基于单片机的智能清洁小车设计毕业论文.docx

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基于单片机的智能清洁小车设计毕业论文

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摘要

直到2020年，中国的城镇化进度已经超过60%，环境治理与保护一直是一座城市绕不开的话题。

那么，如何让居民拥有一个干净整洁的街道？

十年前的中国给出的答案是招聘大量道路清洁工。

于是，在每天早上5点钟，路上就会响起“刷刷刷”的扫地声，完整地扫完一条街道，往往需要花费10-15名清洁人员一早上的时间。

同时，使用人力清扫，会出现大量扬尘的问题，这对环境又将造成二次污染，这些污染会使清洁人员出现尘肺病，露天作业也更容易导致清洁人员在一些季节中出现中暑和冻伤,并且随着人力成本的不断上升，招聘大量清洁工也将给市镇环卫企业带来不小的经济负担。

如何让道路清洁更加高效，清洁效果更好，清洁成本更低，安全性更好，清洁更加环保，各大新能源汽车企业给出的答案是电动道路清洁车，这种最高时速平均在20-30km/h的小车完美地解决了以上的大部分问题。

本论文将介绍如何设计一款拥有市面上新能源清洁扫地机大部分功能的智能小车，论文一共分为三部分，是以单片机为开发基础，详细描述了我进行硬件电路设计、软件程序编写及小车关键功能部分结构设计的过程及结果。

关键词：

智能小车；单片机；电机控制；扫地机；红外遥控

Intelligentcleaningcardesignbasedonsinglechipmicrocomputer

--controlsystemdesign

Abstract

By2020,China'surbanizationprogresshasexceeded60%,andenvironmentalgovernanceandprotectionhasbeenaninseparabletopicinacity.So,howtomaketheresidentshaveacleanandtidystreet?

AdecadeagoChina'sanswerwastohirelotsofroadcleaners.Asaresult,at5o'clockeverymorning,theroadwillring"brushbrushbrush"sweepingsound,acompletesweepofastreet,oftenneedtospend10-15cleaningstaffamorningtime.Atthesametime,theuseofhumancleaning,therewillbealotofdust,itwillcausesecondarypollutiontotheenvironment,thepollutioncancauseapneumoconiosiscleaner,open-airoperationswerealsomorelikelytoresultincleanerappearinsomeseasonsheatstrokeandfrostbite,andwiththerisingoflaborcosts,torecruitalargenumberofcleaneralsobringconsiderableeconomicburdentownsanitationenterprise.

Howtomaketheroadcleaningmoreefficient,bettercleaningeffect,lowercleaningcost,bettersafety,andcleanerenvironment,theanswergivenbythemajornewenergyautomobileenterprisesiselectricroadcleaningcar,whichhasamaximumspeedof20-30km/honaverageandsolvesmostoftheaboveproblemsperfectly.

Thispaperwillintroducehowtodesignanewenergycleansweeperonthemarketwithmostofthefunctionsoftheintelligentcar,thepaperisdividedintothreeparts,isbasedonthedevelopmentofsingle-chipmicrocomputer,detaileddescriptionofmyhardwarecircuitdesign,softwareprogrammingandcarkeyfunctionpartofthestructuraldesignprocessandresults.

Keyword:

Smartcar;Singlechipmicrocomputer;Motorcontrol;Sweepthefloormachine;Infraredremotecontrol

1绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1研究背景

道路清洁一直都是一些发达地区十分重视的问题，而随着经济发展和城镇化进程的推进，我国对道路清洁问题也愈发重视。

据调查，我国2006年道路清扫保洁面积约为32.48亿平方米，而2015年道路清扫保洁面积约为73.03亿平方米，每年复合增长率接近百分之10，从2020年后未来五年清扫保洁面积将保持在5%左右的增长率，面对如此旺盛的环卫需求，必然会使得道路清扫成本大幅提高，而人力成本作为道路清扫保洁最主要的支出，占据了其直接成本的60%。

同时，近几年环卫工人的平均年龄越来越大，而环卫工这个岗位因为其劳动量大，工资低，工作环境恶劣等特点，导致愿意从事此岗位的年轻人越来越少，结构老龄化带来的低效率，高风险等问题也成为我国市容环卫的大麻烦。

那么，如何更加高效，更加便宜地完成道路清洁工作，扫地车就是这些问题最好的解决方案。

相较于传统的人力清扫，使用纯机械清扫可能会损失一部分灵活性和适应性，所以，我们也不应该盲目追求机械化，应当使机械和人工结合，在出现扫地车无法清扫垃圾的情况时使用人工清洁。

未来的市容环卫行业，需要的应该是懂得如何操作和管理设备的从业人员，而智能化，清洁化，也应该是扫地车未来的发展方向。

1.1.2本设计的目的、意义

随着中国城镇化进程的不断提升，道路清扫保洁的需求一定会稳步增长，而环卫行业如今仍然是劳动密集型行业，为了提高效率，降低成本，清扫工作机械化，智能化将会是一个必然趋势。

