采用第三种控制方案，具体的细节如下：3.6.1整个控制系统采用两个单片机进行控制，伺服悬吊系统部分放置一个单片机，清洗机主机部分放置一个单片机，两个单片机之间单向通信，协调工作。3.6.2伺服悬吊系统上的单片机为主控方，对清洗机主机上的单片机发出控制指令，清洗机主机上的单片机为受控方，执行单片机上的指令，并不对伺服悬吊系统上的单片机返回状态信息。3.6.3通过执行指令，单片机发出微弱的电流脉冲或波形，通过硬件驱动电路放大，进而驱动电机动作。3.6.4对步进电机驱动电源的控制，采用由单片机输出一个持续脉冲和一个高电平或低电平来控制脉冲驱动步进电机，高电平或低电平控制电机的正反转；对直流电机的控制，由步进电机的两个端口输出相反的脉冲来驱动直流电机和控制其正反转；对继电器的控制采用由单片机输出一个恒定的高电平来驱动继电器；在输出方面自动控制采用探头，行程开关，或超声波传感器；对控制继电器的输入采用按下后就能调起的按扭，由单片机实现高电平的保持；对纵向行走电机采用按下后就能保持的按扭，由按扭保持高电平的持续的输入；对横向行走电机的按扭设置同继电器。3.6.5伺服悬吊系统上的横向行走电机采用直流电机，单片机采用两个输出口，通过输出高低电平来控制继电器，进而利用继电器对电机控制，通过改变输出口的电平来改变电机的正反转。伺服悬吊系统上的两个水泵和压力风扇，清洗刷利用一个继电器同时控制，单片机通过一个输出口对其控制起停。伺服悬吊系统上的单片机通过一个输出口，利用通信，对清洗机主机上的单片机发出指令，清洗机主机上的单片机执行指令，它通过一个输出口发出指令对水泵、压力风扇、清洗刷的继电器进行控制，从而控制水泵、压力风扇清洗刷的起停。清洗机主机上的横向行走电机采用步进电机，利用步进电机驱动电源控制步进电机，单片机控制驱动电源。单片机采用两个输出口，一个口输出波形，控制电机运动，另一个口输出0或1，控制电机正反转。清洗机主机上的步进电机通过调速来与伺服悬吊系统上的交流电机同步。设置两个超声波传感器，检测钢缆的倾斜度，来控制同步。转角90度步进电机位于清洗机主机上，通过步进电机驱动电源进行控制。主控按扭位于伺服悬吊系统上，通过通信对其控制，并设置两个正反旋转停止行程开关自动定位转角。3.6.6调速方法的选择，本系统的调速方法为脉宽调速，所谓脉宽调速，就是对输出波形的高电平和低电平的持续时间进行控制。对这个时间设置延时参数，并编写延时程序。如果需要加速，就要是输出波形的高电平的持续时间加长，底电平的持续时间减短；如果需要减速，就要是输出波形的高电平的持续时间减短，底电平的持续时间加长。综上所述，对直流电机，单片机输出波形；对步进电机，单片机输出波形和0或1；对交流电机，单片机输出0或1。通过以上分析，最后确定整个控制系统的控制逻辑如图3.1所示：图3.1控制逻辑图4控制软件的实现4.1软件的编程工具介绍整个软件采用汇编语言编写，单片机的CPU为8751，整个程序的指令符合单片机汇编语言标准。软件的编程工具为伟福6000，是南京伟福实业有限公司的产品。产品的特点如下:4.1.1主机+POD组合，通过更换POD，可以对各种CPU进行仿真。对待不同的应用场合，用户往往会选择不同的CPU，从而需要更换仿真件WINDOWS版本支持本公司多种仿真器。支持多类CPU仿真。仿真器则采用主机组合，通过更换不同的POD，可对各种不同类型的单片机进行仿真。为用户提种灵活的多样的CPU仿真系统。4.1.2双平台DOS版本，WINDOWS版本。其中WINDOWS版本功能强大。中文界面英文界面均可。用户源程序的大小不再有任何限制，支持ASM，C，PLM语言混合编程，具有项目功能，为用户的资源共享，课题重组提供强有力的手段。支持点屏显示，用鼠标点一下源程序中的某一变量，即可显示该变量的数值。有丰富的窗口显示方式，动态地显示仿真的各种过程，使用极为便利。本操作系统一经推出，立即被用户所喜爱。4.1.3双工作模式软件模拟仿真（不要仿真器也能模拟仿真）。硬件仿真。4.1.4双CPU结构，100%不占用户资源。全空间硬件断点，不受任何条件限制，支持地址、数据、外部信号、事件断点、支持实时断点计数、软件运行时间统计。4.1.5双集成环境编辑、编译、下载、调试全部集中在一个环境下。多种仿真器，多类CPU仿真全部集成在一个环境下。可仿真51系列，196系列，PIC系列，飞利蒲公司的552、LPC764、DALLAS320，华邦438等51增强型CPU。