一種新型太陽能靜音智能剪草機器人的設(shè)計

徐狀 翟娟

摘? 要： 剪草機器人廣泛應(yīng)用于城市綠化，然而傳統(tǒng)充電式剪草機器人在充電時必須停止作業(yè)，并且機器人所消耗的電能以及帶來的噪聲干擾不可忽視。為此設(shè)計出一種新型的剪草機器人，以STC89C52單片機作為機器人的控制核心，采用太陽能供電，實現(xiàn)節(jié)能。為了減小作業(yè)時的噪聲，采用多個低速直流電機驅(qū)動新型往復(fù)式旋轉(zhuǎn)剪草刀頭，提高剪草機器人環(huán)境友好性。該剪草機器人在作業(yè)時具有自動避障功能，可實現(xiàn)無人化作業(yè)。

關(guān)鍵詞： 太陽能; 往復(fù)式旋轉(zhuǎn)剪草刀頭; 環(huán)境友好性; 自動避障

中圖分類號：TP391? ? ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2019）04-36-04

Abstract： The mowing robot is widely used in urban greening. However， the traditional rechargeable mowing robot must stop working when charging， and the power consumed by the robot and the noise disturbance cannot be ignored. A new type of mowing robot is designed，which the STC89C52 microcontroller is used as the control core of the robot， and the solar energy is used to supply power to realize energy saving. In order to reduce the noise during the operation， several low-speed DC motors are used to drive a new type reciprocated rotating blade to improve the environmental friendliness of the mowing robot. The mowing robot has the function of automatic obstacle avoidance when operating， and can realize the intelligent unmanned operation.

Key words： solar energy; reciprocated rotating blade; environmental friendliness; automatic obstacle avoidance

0 引言

伴隨社會的不斷進步和經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對生活質(zhì)量，特別是居住環(huán)境的要求越來越高，因此城市的綠化問題變得非常重要。草坪建設(shè)是城市綠化最基礎(chǔ)也是最重要的環(huán)節(jié)，如城市園林綠化、足球場、高爾夫球場等均離不開高質(zhì)量的草坪建設(shè)。作為草坪建設(shè)與維護的關(guān)鍵設(shè)備，剪草機在實際中的應(yīng)用越來越廣泛，但目前廣泛使用的剪草機普遍存在如下問題：①以燃油作為動力源，該方案不僅會給環(huán)境帶來一定危害，同時與如今提倡的最大限度地使用可再生能源的趨勢背道而馳;②以市電作為動力源，該方案充電過程中必須中斷作業(yè)，一定程度上限制了剪草機的工作效率;③傳統(tǒng)驅(qū)動方案和剪草刀頭的噪音大，環(huán)境友好性較差;④剪草過程中需專門的操作人員，經(jīng)濟性較差。針對目前剪草機方案普遍存在的上述缺點，本文設(shè)計了一種新型太陽能靜音智能剪草機器人，以STC89C52單片機作為機器人的控制核心，可再生能源太陽能[1]作為動力源，并且采用多個低速直流電機驅(qū)動新型往復(fù)式旋轉(zhuǎn)刀頭的方案，此外，機器人采用HC-SR04超聲波傳感法和紅外線探測法結(jié)合微控制器實現(xiàn)了剪草機器人的自動避障[2-3]，可實現(xiàn)無人作業(yè)，最后搭建了實驗樣機，結(jié)果表明該方案可顯著提高剪草機器人的環(huán)境友好性和經(jīng)濟性。

1 總體設(shè)計原理

該系統(tǒng)（如圖1）主要利用太陽能電池板采集能量，經(jīng)蓄電池保護電路后對蓄電池充電，穩(wěn)壓濾波后對機器人供電，STC89C52芯片負責(zé)傳感器的狀態(tài)，并發(fā)出指令控制電機驅(qū)動模塊。隨后驅(qū)動輪電機、刀頭電機啟動開始巡線前進，開始剪草工作。其中智能規(guī)避模塊使用HR-SR04超聲波傳感法進行測距和紅外探測法進行物質(zhì)識別相結(jié)合的方式來實現(xiàn)，該模塊在單片機的控制指令下，對前方的路況進行檢查，并將檢測信息反饋給STC89C52單片機，經(jīng)單片機處理分析后，反饋正確的控制指令，通過控制前轉(zhuǎn)向輪，后驅(qū)動輪調(diào)整機器人的運行的方向，達到剪草機器人避障循跡的目的。剪草完畢后，蜂鳴器指示燈報警，機器人回收。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

太陽能靜音智能剪草機器人以STC89C52單片機為控制核心，主要電路包括主控模塊、電機驅(qū)動模塊、智能規(guī)避模塊、電源模塊等。

2.1 主控模塊

采用STC89C52單片機[5-7]為整個系統(tǒng)的主控單元，來實現(xiàn)對機器人的控制，使機器人能夠智能運行。

STC89C52芯片以經(jīng)典的MCS-51為核心，但在芯片的功能上做了較多的改進。在單芯片上，擁有8 位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供靈活、有效的解決方案。STC89C52主要功能、性能參數(shù)：

⑴ 8051單片機增強型，6時鐘/機器周期和12時鐘/機器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容經(jīng)典8051。

⑵ 工作電壓為5 5V～3 3V/3 8V～2 0V。

⑶ 工作頻率范圍為0～40MHz，相當(dāng)于普通8051的0～80MHz，實際工作頻率可達48MHz。