排水管道自動清淤機(jī)器人由行走機(jī)構(gòu)、清淤機(jī)構(gòu)及壓緊力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成,三個(gè)機(jī)構(gòu)模塊采用分別驅(qū)動方式周偎。出于對嵌入性及成本的考慮,采用MCS-51單片機(jī)作為清淤機(jī)器人的控制器抹剩。

一、控制過程及控制系統(tǒng)的功能組成

管道清淤機(jī)器人的控制過程為:首先利用提吊裝置將清淤機(jī)器人下放到排水管道的檢查井中蓉坎。按下啟動按鈕,起動行走機(jī)構(gòu)電機(jī)和清淤機(jī)構(gòu)電機(jī)澳眷。當(dāng)清淤機(jī)器人進(jìn)入管道時(shí),壓緊力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)電機(jī)起動,并在壓緊力檢測值等于設(shè)定值時(shí)自動停止。當(dāng)清淤機(jī)器人到達(dá)下一個(gè)檢查井口時(shí),清淤電機(jī)停止轉(zhuǎn)動,行走電機(jī)反向驅(qū)動清淤機(jī)器人返回蛉艾。當(dāng)行至原井口時(shí),壓緊電機(jī)反轉(zhuǎn)直至調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)回到原位钳踊。延時(shí)一段時(shí)間、待清淤機(jī)器人完全退出管道后,行走電機(jī)停止轉(zhuǎn)動勿侯。至此,該段管道的清淤工作結(jié)束箍土。

為了實(shí)現(xiàn)上述控制,管道清淤機(jī)器人控制系統(tǒng)需要兩個(gè)單片機(jī):一個(gè)是位于地上電氣控制柜中的控制單片機(jī),另一個(gè)是嵌入在清淤機(jī)器人內(nèi)的作業(yè)單片機(jī),它們之間采用全雙工串行通信來完成信息傳遞∠勇。控制單片機(jī)接收操作人員的手動控制信號,并通過串行通信口傳送給作業(yè)單片機(jī)逸讹。作業(yè)單片機(jī)接受壓力傳感器和光電編碼器的信號,并輸出信號分別控制三個(gè)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。清淤機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)信號經(jīng)由串行通信口傳遞給控制單片機(jī),并在操作面板上予以顯示荷况。

二禾计、MCS-51單片機(jī)的串行通信

2.1 串行通信的物理基礎(chǔ)

MCS-51單片機(jī)具有一個(gè)功能很強(qiáng)的全雙工串行通信接口,它可以通過軟件設(shè)定來選擇工作方式及通信波特率,串行接收和發(fā)送均可觸發(fā)中斷系統(tǒng),可方便靈活地實(shí)現(xiàn)單片機(jī)間的數(shù)據(jù)通信,其連接方式如圖1所示。

MCS-51單片機(jī)間的串行通信連接

如圖1所示,利用RXD/TXD串行口實(shí)現(xiàn)兩個(gè)單片機(jī)之間的串行通信,二者之間僅需連接3根線,這樣可以大大降低傳輸成本,非常適合遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)通信梆甘。

2.2 串行通信的控制

MCS-51單片機(jī)串行通信的控制由SCON和PCON兩個(gè)特殊功能寄存器完成,在用戶程序中首先要對其進(jìn)行初始化以滿足通信要求宇夭。對于PCON來說,串行通信僅占用其最高位(PCON.7),為波特率選擇位〗椋控制寄存器SCON的各位定義如表1所示楔撩。

2.3 串行通信的工作方式

MCS-51單片機(jī)串行通信有4種工作方式,由SCON控制寄存器的SM0和SM1組合定義。

1．方式0

當(dāng)軟件設(shè)置SM0和SM1均為0時(shí),MCS-51串行通信以方式0工作踢臀。此方式為外接移位寄存器方式焙番。當(dāng)工作在方式0時(shí),數(shù)據(jù)由RXD端口串行地輸入/輸出,TXD端口輸出同步移位脈沖,使外部的移位寄存器移位。波特率固定為 媚曾。

2．方式1

當(dāng)SM0=0缔御、SM1=1時(shí),工作方式為方式1。此方式為8位UART方式,一幀信息為10位,包括1位起始位妇蛀、8位數(shù)據(jù)位及1位停止位,由TXD端發(fā)送耕突、RXD端接收,為全雙工通信模式。波特率可根據(jù)通信需要設(shè)置评架。

3．方式2和方式3

當(dāng)SM0=1時(shí),如果SM1=0為方式2眷茁；如果SM1=1為方式3炕泳。這兩種方式均為9位UART方式,通過TXD發(fā)送、RXD接收的都是一幀11位信息,比方式1的串行幀多了一個(gè)可編程位(第9位)上祈。方式2和方式3的區(qū)別僅在于:方式2的波特率為 (PCON.7=1)或 (PCON.7=0),而方式3的波特率是可變的喊崖。

三、利用單片機(jī)串行通信實(shí)現(xiàn)排水管道清淤機(jī)器人控制

3.1 硬件結(jié)構(gòu)及端口功能分配

管道清淤機(jī)器人單片機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成及端口分配如圖2所示雇逞。其中,“啟動”荤懂、“急停”和“手動返回”是地面上的操作人員向在地下管道中工作的清淤機(jī)器人發(fā)出的控制信號,同時(shí)清淤機(jī)器人也需要將“遇障報(bào)警”塘砸、“緊急停止”节仿、“到達(dá)原井口”及“到達(dá)下一個(gè)井口”等狀態(tài)顯示給操作人員。清淤機(jī)器人一次最長工作距離為50m,因此連接電纜的長度應(yīng)大于50m肺沃。

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