为了跟上形势，现在很多工程师需要面对和掌握不同和项目管理器、编辑器、编译器。他们由不同的厂家开发，相互不兼容，使用不同的界面。学习使用都很吃力。伟福WINDOWS调试软件为您提供了一个全集成环境，统一的界面，包含一个项目管理器，一个功能强大的编辑器，汇编Make、Build和调试工具并提供一个与第三方编译器的接口,由于风格统一，从而大大节省了您的精力和时间。4.1.6强大的逻辑分析仪综合调试功能。逻辑分析仪由交互式软件菜单窗口对系统硬件的逻辑或进序进行同步实时采样，并实时在线调试分析，采集深度32K(E2000/L)，最高时基采样频率达20M，40路波形的可精确实时反映用户程序运行时的历史时间。系统在使用逻辑分析仪时，除普通的单步运行、键盘断点运行、全速硬件断点运行外，还可实现各种条件组合断点如：数据、地址、外部控制信号、CPU内部控制信号、程序区间断点等。由于逻辑仪可以直接对程序的执行结果进行分析，因此极大地便利于程序的调试。随着科学技术的发展，单片机通讯方面的运用越来越多。在通讯功能的调试时，如果通讯不正常，查找原因是非常耗时和低效的，您很难搞清楚问题到底在什么地方，是波特率不对，是硬件信道有问题，是通讯协仪有问题，是发方出错还是收方出错。有了逻辑仪，情况则完全不一样，用它可以分别或者同时对发送方、接收方的输入或者输出波形进行记录、存储、对比、测量等各种直观的分析，可以将实际输出通讯报文的波形与源程序相比较，可立即发现问题所在。从而极大地方便了调试。4.1.7强大的追踪器功能追踪功能以总线周期为单位，实时记录仿真过程中CPU发生的总线事件，其触发条件方式同逻辑分析仪。追踪窗口在仿真停止时可收集显示追踪的CPU指令记忆信息，可以以总线反汇编码模式、源程序模式对应显示追踪结果。屏幕窗口显示波形图最多追踪记忆指令32K并通过仿真器的断点、单步、全速运行或各种条件组合断点来完成追踪功能。总线跟踪可以跟踪程序的运行轨迹。可以统计软件运行时间。软件的拷贝工具为RF810,利用它可以将编译成.BIN的文件拷贝到单片机的CPU内存中。4.2软件的结构4.2.1软件的主体结构整个控制系统由伺服悬吊系统部分和清洗机部分组成，每个部分的软件由初始化，主程序，跳转程序和功能子程序四部分组成。主程序是单片机指令循环和不断扫描的地方，只要单片机启动，控制就要在主程序中不断循环。主程序用来接收外部的控制指令。跳转程序是用来连接主程序和功能子程序的枢纽。当控制在主程序中循环的过程中遇到外部发出的控制指令时，主程序就产生断点，通过跳转程序查找到相关的功能子程序，然后将控制转到功能子程序，执行功能子程序。功能子程序执行完毕后，由跳转程序将控制转到主程序的断点处，继续执行主程序的循环控制，直到发现下一个外部指令。功能子程序为一个个的功能模块，每个模块执行一个特定的功能，不同的子程序的组合可以得到不同的功能。这样的好处是极大程度上共用了程序代码，避免了重复性，降低了出错率。初始化是对整个系统配置的设置。如波特率，延时参数，中断的起停等的设置。初始化在主程序执行之前执行，是最先执行的程序。4.2.2软件功能模块的划分整个软件的功能模块的划分如下：伺服悬吊系统部分：横向行走模块；水泵、清洗刷、压力风扇的启动模块；横向行走同步模块；总停模块；转角90度模块；卷扬机行走模块；自动检测控制模块。清洗机部分：横向行走模块；水泵、清洗刷、压力风扇的启动模块；横向行走同步模块；总停模块；转角90度模块；自动检测控制模块。4.2.3各功能模块的详细动作伺服悬吊系统部分：横向行走：当p0.0口清零时，p1.0口置1，同时向清洗机主机部分发送通信信号0001H。当p0.1口清零时，p1.1口置1，同时向清洗机主机部分发送通信信号0002H。当p0.2口清零时，同时对p1.0,p1.1清零，同时向清洗机主机部分发送通信信号0004H。水泵，清洗刷，压力风扇部分：当p0.3口清零时，p1.2口置1，同时向清洗机主机部分发送通信信号0008H。横向行走同步部分：当p0.7，p2.0口清零时，进行判断，然后调整延时参数。转角90度部分：当p0.5，p0.6口清零时，对清洗机主机分别发送通信信号0020H，0040H。总停部分：当p0.4口清零时，对p1口清零，然后p1.3口置1，同时向清洗机主机部分发送通信信号0010H。卷扬机行走部分：当p2.1口清零时，p1.4口置1p1.5口清零，同时向清洗机主机部分发送通信信号0200H。