单片机串行通信在排水管道清淤机器人中的应用

　　随着我国国民经济的迅速发展，人们的环保意识日益增强，市政环卫工作也日益受到关注。目前，我国城市排水管道清淤工作仍普遍处于人工作业的落后状况，不但体力繁重、环境恶劣，而且管道中的腐烂物释放出来的硫化氢、甲烷、二氧化碳等有害气体给从事清淤作业的工人的身体带来极大的损害;某些生产污水还会析出石油、汽油或苯等气体，当气体浓度过大时，如遇到火花即可引发爆炸事故，这将给工人的人身安全带来极大的威胁。基于这一背景，并在河北省教育厅的大力支持下，我们研制了排水管道自动清淤机器人。

　　排水管道自动清淤机器人由行走机构、清淤机构及压紧力调节机构组成，三个机构模块采用分别驱动方式。出于对嵌入性及成本的考虑，采用MCS-51单片机作为清淤机器人的控制器。

　　一、控制过程及控制系统的功能组成

　　管道清淤机器人的控制过程为：首先利用提吊装置将清淤机器人下放到排水管道的检查井中。

　　按下启动按钮，起动行走机构电机和清淤机构电机。当清淤机器人进入管道时，压紧力调节机构电机起动，并在压紧力检测值等于设定值时自动停止。当清淤机器人到达下一个检查井口时，清淤电机停止转动，行走电机反向驱动清淤机器人返回。当行至原井口时，压紧电机反转直至调节机构回到原位。延时一段时间、待清淤机器人完全退出管道后，行走电机停止转动。至此，该段管道的清淤工作结束。

　　为了实现上述控制，管道清淤机器人控制系统需要两个单片机：一个是位于地上电气控制柜中

　　的控制单片机，另一个是嵌入在清淤机器人内的作业单片机，它们之间采用全双工串行通信来完成信息传递。控制单片机接收操作人员的手动控制信号，并通过串行通信口传送给作业单片机。作业单片机接受压力传感器和光电编码器的信号，并输出信号分别控制三个电机的运转。清淤机器人的运行状态信号经由串行通信口传递给控制单片机，并在操作面板上予以显示。

　　二、MCS-51单片机的串行通信

　　2.1 串行通信的物理基础

　　MCS-51单片机具有一个功能很强的全双工串行通信接口，它可以通过软件设定来选择工作方式及通信波特率，串行接收和发送均可触发中断系统，可方便灵活地实现单片机间的数据通信，其连接方式如图1所示。

　　MCS-51单片机间的串行通信连接

　　如图1所示，利用RXD/TXD串行口实现两个单片机之间的串行通信，二者之间仅需连接3根线，这样可以大大降低传输成本，非常适合远距离数据通信。