基于STC89C52的楼梯货物托运系统设计

施壮 程微微 夏百花

摘要：当货物或者较重的物品在楼梯间上下运输时，特别是在一些较老的居民楼，楼层不是太高且没有安装电梯的情况下，通常在运输货物或者较重的物品时会遇到一些困难。为此，对于货物楼梯托运的设计很有必要。文章设计的楼梯货物托运系统主要是基于一些无电梯楼层且需要进行较大的货物或物品运输时为节省人力、避免意外情况的发生而研发的，能在复杂的楼梯环境中实现货物上下楼的搬运，也可在平地运输。文章中的系统因为自身携带无刷电机和液压传动装置，所以货物运输更加省力。

关键词：楼梯货物托运；单片机；STC89C52

中图分类号：TP368.1；TU855  文献标志码：A

0 引言

由于部分城市居民生活和工作在多层楼房中，而这些低层楼房内没有安装电梯，从而给人们搬运货物或者商品带来许多不便，人们都有搬运重物上下楼梯的体验，尤其是搬运体积较大的重物或者易损物品时，通常会遮挡视线且行动不便，使得人们腰酸背痛，身体劳累。尤其当家中只有老人、小孩，没有青壮年劳动力时，搬运重物更有可能会带给他们危险，造成安全隐患。因此，设计一种能帮助人们运送重物且高效使用、自动运行的设备，显得十分重要。

1 楼梯货物托运系统

1.1 研究背景

本设备不只局限于居民楼内搬运重物，还可以帮助残疾人、腿脚不便的老年人上下楼梯，同时也可作为救护车辆、消防车辆、搬家公司、装潢公司等有特殊需要的辅助设备，不仅如此，还可以在工地、工厂等地搬运物品，因为在工地一般搬运重物都是使用起重机，虽然可以吊起很重的物品，但也有很大缺点，如只能向房顶运送，成本昂贵等，若两个设备结合使用，会大大增加工作的效率，减少人力、物力。本设计的系统最大优点在于体积小、重量轻、安全平稳、使用方便。

1.2 研究现状

目前，国外上下楼梯搬运系统研究比较成熟，应用广泛，但结构复杂，体积庞大，造价昂贵，主要用于建筑等大型领域或特殊场合，不能满足人们的日常生活和工业需要，因此不适合在我国大量生产和推广。而国内对楼梯搬运系统的研究尚少，且产品功能单一，大多无法实现自动上下楼梯的功能，因此在室内的楼层之间搬运货物就会显得不便。

2 系统设计

楼梯货物托运系统的硬件总体结构框如图1所示，主要由最小单片机控制模块、电机驱动模块、电机正反转模块、楼梯货物托运装置、液压模块、HX711压力传感器模块组成。整个系统采用锂电池作为电源为其供电［1］，可实现楼梯货物托运、物体测重报警功能。

2.1 单片机最小控制模块的设计

本系统采用STC89C52为控制模块的主控系统。STC89C52虽采用传统的处理内核，但其工作性能高、能源浪费较少且拥有较高的可编程存储器和8位CMOS微控制器，同时又在STC89C51的技术上做了诸多改进，使得STC89C52在应用时具有更高的灵活性及更高的处理速度。

2.2 电机驱动模块的设计

本次设计以无刷直流电机作为主要驱动装置，采用将定子作为电枢绕组。其转子采用磁体作为其原材料。如果整个系统采用直流电源给电机进行供电，由于其磁场内变化为0，因此不能正常工作运行。若要电机正常工作，则需对转子持续进行检测，根据检测结果的不同来改变电源供给情况［2］，从而使得电机运行。

直流无刷驱动器包括电源部和控制部两部分。其中，电源部主要提供三相电源给电机，而控制部则需根据需求转换输入电源频率。电源部可以采取两种方式接入电流，其一为直流电（大部分是24 V），其二为交流电。由于电机驱动模块主要采用交流电进行供电，因此需要再引入转换器装置来进行交直流转换。由于在电机里设有霍尔传感器［3］，因此控制部利用PWM对换流器和晶体管等的各种特性进行调制后对电机的转速进行控制。

