基于STM32微控制器的无线遥控卸扣设计

李浩正 陈良展 李佳静 徐韶莲

摘   要：文章设计了一种销轴拆卸装置。使用遥控器无线遥控自动卸扣，工作人员可在地面操作，不需要工作人员高空作业，降低卸扣的安全隐患。采用电机驱动螺旋传动，解决了人工多次敲击造成轴销端面变形的问题，因此拆卸下来的轴销可以再次使用，降低了维护成本。

关键词：机械设计;自动控制;STM32微控制器

随着我国建筑行业的发展，房屋的高度逐渐增加，高空吊装已经取代了原有的人工搬运作为建筑材料的主要运送方式。但是大多数情况下，吊装完成后需要人工爬到空中手动拆卸卸扣销轴，高空操作难度较高、平衡难掌握等一些列问题的存在，对工人的安全存在着巨大的威胁，并且卸扣需要人工多次重复同一动作来进行，效率低下、劳动强度大。为了解决该问题，本文在日常使用的卸扣基础上进行改进，设计了一款可通过无线遥控拆卸的卸扣。

1    机械系统设计

机械系统主要由卸扣主体、电机、控制板3部分组成，具体如图1所示。

图1中，左侧为电机与电机支撑架，中部为螺杆定位连接装置与控制板部分和电源，电机与该区域通过法兰连接，电力线路通过内壁开孔与电机相连右侧为卸扣主体。

中部为核心机构，由螺母、螺桿、螺母支撑组成。当机器开始起吊设备时，因为螺杆与卸扣本体通孔为间隙配合，其受力面积小、挤压应力大，所以在卸扣本体的左端面开有燕尾槽、螺母支撑的右端面加工燕尾滑块，其方向沿受力布置。当螺杆受力时，螺母支撑带着螺母、螺杆沿受力方向移动，使得螺杆与卸扣本体通孔充分接触，扩大受力面积，完成起吊设备的作业。

当设备到达指定位置，工作人员可以在地面按动遥控器，控制板接收到指令给驱动电机通电。驱动电机的空心转子装在螺母上，定子装在螺母支撑上，当电机通电时，在螺母上施加力矩。螺母支撑内开有球面孔，螺母外表面加工为球面，螺母支撑与螺母之间形成球副，当螺母受到力矩时将产生转动。由于螺母与螺杆之间螺纹连接形成螺旋传动，将转动转化为直线运动。螺母支撑的球面孔两侧为与螺杆间隙配合的通孔，通孔半径小于球面孔半径，将螺母压入螺母支撑的球面孔后，限制了螺母的轴向移动，所以螺杆将沿着轴线退出卸扣本体的通孔，完成自动卸扣的作业。

2    控制系统设计

2.1  控制系统硬件设计

卸扣驱动板，卸扣驱动板主控选择STM32F103C8T6，无线通信模块采用LORA通信模块，型号为E64-433T20S，电机驱动方案采用IR2104+IR7843方案，该电机驱动方案驱动电流大、反转速度快，且IR7843该种MOS芯片能够有效防止电流过大带来的危害。整体思路为引出主控芯片的PWM引脚，与IR2104对应引脚相连，通过IR2104将PWM信号放大，进而控制IR7843这颗MOS芯片的开关程度，使得电机以不同的速度转动。LORA模块通过UART接口与主控芯片相连，用于接收遥控器的命令。无线遥控板主控和通信模块同上，增加一块1.8寸TFT屏幕，用于显示工作状态以及有关的参数，增加5个按键，通过IO口直连主控芯片，通过按键进行电机的启停以及转速的控制。

2.2  控制系统软件设计

本系统整体程序使用ST公司提供库函数编写，简化了开发难度。

卸扣驱动板程序结构为上电后对所需要用到的模块进行初始化配置，检测与无线控制板连接，连接正常后向控制板发回信息，建立握手关系。开始进入循环执行程序阶段，在该阶段内，通过来自控制板的指令来选择对应的PWM波输出，进而控制电机的行进与加速减速。指令信息在串口中断程序中接收。

无线控制板程序结构为上电后对所需要用到的模块进行初始化配置，检测与卸扣驱动板连接，连接正常后等待卸扣驱动板发送回信息，建立握手关系。开始进入循环执行，在循环中通过IO口接收按键信息，判断按键指令的类别，并通过串口向卸扣驱动板发送对应的指令。

3    结语

本文设计的无线遥控卸扣在实验测试中达到了预期目标，解决了传统吊装作业时作业工人拆卸速度缓慢、工作环境不安全等问题，但也存在一些弊端，比如在带电环境下使用时，若周围存在较大电流电压或者磁场干扰，卸扣的通信之间存在一定误码情况，这可能是由于屏蔽未处理是接下来研究应着重解决的问题。

[参考文献]

[1]许春生.输配电线路带电作业技术的研究发展[J].低碳世界，2016（32）：23-24.

[2]洪建昌，逯辉.销轴拆卸装置.中国：CN201227804Y[P].2008-07-02.