一種自動(dòng)割草機器人的設計和實(shí)現

　　1 系統結構

　　自動(dòng)割草機器人主控系統的結構框圖如圖1所示。系統主要由單片機控制系統、傳感器系統、電機驅動(dòng)系統3大部分組成。其中單片機控制系統的處理器采用國產(chǎn)芯片STC12C5410AD,包含10 bit的ADC以及串口、I2C等通用串行接口，高達40 MHz的主頻完全可以勝任本系統的計算和處理速度。

　　運動(dòng)系統主要通過(guò)單片機給出的多路PWM信號對自動(dòng)割草機器人的行動(dòng)電機以及割草電機進(jìn)行控制。傳感器系統由電子籬笆傳感器、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割草區域的邊緣；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)碰向割草機的物體；雨水傳感器用于檢測下雨天氣，并且相應作出回基站的操作；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，一旦傳感器檢測的角度超過(guò)設定的閾值，系統自動(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)割草機器人，無(wú)線(xiàn)遙控的距離約20 m.各個(gè)系統都采用模塊化設計，可擴展性高、升級維護方便、二次開(kāi)發(fā)周期短。表1為自動(dòng)割草機器人參數表。

　　2 硬件系統設計

　　2.1 主控系統

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

　　2.2 運動(dòng)控制系統

　　運動(dòng)控制系統中行動(dòng)電機部分采用2片L298直流電機驅動(dòng)芯片對直流電機進(jìn)行控制。1片L298驅動(dòng)芯片可以提供最高3 A的驅動(dòng)電流，本系統的行動(dòng)電機供電電壓為24 V,對于設計要求行動(dòng)總功率不大于60 W的驅動(dòng)系統來(lái)說(shuō)，2片L298擁有足夠的驅動(dòng)能力。在機械結構上，電機軸上使用了減速齒輪，用于加大最大電機輸出轉矩，提高在草地上行走的能力。

　　割草電機驅動(dòng)部分采用mosfet驅動(dòng)，IRLR2705這款mosfet可以提供峰值28 A的電流，滿(mǎn)足了割草電機的要求。割草電機的開(kāi)通和關(guān)斷由一個(gè)單片機IO控制。割草電機驅動(dòng)有一個(gè)電流檢測反饋環(huán)節，當割草電機的工作電流過(guò)大（一般是堵轉時(shí)），電流信號被采樣電阻取出并且送往單片機AD轉換器中進(jìn)行檢測并且軟件保護。防止堵轉的電機燒毀mosfet管。電機驅動(dòng)電路圖如圖2.