当p2.2口清零时，p1.5口置1p1.4口清零，同时向清洗机主机部分发送通信信号0800H。自动检测控制部分：当p2.4口清零时，同时对p1.4口,p1.5口清零，p1.0口置1，p1.1口清零，然后延时，然后对p1.0口,p1.1口清零，然后p1.3口置1。当p2.5口清零时，对p1口清零，然后p1.3口置1，然后p1.5口置1。当p2.6口清零时，同时对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，然后延时，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。当p2.7口清零时，同时对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，然后延时，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。清洗机主机部分：横向行走：当清洗机主机收到外部信号0001H时，p1.0口置1，p1.1口清零，，延时后，p1.0口清零，p1.1口清零。当清洗机主机收到外部信号0002H时，p1.0口置1，p1.1口置1，延时后，p1.0口清零，p1.1口清零。当清洗机主机收到外部信号0004H时，p1.1口清零，p1.0口清零，延时后，p1.0口清零，p1.1口清零。自动检测控制部分：当p0.0口清零时，先延时一段时间，等待伺服悬吊系统动作；然后p1.4置1，p1.1口置1，p1.0口清零；延时后，p1.0口清零，p1.1口清零。当p0.1口清零时，对p1口清零。当p0.2口清零时，p1.2口输出波形，p1.3清零；然后延时一段时间等待伺服悬吊系统动作；然后p1.2口输出波形，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，延时后，p1.0口清零，p1.1口清零。当p0.3口清零时，p1.2口输出波形，p1.3清零；然后延时一段时间等待伺服悬吊系统动作；然后p1.2口输出波形，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，延时后，p1.0口清零，p1.1口清零，p1.6口置1。转角90度部分：当清洗机主机收到外部信号0020H时，p1.2输出波形，p1.3清零，然后检测p0.4口，如果是1，就结束程序，跳转回到主程序，否则，继续p1.2输出波形，p1.3清零.当清洗机主机收到外部信号0040H时，p1.2输出波形，p1.3置1，然后检测p0.4口，如果是1，就结束程序，跳转回到主程序，否则，继续p1.2输出波形，p1.3置1。清洗刷，压力风扇部分：当清洗机主机收到外部信号0008H时，p1.4置1。所有的控制动作叙述完毕。4.3控制系统软件程序的实现4.3.1伺服悬吊系统部分ORG000HLJMPMAINMAIN:MOVP1,#00H;P1口清零CLRP3.7SETBP3.7；复位MOVTMOD,#20H;T1为定时状态，工作方式2MOVTH1,#0F3HMOVTL1,#0F3H；设为1200位/秒的定时器初值SETBTR1；开T1定时MOVSCON,#50H;a-b为通信初始化MOVPCON,#80H；使SMOD=1.计算串行方式时波特率加倍MOVR0,#05HMOVR3,#05HMOVR4,#05H;延时常数的设置，其值根据具体情况而定4.3.2清洗机主机部分COUAEQU35HCOUBEQU34HCOUCEQU33HCOUDEQU32HCOUE EQU 31HCOUNTEQU30HORG0000HSJMPMAIN；跳到MAINORG0023HLJMPJSHOU；跳到JSHOUORG0030HMAIN:CLRP3.7SETBP3.7；复位MOVTMOD,#20H；T1为定时状态MOVTH1,#0F3HMOVTL1,#0F3H；1200位/秒的定时初值SETBTR1；开T1定时MOVSCON,#50H；串行方式0，工作方式1MOVPCON,#80H；使SMOD=1.计算串行方式时波特率加倍MOVSP,#70HCLRP3.7SETBP3.7CLRP3.6CLRTI；定时器清零MOVR0,#05H；延时常数的设置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硬件系统的实现5.1软件对硬件的要求5.1.1横向行走电机要求：开关要按下后，立刻自动跳起。