基于单片机控制的烟灰管道自动清灰装置的制作方法

本发明属于管道清理技术领域，尤其是一种基于单片机控制的烟灰管道自动清灰装置。

背景技术：

烟灰管道在现今的生活中广泛应用，尤其是在广大农村都是采用烟囱管道来进行通风排烟。但烟囱管道在长期使用后，烟灰垢会附着在管道内壁上，轻则影响排烟，重则堵塞管道，如不能及时清除，会出现在做饭生火时浓则倒灌进屋子的现情况，严重威胁居民健康。

现有除烟灰的方法有将长棍子放入烟囱内，各个方向搅动来除掉烟垢；或者用结实的麻绳紧紧绑住与烟囱口大小相仿的砖头(以能放入烟囱为准)，尽量靠近烟囱内壁做上下运动，将烟垢慢慢铲除，最后再从灶内将烟垢清除。上述两种方法工作效率不高，费时费力，不能彻底地清除烟垢而且操作过程中飘散的烟灰会附着操作人身上甚至被吸入进体内，严重危害人的健康。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、工作效率高且对人体无害的基于单片机控制的烟灰管道自动清灰装置。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于单片机控制的烟灰管道自动清灰装置，包括壳体、伸缩机构、行走机构、清灰机构、控制装置和电源装置；所述清灰机构为两个并对称安装在壳体两端，所述行走机构和伸缩机构安装在一起并对称在壳体表面两端，所述电源装置和控制装置安装在壳体内部，电源装置与伸缩机构、行走机构、清灰机构、控制装置相连接为其供电，所述控制装置与伸缩机构、行走机构、清灰机构相连接，所述控制装置与壳体外的遥控模块通过无线方式相连接，遥控模块向控制装置发出控制命令并由控制装置对伸缩机构、行走机构、清灰机构的运行进行控制。

进一步，所述壳体包括壳体罩、壳体轴承和隔板；所述壳体罩为中空的正六棱柱薄壳体，壳体罩的前后端面中心均设置有中心孔，通过中心孔将控制装置与清灰机构相连接；所述壳体轴承安装在壳体罩侧面的小孔内并将控制装置与伸缩机构和行走机构相连接；两个隔板设置在壳体罩内部并将整个壳体罩分成三个空间，两侧空间分别设置有控制装置中的清灰电机，中间的空间安装有电源装置和控制装置。

进一步，所述清灰机构包括连接轴、弹簧、活动件、车轮架、清灰轮、圆柱罩和连接台；所述连接轴穿过壳体罩前后面的中心孔，该连接轴内侧连接有控制装置的清灰电机，该连接轴外侧固定在连接台底面的中心处；所述连接台为实心六棱柱，连接台的每个侧面中心处上均有圆柱罩，所述圆柱罩为圆柱空心薄壁，下底面连接在连接台侧面上，上表面中心开有小孔；所述弹簧安放在圆柱罩内部，其上端面和外表面均与圆柱罩内壁相接触，下端面与车轮架相接触；所述车轮架下半部分为一个底盘托，底盘托放置在圆柱罩内部，弹簧下端与其上表面相接触；所述活动架上半部分为一个圆柱轴，圆柱轴穿过圆柱罩上表面小孔，下端与底盘托中心相连，上端与车轮架相连；所述车轮架呈弹弓形状，下端与活动架相连，上端连接有清灰轮，在清灰轮表面有细小毛刷。

进一步，所述伸缩机构包括外罩、压缩弹簧、活动架、轴承、内罩；所述外罩为圆柱薄壁，下表面与壳体侧壁相接触，上表面开有小孔，并与壳体侧壁小孔同轴心；所述压缩弹簧外表面紧紧贴于外罩内壁，下端面与壳体侧壁相接触，上端面与活动架相接触；所述活动架放置在外罩内部，活动架下部为底面贯穿的圆柱薄壁，其薄壁厚度与压缩弹簧厚度相同且高度大于外罩的三分之一，活动架下部的外表面与外罩内壁相接触，内表面与内罩外壁相接触，下表面与压缩弹簧相接触，活动架上部为中部贯穿的圆柱侧薄壁并内置有轴承，该圆柱侧薄壁穿过外罩上表面孔向上与行走机构的连接罩相连；所述内罩形状同外罩，内罩外壁与压缩弹簧内表面相接触，内罩高度为外部圆柱罩的三分之二。