而我国的新能源清洁车企业大部分由于技术不稳定，工艺不完善，在很多方面相较于国外企业还是有很大的发展空间，所以我希望通过这个设计，以小见大，发现一些行业中存在的问题，并通过自己所学知识给出一些解决办法，技术，不是一蹴而就的，只有通过慢慢的积累，发现并改变问题，才能让中国的智能清洁车行业越来越好。

1.2国内外研究现状

2018年7月3日，国务院公开发布了《打赢蓝天保卫战三年行动计划》，对于道路清扫保洁工作往机械化，智能化方向发展表示大力支持，据了解，我国计划在2020年底前，地级市以上的城市机械化清扫率达70%以上，县城达60%以上，加快推进新能源设备的投入使用，由此可见，我国新能源环卫扫地车的市场前景十分广阔。

目前，国内新能源扫地车做的比较好的企业有中联，宇通，海德，国外做的比较好的企业是哈高，哈高的城市管家600多功能清洁车可实现主干道、自行车道，人行道及商业广场，公园绿地的清洁，甚至可以通过更换不同的配置，来实现扫地，扫雪，铲雪，扬雪，剪草等功能，整车携带水循环控尘系统，可以通过雾化喷水来实现控尘效果。

由于近几年国家大力扶持新能源汽车企业，新能源扫地车企业也如雨后春笋般出现了，相较于国外更加成熟的汽车制造技术，我国企业自主研发的新能源扫地车在智能化，操控性和可靠性上还是有一定的进步空间。

1.3智能清扫车的发展趋势

世界上第一台扫地车诞生于1849年，当时的扫地车只是圆盘上覆盖了一圈钢丝毛刷，而后这种扫地车被广泛的应用于大街上，直到1911年，美国塔罐公司一名叫约翰.M.墨菲的人有了研发电机驱动扫地车的想法，于是塔罐公司招募了合伙人丹尼尔·托德，和墨菲一起研发电机驱动扫地车，后来经过不断的研究实验，1913年，诞生了世界上第一台真正的电机驱动扫地车。

经过了这么多年，扫地车行业也在不断发展和进步，扫地，吸尘，洗地等功能层出不穷，近几年还发展了新能源扫地车和无人驾驶扫地车等，但是，虽然科技在不断进步，但是扫地车行业还是有着一些比较棘手的问题，比如：

（1）由于扫刷和地面摩擦的原因，导致扫地车在作业时噪声非常大，因为扫地车工作的时间有一部分是在居民休息的时候，所以在城市中这种噪声污染很容易影响到居民的日常生活，所以我想，未来是否有可能发现一种材料，在扫地时既能提供足够的摩擦力，又能减少摩擦时产生的噪声。

（2）目前带有抑尘系统的扫地车都需要全程喷水来压尘除尘，而在缺水地区和北方的冬天这种扫地车将无法工作，特别是北方冬天，就算水箱不结冰，水雾喷出也会结成冰晶，就无法起到抑尘效果了。

（3）现在市面上的扫地车很少同时集成多种功能的，而功能单一也导致了工作流程无法简化，尽管像哈高这样的企业，也只能做到将功能模块化，在需要的时候切换模块来实现多功能使用，集成多功能的扫地车肯定会是未来的趋势（4）国内研发制造的智能扫地车可靠性普遍不如国外产品，主要原因是国产的基础零配件质量参差不齐，齐次是制造工艺达不到要求，还有技术不完善也是其中一个原因。

因此，我认为智能扫地车行业想要发展进步，以上的问题必然需要得到解决，这也将会是智能扫地车行业的发展趋势，更加环保化，智能化，多功能化，同时具备更成熟的工艺和技术，以及更强的可靠性。

1.4研究的主要内容和目标

本文研究的主要内容是设计一款可以通过遥控器操控的拥有扫地吸尘洒水功能的清洁小车，我采用STC89C52芯片作整车控制的主控芯片，RZ7899作为驱动电机的驱动芯片，通过设计，小车可以做到红外遥控，控制扫刷清扫地面，控制水泵洒水并雾化控尘，控制风机高速旋转吸尘，控制舵机进行垃圾箱举升。

设计过程大致为：

（1）电机选型，估算电机需要带多少负载以及合适的电机转速，根据电机型号选择合适的驱动芯片。

（2）电路硬件设计，根据所需要的功能选择合适的芯片，然后从网上下载该芯片的芯片手册，根据芯片手册的提示和典型应用电路设计电路图并进行元器件选型并在Altiumdesigner软件中绘制出电路原理图和PCB图。

（3）软件设计，通过KEIL软件编写程序实现对所需要功能的控制

（4）结构设计，使用Catia三维建模软件对小车底盘，扫刷，垃圾箱等关键部位进行设计。

设计目标是通过所学知识设计出一台拥有市面上出现的智能扫地车大部分功能的智能清洁小车。

1.5本章小结

本章节主要是分析了国内道路清扫保洁的机械化需求和发展趋势，以及对智能清洁车的发展现状和出现的问题进行了一定的讨论，同时列出了我完成设计所需要进行的工作及其过程。

2总体方案设计

2.1智能清洁小车的硬件系统组成

本文设计的智能清洁小车硬件电路部分主要由以下几个部分构成：

（1）基于STC89C52的单片机最小系统

（2）行走电机驱动模块（3）扫刷电机驱动模块（4）

水泵电机驱动模块（5）