一種自動(dòng)割草機(jī)器人的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

　　1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　自動(dòng)割草機(jī)器人主控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)3大部分組成。其中單片機(jī)控制系統(tǒng)的處理器采用國(guó)產(chǎn)芯片STC12C5410AD,包含10 bit的ADC以及串口、I2C等通用串行接口，高達(dá)40 MHz的主頻完全可以勝任本系統(tǒng)的計(jì)算和處理速度。

　　運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)主要通過(guò)單片機(jī)給出的多路PWM信號(hào)對(duì)自動(dòng)割草機(jī)器人的行動(dòng)電機(jī)以及割草電機(jī)進(jìn)行控制。傳感器系統(tǒng)由電子籬笆傳感器、光電開(kāi)關(guān)傳感器、碰撞開(kāi)關(guān)傳感器、雨水傳感器、無(wú)線(xiàn)遙控接收模塊等組成。其中，電子籬笆傳感器用于探測(cè)割草區(qū)域的邊緣；光電開(kāi)關(guān)傳感器用于避開(kāi)慢速的或者靜止的障礙物；碰撞開(kāi)關(guān)傳感器用于避開(kāi)快速的或者主動(dòng)碰向割草機(jī)的物體；雨水傳感器用于檢測(cè)下雨天氣，并且相應(yīng)作出回基站的操作；傾角開(kāi)關(guān)傳感器用于安全措施，防止自動(dòng)割草機(jī)器人在割草過(guò)程中發(fā)生意外事件翻倒，一旦傳感器檢測(cè)的角度超過(guò)設(shè)定的閾值，系統(tǒng)自動(dòng)停止一切工作，進(jìn)入休眠狀態(tài)；無(wú)線(xiàn)遙控部分用于方便使用者無(wú)線(xiàn)控制自動(dòng)割草機(jī)器人，無(wú)線(xiàn)遙控的距離約20 m.各個(gè)系統(tǒng)都采用模塊化設(shè)計(jì)，可擴(kuò)展性高、升級(jí)維護(hù)方便、二次開(kāi)發(fā)周期短。表1為自動(dòng)割草機(jī)器人參數(shù)表。

　　2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　2.1 主控系統(tǒng)

　　主控系統(tǒng)采用STC12c5410AD單片機(jī)，最高主頻40 MHz,8路AD輸入，可以滿(mǎn)足自動(dòng)割草機(jī)器人系統(tǒng)的控制需求。本系統(tǒng)采用30 MHz的有源晶振，8路AD輸入基本上可以滿(mǎn)足系統(tǒng)中模擬量的采集需求。

　　2.2 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

　　運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中行動(dòng)電機(jī)部分采用2片L298直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行控制。1片L298驅(qū)動(dòng)芯片可以提供最高3 A的驅(qū)動(dòng)電流，本系統(tǒng)的行動(dòng)電機(jī)供電電壓為24 V,對(duì)于設(shè)計(jì)要求行動(dòng)總功率不大于60 W的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，2片L298擁有足夠的驅(qū)動(dòng)能力。在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，電機(jī)軸上使用了減速齒輪，用于加大最大電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，提高在草地上行走的能力。

　　割草電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分采用mosfet驅(qū)動(dòng)，IRLR2705這款mosfet可以提供峰值28 A的電流，滿(mǎn)足了割草電機(jī)的要求。割草電機(jī)的開(kāi)通和關(guān)斷由一個(gè)單片機(jī)IO控制。割草電機(jī)驅(qū)動(dòng)有一個(gè)電流檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)，當(dāng)割草電機(jī)的工作電流過(guò)大（一般是堵轉(zhuǎn)時(shí)），電流信號(hào)被采樣電阻取出并且送往單片機(jī)AD轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行檢測(cè)并且軟件保護(hù)。防止堵轉(zhuǎn)的電機(jī)燒毀mosfet管。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖如圖2.