进一步，所述行走机构包括主轴、主锥齿轮、从动锥齿轮、连接杆、T型换向器、车轮、车轮轴、连接罩、长内齿轮和外齿轮杆；所述主轴穿过主锥齿轮并相互铆合，后端与控制装置中的行走电机相连，前端略穿过隔板小孔中；所述主锥齿轮安装在壳体内部并与从动锥齿轮相啮合，两者中心轴线呈90度；所述连接杆下端连接在从动锥齿轮中心，连接杆作为从动锥齿轮的旋转轴，上端与长内齿轮相连接，并与壳体轴承相互紧密配合；所述长内齿轮的外壁为光滑圆柱壁，长内齿轮安装在伸缩机构的内罩中，内表面设置有齿轮槽，高度比内罩高度稍小；所述外齿轮杆上半部分为圆柱轴，上端与T型换向器的主轴相连，中部与活动架中轴承紧密贴合，所述外齿轮杆下半部分为长外齿轮，其外齿轮与长内齿轮的内齿槽紧密啮合；所述连接罩为中空长方体壳，上表面连接在T型换向器的壳体上，下表面连接在活动架的上半部分外壁上；所述车轮上布满沟槽，并通过车轮轴连接在T型转向器的两个侧轴上。

进一步，所述控制装置包括单片机控制装置、遥控模块、超声波无线距离传感器、行走电机和清灰电机；所述单片机控制装置安装在壳体内两个隔板之间，包括单片机电路和电机驱动电路，单片机电路通过电机驱动电路驱动行走电机与清灰电机，进而带动行走机构和清灰机构工作；所述清灰电机有两个，分别安装在隔板与壳体罩的前后面之间，并与清灰机构的连接轴相连接，电机接线通过隔板中的排线孔连接至电机驱动电路上；所述行走电机有两个，分别安装在两个隔板中间，并与行走机构中的主轴相连接，由电机驱动电路进行驱动；所述超声波无线距离传感器安装在清灰机构的连接台前端面的中心处，通过无线通信的方式与控制装置中的单片机电路相连接并传送所感知信号；所述单片机电路通过红外接收管与遥控器装置采用红外方式相连接，该控制装置由电源装置进行供电。

进一步，所述遥控模块由遥控机壳及其内部的红外信号发射器、红外控制电路连接构成；在遥控机壳的面板上设有装置前进指示灯、装置后退指示灯、障碍指示灯、装置前进键、装置停止键、装置后退键、清灰机构正向指示灯、清灰机构反向指示灯、正向除灰键、除灰停止键和反向除灰键。

进一步，所述电源装置为可充电蓄电池，安装在壳体内部并与控制装置相连接。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明采用了六棱柱壳体，每个侧面均设有伸缩机构和行走机构，清灰机构也是采用圆周阵列而成。装置构造紧密，清灰效果好、工作效率高，配合内部控制装置，省去了人工清灰的麻烦。

2、本装置采用了伸缩机构和行走机构进行配合，可以实现对不同直径长度(装置允许范围内)管道的清灰，而且对竖直管道也同样适用，因此，本装置具有普遍的适用性，清灰机构采用离心的方法来实现对管道的清灰，不会受到管道直径变化的影响，因此该装置可适用于直径变化的管道，使用范围灵活。

3、本装置采用单片机控制装置，利用遥控模块实现远距离对装置的操纵，使人远离管道，保障了操作人的健康，同时可以灵活的控制装置的运动，方便对管道进行精细的清灰。

4、本装置安装了超声波无线距离传感器，当检测到前方有障碍物时会发出信号提示操作人进行相应的操作，在无人应答的情况下会命令装置停止运动，防止了装置误撞障碍物的情况。

5、本发明整体上呈对称分布，布局紧凑，避免了该清灰机构在运行过程中产生中心偏移的问题，增强了装置在运行过程中的稳定性。

附图说明

图1是本发明的整体结构框图；

图2是本发明的清灰机构的结构图；

图3是本发明的伸缩机构的剖视图；

图4是本发明的行走模块的结构图；

图5是本发明的壳体的半剖视图；

图6是本发明的控制装置的原理图；

图7是本发明的遥控模块结构图；

1：清灰机构、2：伸缩机构、3：行走机构、4：壳体、1-1：连接轴、1-2：弹簧、1-3：活动件、1-4：车轮架、1-5：清灰轮、1-6：圆柱罩、1-7：连接台、2-1：外罩、2-2：压缩弹簧、2-3：活动架、2-4：轴承、2-5：内罩、3-1：主轴、3-2：主锥齿轮、3-3：从动锥齿轮、3-4：连接杆、3-5：T型换向器、3-6：车轮、3-7：车轮轴、3-8：连接罩、3-9：外齿轮杆、3-10：长内齿轮、4-1：壳体轴承、4-2：隔板、4-3：隔板小孔、4-4：中心孔、4-5：排线孔、4-6：壳体罩、5-1：超声波无线距离传感器、5-2：清灰电机、5-3：行走电机、5-4：遥控机壳。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：

