CN103885447B - 一种自动除冰柱机器人系统 - Google Patents
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Abstract
一种楼顶自动除冰柱机器人，该系统由自动除冰柱机器人（包括控制系统和小车，小车相当于机器人的脚）、小车轨道、上位机和键盘装置，其中，所述自动除冰柱机器人包括单片机、以及单片机控制的继电器、光电传感器、电热丝、微型电机、收集器和GPRS模块构成。该系统可以自动对高层建筑屋檐处的冰柱进行自动清除，保证冰柱不会落到地面伤到行人。该系统沿楼顶屋檐安装轨道，自动除冰柱机器人沿轨道进行自动巡视，当光电传感器发现屋檐某个位置有冰柱时，则对电热丝通电，利用热量使屋檐的冰柱脱落，然后由收集装置进行收集，同时将工作状态通过GPRS模块传递给上位机，上位机可以对机器人巡视频率、速度、位置等进行远距离控制。此外自动除冰柱机器人有两根导轨进行供电并由单片机进行控制。大大减少了人工清除冰柱时的工作量，提高了效率。
Description
技术领域
本发明涉及控制系统技术领域，尤其是位置数据实时采集以及加热自动控制系统，尤其涉及一种自动除冰柱机器人系统。
背景技术
目前，为了提高土地的利用率，高层建筑物越来越多，但是在空气湿度大而且气温低的地区，建筑物的屋檐处极易形成冰柱，特别是在我国北方的冬季与春季交替时节，昼夜温差较大，由于楼顶积雪融化，屋檐处的冰柱更是随处可见，为了防止冰柱从高处突然坠落伤及行人，应当将高层建筑物屋檐处的冰柱进行及时清理。当前，清理冰柱的工作通常由人工完成，利用较长的杆子进行敲击使之坠落，首先，这种人工清理冰柱需要较长的杆子，操作起来不容易控制；其次，对于高度非常高的建筑物，在地面进行人工敲打是不可行的，如果到楼顶上去进行人工清理则危险性太高；再次，人工除冰住速度慢，效率太低；最后，由于冰柱的形成具有反复性，因此还需经常人工巡视，大大增加了人工的工作量。
发明内容
本发明的目的是提供一种楼顶自动除冰柱机器人，解决了高层建筑物屋檐处的冰柱自动清除问题，保证了路过行人的安全。
本发明的目的是以如下方式实现的：一种楼顶自动除冰柱机器人，该系统由自动除冰柱机器人、小车轨道、上位机和键盘装置，其中，所述自动除冰柱机器人包括单片机、以及单片机控制的继电器、光电传感器、电热丝、微型电机、收集器和GPRS模块构成。
其中，所述小车轨道沿楼顶屋檐安装；
所述自动除冰柱机器人沿轨道进行自动巡视；
所述光电传感器，用于发现屋檐某个位置有冰柱时，则对电热丝通电，利用热量使屋檐的冰柱脱落，落下的冰柱落入所述收集器；
所述GPRS模块，用于将工作状态传递给所述上位机，所述工作状态包括单位距离内统计的除冰数量、单位时间内除冰的重量；
所述上位机，用于根据当前工作状态对所述自动除冰柱机器人的巡视频率、速度、位置进行远距离控制，采用自动和手动相结合的方式进行；
所述自动除冰柱机器人通过导线进行供电，使其在所述小车轨道上行驶；所述自动除冰柱机器人根据所述上位机的指令由所述单片机进行控制。
可选地，当机器人除冰时，可通过机器人内部的重量传感器进行检测，判断冰柱是否满箱，如果满箱，可按预定程序使机器人到达指定位置进行人工集中处理。
本发明的有益效果是：该系统可以自动发现并除去高层建筑物屋檐处的冰柱，并将工作状态通过GPRS模块传递给上位机，上位机可以对机器人巡视频率、速度、位置等进行远距离控制。实现除冰机器人的自动控制。另外，本发明结构设计合理，构思巧妙新颖，易于推广应用。
附图说明
图1是本发明结构框图。
图2是本发明中机械结构图。
图3是本发明单片机接口电路图。
图4是本发明GPRS模块无线通信电路图。
图5是本发明光电传感器电路图。
图6是本发明微型电机电路图。
具体实施方式
参照图各图，一种楼顶自动除冰柱机器人由自动除冰柱机器人(包括控制系统和小车，小车相当于机器人的脚)、小车轨道、上位机和键盘装置，其中，所述自动除冰柱机器人包括单片机、以及单片机控制的继电器、光电传感器、电热丝、微型电机、收集器和GPRS模块构成。
1、机械部分结构
自动除冰柱机器人机械部分由平行于屋檐下方的水平轨道为轨道上的机构提供电源，在电机在单片机的控制下驱动小车在轨道上行走，利用光电传感器对冰柱进行巡视，当遇到冰柱时小车减速，同时启动电热丝将冰柱切断，使之掉落在安装在电热丝下方的收集器中，以防从高空落地伤人。本发明的导轨是平行于墙体安装，固定导轨采用绝缘材质高强度玻璃钢，并将固定导轨的玻璃钢垂直安装在高建筑物的房檐下，同时在给导轨供电的电源上采用了短路保护并可实现无线电告警。
