基于单片机的高楼层玻璃清洗系统的设计与研究
随着建筑技术的日益成熟，城市中高楼大厦如雨后春笋破土而出，并且向超高层增高。大量建筑物采用玻璃幕墙，但由于城市空气污染严重，久而久之，玻璃幕墙会严重影响城市的整体形象。高空清洗工作由于工作本身操作具有很大的危险性，工作人员意外事故多发。该系统以STC89C52单片机为核心，设计一款高楼层玻璃清洁系统。系统主要包括清洁模块、室内加湿模块、定时换气模块三大功能。清洁模块主要通过步进电机滑台正反转，电机正反转带动清洁杆实现；加湿模块通过湿度传感器控制加湿器的开关；换气模块通过直流电机，定时启动、定时关闭，定时更新室内空气提高空气质量。通过该系统的实现，可以自动进行高楼层玻璃的清洁，从而增强了城市的美观，提高工作效率，又避免了工作意外事故的发生。
标签：单片機；步进电机；清洁；加湿
1 研究背景与意义
随着社会的不断发展，时代的飞跃进步，玻璃幕墙和大面积玻璃门采用现代装饰越来越频繁了。其中建筑艺术，建筑特，建筑结构等因素可通过玻璃饰品和玻璃门将其有机的结合起来，
不仅造型简单、奢华，而且有现代感，具有很好的视觉装饰感，集成墙壁和窗户为一体，极大程度的减轻了建筑物本身的重量。然而这种玻璃材质的装饰，特别容易被在城市中心的污染源所污染，从而影响其美观程度，所以就必须对这类装饰品定期清洗。但是大型的玻璃清洗却是一项浩大的工程，要解决高层大型玻璃清洗问题，传统的清洗方法是蜘蛛人搭乘吊台或悬索在半空中进行人工清洁，此类传统方法缺点很明显，危险系数很大，在劳动力看来工作效率极低，工作质量也因为危险性也大打折扣。经过市场调查，现在的高楼层窗户都是由一类被称作 “蜘蛛人”的工人们进行人工清理。他们在高空只依靠一根救命绳，这样看来安全问题是非常严重的。因此需要一种智能化、低成本的产品代替这种原始的高危工作。因此，该论文主要研究高楼层玻璃清洗系统，以实现玻璃清洗的无人化、自动化。
2 系统需求与功能分析
经过调查，我国国内此类产品种类不多，且多为规则的形状。为了方便清理角落的污垢，该系统设备的四个吸盘交替进行移动，按照程序交替更换附着位置，完成清理工作。移动方式原理类似蜘蛛爬行四个吸盘由运动杆带动，排气后通过大气压让其附着在玻璃上，操作杆伸缩进行移动位置，这样达到了移动清洁。这种移动方式，操作简单，不会影响美观性，并且效率高 、安全性高。
该系统以STC89C52单片机为核心，设计一款高楼层玻璃清洁系统。系统主要包括清洁模块、室内加湿模块、定时换气模块三大功能。清洁模块主要通过步进电机滑台正反转，电机正反转带动清洁杆实现；加湿模块通过湿度传感器控制加湿器的开关；换气模块通过直流电机，定时启动、定时关闭，定时更新室内空气提高空气质量。通过该系统的实现，可以自动进行高楼层玻璃的清洁，从而增强了城市的美观，提高工作效率，又避免了工作意外事故的发生。
3 系统硬件设计
该系统分三大功能：清洁模块、加湿模块及换气模块。
清洁模块的主要硬件为步进电机及其驱动，市场上步进电机种类繁多，从该系统的功能及性价比考虑，选用42步进电机带滑台。步进电机工作原理：当一个脉冲到达驱动器内部时，驱动器会驱动电机使其转动一定的弧度，该弧度即为步进角。每台电机的步进角不是固定的，它的值是脉冲的数量决定的，而且电机的转速和转速的加速度都是它所决定，因此他可以控制转速。步进电机28BYJ48型四相八拍电机，工作电压为：DC5V-DC12V。当电机上有一定的脉冲波动时，电机就可以正常转动。电机的转动是伴随着相位变化的，他们之间是一对一
的，每改变一次相位电机就会转动一个小角度，转子的转动是由通电后的状态所决定的。
加湿模块主要功能是通过湿度传感器检测室内空气，用加湿器调节室内空气湿度。从功能分析该模块由DHT11、加湿器两大部分构成。其中DHT11循环检测室内空气。经过判断后决定是否启动加湿器。
4 系统软件设计
该系统采用Keil uvision4作为软件开发环境。一个完整的程序，主函数是必须的，主函数void main（）一般是一个程序的入口。程序一开始进入死循环，一直检测是否有按键按下，是否触发相应的功能，一直检测室内空气质量。经过实践，主函数中不宜放过多的代码，便于后期进行功能扩展。不同功能子函数放入死循环中，每次相位变化之间加入延时函数，调整转速。
5 系统测试
通过测试，清洁、加湿以及换气模块功能基本实现。该系统清洁部分由主板、电机驱动板、步进电机、导轨、按键5大部分组成。功能需求是当人为判断玻璃是否需要清洁，四个按键
分别代表步进电机正转、步进电机反转、停止、加清洁液以及自动清理五个功能。操作前判断该系统的清洁杆的位置，若杆的位置在窗户的顶端，则不可以按电机反转的按键，否则烧毁步进电机。同理杆在窗户低端不能按电机正转的按键。若是玻璃过于脏，可多次按加清洁液按键。喷洒清洁液与动力系统清洁可以分开重复进行，相互独立。
6 结束语
目前清洁功能已经完善，通过按键控制步进电机，实现对玻璃的清洁，完全达到了预期效果；换气功能也基本实现，可以达到电机定时启动、定时关闭功能；而在加湿功能方面，存在一点小问题。湿度传感器的精确度影响了测试结果，在加湿一定时间后，预期效果应为加湿器立刻关闭，然而没有达到一开始预期的效果。
参考文献：html特效代码雨代码
[1]李令辛，宋淑云，张建成，赵凤宽，李清华.单片机控制的PWM交流变频调速系统[J].辽宁大学学报（自然科学版），2015（04）.
[2]李汝谅，莫天麟，顾庆超.新型湿敏传感器的测试[J].气象科学， 2015（04）.
作者简介：王龙（1991-），男，陕西渭南人，本科，研究方向：单片机、嵌入式开发。

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