一种基于单片机控制的烟灰管道自动清灰装置，如图1所示，包括清灰机构1、伸缩机构2、行走机构3和壳体4。上述模块以壳体4为骨架，在壳体4的前后两端对称安装有清灰机构1，在壳体4的侧面对称安装有伸缩机构2和行走机构3，在壳体4的内部设置有控制装置和电源装置，在壳体4的外部设置有遥控模块，通过无线连接来控制整个清灰机构1的运行。

如图2所示，所述清灰机构包括连接轴1-1、弹簧1-2、活动件1-3、车轮架1-4、清灰轮1-5、圆柱罩1-6和连接台1-7。所述连接轴1-1穿过壳体4前后面的中心孔4-4，位于壳体4内部的连接轴1-1与控制装置的清灰电机5-2相连接，位于壳体4外部的连接轴1-1固定在连接台1-7的底面的中心处，当清灰电机5-2启动后，连接台1-7会随之旋转。所述连接台1-7为实心六棱柱；连接台1-7的每个侧面中心处上均有圆柱罩1-6；所述圆柱罩1-6为圆柱空心薄壁，下底面连接在连接台1-7侧面上，上表面中心开有小孔；所述弹簧1-2安放在圆柱罩内部，其上端面和外侧均与圆柱罩1-6的内壁相接触，下端面与车轮架1-4相接触，弹簧1-2一直为收缩状态，即清灰机构1一直为收紧状态；所述车轮架1-4下半部分为一个底盘托，底盘托放置在圆柱罩1-6内部，弹簧1-2下端与其上表面相接触。所述活动架1-3上半部分为一个圆柱轴，圆柱轴穿过圆柱罩1-2上表面小孔，下端与底盘托中心相连，上端与车轮架1-4相连；所述车轮架1-4呈弹弓形状，下端与活动件1-3相连，上端连接有清灰轮1-5，清灰轮1-5可以沿轴转动。所述清灰轮1-5表面有细小毛刷，可完成清灰任务。当清灰电机5-2启动后，清灰机构1开始旋转，在离心力的作用下，活动件1-3向外移动，当清灰轮1-5与管道内壁接触后，活动件1-3不再向外移动，此时进行清灰工作。当电机停止转动时，弹簧1-2复位，活动架1-3返回原位，结束清灰过程。

如图3所示，所述伸缩机构由外罩2-1、压缩弹簧2-2、活动架2-3、轴承2-4、内罩2-5组成。所述外罩2-1为圆柱薄壁，下表面与壳体4侧壁相接触，上表面开有小孔，并与壳体4的侧壁小孔同轴心，整个装置提供保护作用；所述压缩弹簧2-2外表面紧紧贴于外罩2-1内壁，下端面与壳体4侧壁相接触，上端面与活动架2-3相接触，正常状态下压缩弹簧2-2处于收缩状态；所述活动架2-3放置在外罩2-1内部，下半部分为下底面贯穿的圆柱薄壁，其薄壁厚度与压缩弹簧2-2厚度相同，高度略大于外罩2-1的三分之一，下半部分的外表面与外罩2-1内壁相接触，内表面与内罩2-5的外壁相接触，下表面与压缩弹簧2-2相接触。上半部分为中部贯穿的圆柱侧薄壁，上半部分圆柱侧薄壁内部安装有轴承2-4，圆柱侧壁穿过外罩2-1上表面孔向上与行走机构3的连接罩3-8相连；所述内罩2-5形状同外罩2-1，外壁与压缩弹簧2-2内表面相接触，内罩2-5高度为外罩2-1的三分之二。当将整个装置置于管道中时，通过伸缩机构2中活动架2-3与压缩弹簧2-2的相互配合：压缩弹簧2-2压缩，活动架2-3下移，从而使行走机构3的车轮3-6向内收缩，进而适应不同直径的管道；所述压缩弹簧2-2给了车轮3-6一个向外的压力，并且车轮3-6上设置了许多沟槽，这两点保证了整个装置能在竖直管道中能够正常行走，不会出现因装置与管道摩擦力不够而导致车轮3-6打滑的情况。