2、单片机接口电路
该系统单片机采用STC12C5A60S2增强型51单片机，具有低功耗，高稳定性的特点，除单片机所需最小系统连接引脚外，其中P1.0-P1.2引脚用来控制微型电机；P1.3用来控制继电器进而来控制电热丝是否工作；P1.4-P1.7连光电传感器引脚；P2.1-P2.2连接MCU_serial串口通信芯片RXD与TXD引脚，用来向上位机发送数据与接收上位机数据。当机器人除冰时，可通过机器人内部的重量传感器进行检测，判断冰柱是否满箱，如果满箱，可按预定程序使机器人到达指定位置进行人工集中处理。本发明的轨道采用为强度高，并且电阻小的合金，例如，铁、铝板合金，并加入稀土永磁材料等。
3、GPRS模块
该电路的核心芯片是MAX232通信芯片，该芯片使用+5V电源供电，C1+与C1-之间接入0.1μF的电容，C2+与C2-之间也接0.1μF的电容，V+经0.1μF电容接到VCC，T2与R2连接GPRS，T2IN端口与R2OUT与MCU_Serial相连，单片机计算得出流量信息，GPRS模块用UTRT串口通信模式，将数据进行远距离无线传送。
4、光电传感器电路
本系统采用TCRT5000光电传感器模块对屋檐下的冰柱进行寻找，其中控制引脚与单片机P1.4-P1.7口相连，该光电传感器采用高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管，输出信号经施密特电路整形，稳定可靠。
5、微型电机电路
该系统具有驱动小车进行移动的功能。当P1.0、P1.1、P1.2都为低电平时，电机正传；当P1.0低电平、P1.1和P1.2都为高电平时，电机反转；P1.2为高电平同时P1.1为低电平时，电机不通，电机停止。所述自动除冰柱机器人可由单独的导线供电或使用小车轨道直接供电。
使用前，先将金属水平轨道安装在高层建筑物楼顶屋檐下方，屋檐边缘应位于两轨道之间，除冰机器人位于轨道上，并通过轨道向机器人供电。与此同时单片机控制微型电机在轨道上移动进行巡视工作，当屋檐处有冰柱时，光电传感器会将信号发送给单片机，机器人降速行驶，单片机向继电器发出闭合指令，电热丝开始发热，利用电热丝产生热量将屋檐下方的冰柱切断，落入电热丝下方的收集器里，这样就可以实现清除屋檐处冰柱的自动控制。该系统设置了GPRS模块，可以使物业等部门的相关人员从上位机了解各个建筑的冰柱情况，进而对巡视的频率、机器人行驶速度、以及位置进行调整。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (2)
1.一种自动除冰柱机器人系统，该系统包括自动除冰柱机器人、小车轨道、上位机和键盘装置，其中，所述自动除冰柱机器人包括单片机、以及单片机控制的继电器、光电传感器、电热丝、微型电机、收集器和GPRS模块；其特征在于：
所述小车轨道沿楼顶屋檐安装；
所述自动除冰柱机器人沿轨道进行自动巡视；所述小车轨道为所述自动除冰柱机器人供电，为所述小车轨道供电的电源采用短路保护；
所述光电传感器，用于跟随所述除冰机器人巡视屋檐上的冰柱，当巡视发现有冰柱时，向单片机发出信息控制小车减速和电热丝工作，利用电热丝的热量切断冰柱，割断的冰柱落入所述收集器；
所述GPRS模块，用于将工作状态传递给所述上位机，所述工作状态包括单位距离内统计的除冰数量、单位时间内除冰的重量；
所述上位机，用于根据当前工作状态对所述自动除冰柱机器人的巡视频率、速度、位置进行远距离控制，采用自动和/或手动方式的进行；
所述自动除冰柱机器人通过导线进行供电，使其在所述小车轨道上行驶；
所述自动除冰柱机器人根据所述上位机的指令由所述单片机进行控制；
小车轨道在小区的楼与楼之间相互连接，并设有道岔，整个小区使用一个机器人进行除冰，根据上位机收集多个建筑物屋檐冰柱数据，调整机器人巡视次数和速度。
2.根据权利要求1所述的自动除冰柱机器人系统，其特征在于：
当机器人除冰时，可通过机器人内部的重量传感器进行检测，判断冰柱是否满箱，如果满箱，可按预定程序使机器人到达指定位置进行人工集中处理。
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