无刷直流电机驱动原理如图2所示。

2.3 电机正反转模块的设计

电机的正反转控制主要用来控制货物搬运装置的前进以及后退。具体高电平与低电平和电机运作的关系如表1所示。

2.4 液压模块的设计

本次货物搬运设计根据项目实际情况，考虑到诸多方面的问题，最终选择液压装置。由于电液推杆是以电动机作为动力源的一种机电液一体化的装置［4］。其工作原理是为了实现推杆的外行和内行操作，需要接通电机控制电源，这样在保证能源供给的情况下，液压油会对部内装置输出，并且经过阀门控制返回油缸内。

过载自动保护功能：在电液推杆正常运作的情况下，若有外力导致的活塞杆压力高过临界点，而电机却依旧运行，这时保护系统会自行工作，打开溢流阀，实现液体保护，防止马达燃烧。

电压推杆的自锁功能：电液推杆中存在自锁功能。当出现紧急情况时，自锁设计就会使得电机暂停工作，活塞杆卡死且油压恒定不再上升。

2.5 HX711压力传感器模块的设计

压力传感器在工业实践应用中十分广泛，可应用于多种复杂工作环境。它最大的作用是将有压力感应器件产生的信号输出为电信号形式。本次设计应用的是HX711压力传感器，在搬运装置上无重物时，压力传感器受力为0，压力垫位置低，在接通电源放置重物后，装置开始工作。测力点检测到的压力P达到设定阈值时，蜂鸣器发声报警，电机断电，解除压力隐患后按下开关即可继续正常工作［5］，结构如图3所示。

2.6 楼梯货物托运系统流程

楼梯货物托运装置在放上货物时，HX711压力传感器模块会检测物体的重量。如果未超重，电机驱动模块、液压装置模块和正反转装置模块会正常运转，实现货物在楼梯间托运。如果物体超重，蜂鸣器会发出警报，只有在解除压力隐患后，重新按下开关，方可继续工作。楼梯货物托运装置流程如图4所示。

3 结语

本次设计的楼梯货物托运装置主要应用于狭窄地形或楼梯间重物的搬运，对于个人日常生活搬运重物或者是搬家公司进行工作都有着很大的帮助，提高了上下楼梯搬运重物的安全性。本装置只需一人跟随，节约劳动力。选用无刷直流电机作为核心部件结合液压装置等，使搬運装置可以正常运行。加上压力传感器，结合蜂鸣器报警，消除了货物超重的安全隐患。因自身知识水平以及原材料采集能力有限，故本次设计内容的楼梯货物搬运装置仍有很大的改进空间。

參考文献

［1］李思茹.机场自助托运服务系统设计研究［D］.北京：北京化工大学，2021.

［2］罗灿，邓黎萍，王续乔，等.自助行李托运设备在线监测系统的设计及应用［J］.空运商务，2019（11）：56-59.

［3］白凤磊.机场托运车车架专用翻转机设计［D］.保定：河北农业大学，2018.

［4］郭素红.某机场自助行李托运系统的设计与实现［D］.厦门：厦门大学，2017.

［5］姜文涛，张壮，刘万军.基于视觉目标跟踪的行李托运系统设计与实现［J］.辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2017（8）：876-882.

（编辑 王永超）

Design of the stair goods consignment system

Shi  Zhuang， Cheng  Weiwei， Xia  Baihua

（School of Electronic and Electrical Engineering， Anhui Sanlian University， Hefei 230601， China）

Abstract： When the goods or heavy items were transported up and down the stairs， especially in some older residential buildings， the floors were not too high and there was no elevator installation， and more or less in the transportation of goods or heavy items would encounter some difficulties. It was necessary to design the cargo stair for consignment. In order to save manpower and avoid accidents， the design of stair cargo transport was based on some walk-up floors and needed to carryout large cargo or articles transportation. It could carry goods up and down stairs in a complex environment. Of course， ground transportation was included. Stair cargo carrier of this paper carried brushless motor and hydraulic transmission device to help us transport goods better and more labor-saving.

Key words： stair goods consignment; single-chip microcomputer; STC89C52