如图3与图4所示，所述行走机构3包括主轴3-1、主锥齿轮3-2、从动锥齿轮3-3、连接杆3-4、T型换向器3-5、车轮3-6、车轮轴3-7、连接罩3-8、长内齿轮3-9、外齿轮杆3-10。所述主轴3-1穿过主锥齿轮3-2并相互铆合，后端与控制装置中的行走电机5-3相连，前端略穿过隔板小孔4-3中，小孔中有润滑物质，起润滑的作用；所述主锥齿轮3-2安装在壳体内部，其齿轮与从动锥齿轮3-3相啮合，两者中心轴线呈90度；所述连接杆3-4下端连接在从动锥齿轮3-3中心，连接杆3-4作为从动锥齿轮3-3的旋转轴，上端与长内齿轮3-9相连接，并与壳体轴承4-1相互紧密配合；所述长内齿轮3-9安装在伸缩机构2的内罩2-5中，外壁为光滑圆柱壁，内表面设置有齿轮槽，高度比内罩高度稍小；所述外齿轮杆3-10上半部分为圆柱轴，上端与T型换向器3-5的主轴相连，中部与活动架2-3中轴承2-4紧密贴合；下半部分为长外齿轮，其外齿轮与长内齿轮3-10的内齿槽紧密啮合。所述连接罩3-8为中空长方体壳，上表面连接在T型换向器3-5的壳体上，下表面连接在活动架2-3的上半部分外壁上；所述车轮3-6上布满沟槽，并通过车轮轴3-7连接在T型转向器的两个侧轴上。当单片机电路接受到启动命令时，行走电机5-3启动，主轴3-1带动主锥齿轮3-2进行旋转，由齿轮间的啮合作用，从动锥齿轮3-3也进行旋转，带动连接杆3-4和长内齿轮3-10旋转，外齿轮杆3-9在齿轮作用下也进行旋转。T型换向器3-5的主轴也进行旋转，有T型换向器3-5的原理可知，其侧轴旋转，带动车轮轴3-7和车轮3-6运动，进而令整个装置运动。

如图5所示，所述壳体4包括壳体轴承4-1、隔板4-2、隔板小孔4-3、中心孔4-4、排线孔4-5和壳体罩4-6。所述壳体罩4-6为内部掏空的正六棱柱薄壳体，前后端面中心均设置有中心孔4-4，壳体六个侧面也设置有小孔，小孔上设置有壳体轴承4-1，并向外安装有伸缩机构2和行走机构3。壳体罩4-6内部设置有两个隔板4-2，从而将整个壳体罩4-6分成三个空间，在壳体罩4-6的前后面与隔板4-2之间设置有控制装置中的清灰电机5-2，在两个隔板4-2之间安装有电源装置和控制装置；所述隔板中心开有隔板小孔4-3，正六边形隔板4-2顶角处开有排线孔4-5，用来给清灰电机5-2和控制装置之间的接线提供通道。

如图6所示，所述控制装置包括单片机控制装置、遥控模块、超声波无线距离传感器5-1、清灰电机5-2、行走电机5-3、电源装置。所述单片机控制装置安装在壳体4内的两个隔板4-2之间，包括单片机电路和电机驱动电路，单片机电路通过电机驱动电路驱动清灰电机5-2和行走电机5-3，进而带动清灰机构1和行走机构3工作；所述清灰电机5-2有两个，分别安装在隔板4-2与壳体罩4-6的前后面之间，并与清灰机构1的连接轴1-1相连接，电机接线通过隔板4-2中的排线孔4-5连接至电机驱动电路上。所述行走电机5-3有两个，分别安装在两个隔板4-2中间，并与行走机构3中的主轴3-1相连接，由电机驱动电路进行驱动；所述超声波无线距离传感器5-1安装在清灰机构1的连接台1-7前端面的中心处，通过无线通信的方式与控制装置中的单片机电路相连接，可以将所感知的信号发送给控制装置；所述单片机电路通过红外接收管与遥控器装置采用红外方式相连接，该控制装置由电源装置进行供电。当超声波无线距离传感器5-1检测到装置前方有障碍物时，当采集的距离小于15cm时，传感器向控制装置发送信号，控制装置控制整个装置进行掉头，同时控制装置通过红外传感器将信号传递给遥控模块，障碍指示灯亮起，提示前方有障碍物，从而提示操作人完成对整个装置的减速或掉头动作，在无人应答的情况下控制装置命令电机停止运动，防止装置误撞障碍物。所述电源装置为可充电蓄电池，安装在壳体罩4-6内部，与控制装置相连接，为其他装置进行供电。

如图7所示，所述遥控模块由遥控机壳5-4及其内部的红外信号发射器、红外控制电路连接构成，再遥控机壳面板上设有三列按键，第一列由上向下依次为装置前进指示灯、装置后退指示灯、装置前进键、装置停止键、装置后退键、第二列为障碍指示灯，第三列由上向下依次为清灰机构正向指示灯、清灰机构反向指示灯、正向除灰键、除灰停止键、反向除灰键。当按下装置前进键，整个装置向前运动，装置前进指示灯亮起，切换至装置后退键，装置向后运动，装置后退指示灯，按下装置停止键，整个装置停止工作，装置指示灯全部熄灭。按下正向除灰键，清灰电机5-2正向旋转，清灰机构1开始运动，同时清灰机构正向指示灯亮起，切换至反向除灰键，清灰机构1反向工作，清灰机构正向指示灯熄灭，反向指示灯亮起；按下除灰停止键，清灰机构1停止运动，同时清灰机构指示灯全部熄灭。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。