5.1.2水泵，风扇，清洗刷要求：开关要按下后，立刻自动跳起，在清洗机上由一个p1.4口控制同时控制风扇，清洗刷的起停，由一个口实现对两个继电器的同时控制。5.1.3总停要求：开关要按下后，立刻自动跳起。5.1.4转90度角正反转要求：开关要按下后，立刻自动跳起，清洗机部分的输入口p0.4,p0.5为内部自动检测，并在外部安装行程开关。5.1.5横向正反同步要求：伺服悬吊系统部分的输入p0.7,p2.0为超声波传感器的输入。5.1.6卷扬机要求：伺服悬吊系统卷扬机为直流电机，要输出脉冲，开关按下后要保持。5.1.7自动检测探头要求：探头分别接在伺服悬吊系统和清洗机的4个输入口上。5.1.8清洗机横向行走自动保持要求：对清洗机部分的p0.6,p0.7在接到通信0001H,0002H后，要用继电器对它们保持1，接到0004H后，要使继电器停止动作。5.2控制系统硬件的组成以及清洗机的性能特点整个单片机的控制系统是由8751、收发缓冲器、光耦隔离器、通信芯片MAX485等其他电子元件组成。接口部分由各种驱动板和各种型号的继电器组成。清洗机的性能特点它是一种能自动清洗高层建筑物外墙墙面的自动化机器，分伺服悬吊系统和清洗机主机两部分组成。清洗机主机：内部装有电机并通过传动轮驱动清扫刷转动，在电机清扫刷之间有水箱，在水箱上开有进水口、淋水口和喷水口，在水箱旁边有两个叶片泵，可以匀速喷水和清洗液。背面装有一普通电机驱动的风扇，以产生风压使更好清洗墙面。横向行走部分由可以随时控制的步进电机驱动，同时为了使车轮实现纵向和横向行走，有另一台带行程开关的步进电机驱动使其改变车轮方向。再上下左右各有一探头随时检测它的位置。伺服悬吊系统：它由卷扬机直流电机和电磁刹车装置，横向行走普通电机，水泵电机，同步检测红外线传感器，命令输入按扭等组成。5.3控制部分工作原理以8751为基础，扩展MAX485通信芯片，看门狗电路，脉冲速度检测电路，收发缓冲器，按键中断输入，光耦隔离，12V电源输出，各种产生脉冲信号的探头。原理框图如图5.1：图5.1控制部分工作原理图伺服悬吊系统：八个输出端子，十六个输入端子清洗主机：十六个输出端子，八个输入端子5.4驱动部分工作原理以卷扬机直流电机，横向行走、泵、风扇、刷子交流电机，清洗机横向行走、转90度步进电机为被控对象，各种继电器及驱动电源组成。原理框图如图5.2：图5.2驱动部分工作原理图5.5电机型号及参数的选择及驱动器件卷扬机电机：由于需要无级调速，所以选直流电机参数如下：型号：112/2-12.2千瓦440伏额定转速：965转/分最高转速：2000转/分飞轮力矩：0.72牛*平方米质量：78千克考虑到脉宽调速，采用单片机输出不同宽度的脉冲经过脉冲放大板驱动大功率晶闸管控制电机的电压实现无级调速。伺服悬吊系统横向行走电机：不需要调速，所以用普通电机加适当的减速器即可，所选电机参数如下：型号：YEJ801-20.75KW380AC额定转速：2825转/分额定电流：1.9A功率因数：0.84效率：75%用继电器控制而且有正反转要求。水泵电机：一般普通三相电机，所选电机参数如下：型号：Y2-802-60.55KW380AC额定转速：900转/分额定电流：1.8A功率因数：0.72效率：65%用继电器控制且无正反转要求。清洗机主机电机；横向行走电机：考虑到横向同步，且体积尽可能小，所以采用步进电机即可，参数如下：型号：90BF00360VDC相数：3步距角：1.5/3额定电流：5A运行频率；8000HZ考虑到单片机要进行其它方面的控制，不能对步进电机进行脉冲分配，所以用步进电机驱动电源来驱动。转90度电机：考虑到需要扭距大，且体积尽可能小，所以采用步进电机即可，参数如下：型号：95BC340A60VDC相数：3步距角：1.5/3额定电流：6A运行频率；8000HZ考虑到单片机要进行其它方面的控制，步进电机不仅一台，不能对步进电机进行脉冲分配，所以用步进电机驱动电源来驱动。风扇电机：一般普通三相电机，参数如下；型号：Y2-132S1-25.5KW380AC额定转速：3000转/分额定电流：11A功率因数：0.88效率：86%用继电器控制而且无正反转要求，要求星-角双速跳线控制。刷子电机；一般普通三相电机，参数如下；型号：Y2-802-60.55KW380AC额定转速：900转/分额定电流：1.8A功率因数：0.72效率：65%用继电器