郝運佳 孫佳豪

一、研究背景

1.1 研究現(xiàn)狀

隨著城市環(huán)境要求的不斷提高，馬路上護欄的清理也被重視起來，相關(guān)管理規(guī)定一周清洗一次，遇旅游旺季和重大活動、節(jié)假日，護欄要隨時保持清潔，不具備車洗條件的道路護欄，采取人工作業(yè)。而現(xiàn)在主要是兩種清理方式，一種是人為清理，對清理人員的安全有很大的危險，而且在一些活動節(jié)假日更要保持護欄的清潔，所以更是加大了人為清理的安全隱患;二是通過護欄清洗車清理，在一些節(jié)假活動日，道路上的車流量加大，容易影響車輛的行駛，而且是相對于較窄的馬路，容易造成車輛堵塞，并且浪費水資源，所以我們想通過一個護欄智能清理系統(tǒng)來解決這個問題。

200米護欄清理比較：

一個小型城市（34000平方米）的護欄清理比較：

通過以上數(shù)據(jù)可以得出：

（1）本產(chǎn)品大大減少了人工清理和護欄車清理所需要的人數(shù)。

（2）減少了人工清理所需要的時間。

（3）相較于人工清理和護欄車清理的耗水量，本產(chǎn)品可以循環(huán)利用水，大大減少了水的消耗。

1.2 發(fā)展前景

在人工智能的時代，智能化的產(chǎn)品逐步運用于各種行業(yè)。新的智能產(chǎn)品不斷問世，不僅方便了人們的生活，更加體現(xiàn)了一個國家的科技水平和綜合國力。將智能與節(jié)能環(huán)保相結(jié)合，與未來社會發(fā)展的趨勢完全相符，既促進了節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域的發(fā)展還推進了智能產(chǎn)品的進程。智能護欄清洗裝置，對一個城市的美化起到了不可預(yù)估的作用。

二、系統(tǒng)整體設(shè)計

本設(shè)計基于STM32F103單片機芯片作為核心，采用柔性太陽能板為系統(tǒng)供電，PC陽光板用于外界隔熱，擋雨。采用激光雷達系統(tǒng)，實現(xiàn)裝置在護欄上的自動導(dǎo)航行駛。采用紅外遙控裝置，通過按鍵控制裝置在道路上的各種轉(zhuǎn)向行駛。利用68ktyz同步電機進行驅(qū)動。采用L298N電機驅(qū)動芯片驅(qū)動直流電機，并且運用PWM脈沖寬度調(diào)制技術(shù)對電機的轉(zhuǎn)速進行控制。采用大型儲水箱為護欄清理提供水源，高壓噴水裝置為清洗工作噴水。

2.1 設(shè)計思路：

該產(chǎn)品首先由激光雷達判斷是否有護欄并將判斷結(jié)果發(fā)送至單片機系統(tǒng)，當有護欄時位于機器靠前部位的高壓噴水系統(tǒng)從儲水箱中吸取水并將水噴至護欄上，由超聲波模塊檢測護欄與清潔裝置的距離并自動調(diào)距，由于護欄與清潔裝置緊密接觸，通過裝置向前行走清潔裝置對護欄進行擠壓式的清洗。噴水裝置所滲出的污水則沿著護欄及洗車棉與機器之間的鐵板流至位于機器底部的污水接收裝置，此裝置中的污水通過小型水泵壓至反復(fù)過濾裝置中進行過濾，過濾完成后再將水放流至儲水箱中從而實現(xiàn)水的重復(fù)利用。

2.2 系統(tǒng)總體框圖：

本產(chǎn)品的工作過程為：開啟設(shè)備，激光雷達系統(tǒng)進行檢測，護欄清潔設(shè)備不在護欄的盡頭，然后超聲波模塊進行檢測，將清潔裝置向護欄延申，通過超聲波模塊反饋的數(shù)據(jù)，確定好清潔裝置的位置，護欄清潔裝置開始移動，同時噴水裝置開始噴水，清潔裝置，除水系統(tǒng)也開始運作，當激光雷達檢測到到達護欄盡頭時，停止運作，水量檢測裝置顯示剩余水量，如果水量過低，觸發(fā)水量警告裝置。本實用新型操作簡便，效率高。

三、系統(tǒng)硬件設(shè)施

3.1 激光雷達系統(tǒng)

本產(chǎn)品的激光雷達裝置用于檢測本產(chǎn)品與護欄盡頭的距離，它是由激光測距系統(tǒng)和集光定位系統(tǒng)兩部分組成，集光定位系統(tǒng)用于調(diào)整探頭的方向。探頭特點：探測距離遠，抗干擾性強，不受晝夜光線影響。測量范圍0.03-100米，測量精度±1mm，測量時間：0.3-3秒，通過串口接到STM32F103單片機上。提供電壓：3.3V（2.8-3.2V）。

3.2 報警硬件電路設(shè)計

蜂鳴器用于聲音報警，三極管8050的作用是將信號放大，以提高蜂鳴器的報警聲音。發(fā)光二極管分為“紅”，“黃”，“綠”三種顏色。當發(fā)光二極管的綠燈亮，蜂鳴器不發(fā)聲;當發(fā)光二極管的黃燈亮，蜂鳴器持續(xù)發(fā)出“滴”聲：當發(fā)光二極管的紅燈亮，蜂鳴器持續(xù)發(fā)出“滴滴滴”聲。

3.3 STM32F103單片機控制系統(tǒng)

STM32F103單片機控制系統(tǒng)使用高性能的ARMCortex-M332位的RISC內(nèi)核，工作頻率為72MHZ，內(nèi)置高速存儲器（高達128K字節(jié)的閃存和20K字節(jié)的SRAM）。該單片機系統(tǒng)是整個裝置的核心控制模塊。它用于接收水量，距離等信息。并通過安全距離和水量的計算公式，將具體做法方式傳輸?shù)礁鱾€控制模塊，從而達到整個裝置的正常運行。

四、軟件部分

程序的運行過程如下圖所示：人工通過按下按鈕開啟設(shè)備后，系統(tǒng)先進行初始化，完成后進行水量的數(shù)據(jù)采集，當水量小于標準水量（V=abh/5--a，b分別為底面的長和寬，h為儲水箱的高度），水量檢測裝置將現(xiàn)有水量返回至單片機，通過LCD顯示模塊，將現(xiàn)有水量和須加水量顯示到顯示屏中。同時蜂鳴器也發(fā)出“滴滴滴”的聲音，提示水量不足，報警燈顯示紅色。若大于標準水量，激光雷達開始檢測是否到達護欄盡頭，并將檢測距離返回至單片機，由單片機內(nèi)的距離檢測模塊進行距離分析，若達到盡頭則停止運行，并將信息顯示到顯示屏上。若沒有檢測到盡頭，超聲波系統(tǒng)開始對護欄與清潔裝置的距離開始檢測，并自動調(diào)整距離，距離調(diào)試完成后啟動清潔裝置，除水裝置。裝置開始正常行駛。