专利名称：一种智能割草机器人控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种智能割草机器人控制系统。适用于在家庭、公共服务空间 等场所进行绿地护理等服务。
背景技术：
目前，机器人大都应用接触性传感器实现机器人自主导航，这类系统精度 比较高，须利用超声数据，识别和跟踪道路边缘，将超声数据与图像数据结合， 通过事先训练好的神经网络来预测障碍物可能位置，使机器人在动态非结构化 环境中实现自主导航。家用服务型机器人由于制造成本和生产工艺的因素，以 上技术在应用上则较为困难，另外，现有的机器人还存在着人为参与动作过多， 功耗高，噪音大等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用单片机和红外线收发技术实现自 动导航、避障、检测和操作的机器人智能控制系统。
本发明所采用的技术方案是 一种机器人智能控制系统，其特征在于该控 制系统包括单片机主控单元、A/D转换器、电压检测电路、气体检测电路、颗 粒流量检测电路、防撞电路、对地红外防跌落电路、导航电路、驱动电路和电 源电路，其中
单片机主控单元由微处理器A和微处理器B组成，微处理器A、微处理器 B和A/D转换器之间通过功能端脚互相连接，实现控制系统的数据交换与操作; 电压检测电路的输出信号送到处理器B的脚2，用于监控系统的电压； 气体检测电路的输出信号送到微处理器B的脚8，用于判断空气的综合质
颗粒流量检测电路由一对红外发射、接收管采集信号，输出的电信号发送 至A/D转换器的脚19，转换成数字信号后进入微处理器A进行处理，输出信号 用于控制驱动电路；
防撞电路由二对红外发射、接收管采集信号，输出的二路信号分别输至微 处理器B的脚9和脚11，输出信号用于控制驱动电路；对地红外防跌落电路由四对红外发射、接收管采集信号，其输出信号经放
大后接入微处理器A的脚40、脚7、脚5、脚8，输出信号用于控制驱动电路;
导航电路由四对红外发射、接收管和二对霍尔传感器采集信号，输出信号 经多路切换电路1;4后输出到运算放大器112进行信号处理，处理过的信号经U2 的脚7输出至A/D转换器的脚14进行A/D转换，转换后的数字信号进入微处 理器A进行处理，输出信号用于控制驱动电路；
驱动电路接受微处理器A的控制，由四位数值比较器U9、 U1()，电机驱动 器Uu和晶振电路Us组成，U9、 Uuj取样电平由U8的脚3、 4、 5、 6在4M晶振 分频后得到，U 的输出信号分别控制两个减速电机的方向和速度。
本发明的有益效果是通过单片机控制和红外线收发技术，采用直接自适 应器对机器人进行轨迹控制的方案；进行脉宽调制(PWM)分段，步进式输出 1Hz 3kHz的PWM，它占用的CPU时间短。可实现服务型机器人的自动导航、 避障、检测和操作，无须人为操作，此设计的结构简单、成本低、可靠性好、 抗干扰能力强。
图l是本发明的系统结构图。
图2-l是本发明的原理总图。
图2-2是本发明的另一原理总图。
图3是图2-2中电压检测电路的原理图。
图4是图2-2中气体检测电路的原理图。
图5是图2-1中颗粒流量检测电路的原理图。
图6是图2-2中防撞电路的原理图。
图7是图2-1中对地红外防跌落电路的原理图。
图8是图2-1中导航电路的原理图。
图9是图2-1中驱动电路的原理图。
图10是图2-1中电源电路的原理图。
图11是图2-1中电源开关电路的原理图。
图12是图2-1中风机及告警电路的原理图。
具体实施例方式
如图1所示，本实施例由微处理器A1、微处理器B2、 A/D转换器3、电压检测电路4、气体检测电路5、颗粒流量检测电路6、防撞电路7、对地红外 防跌落电路8、导航电路9、驱动电路10和电源电路11组成。
如图2、图3所示，微处理器A(Uu型号68HC705C9A，以下简称1112) 1 和微处理器B(U^型号AT89C2051，以下简称1;3()1) 2组成单片机主控单元， 单片机主控单元和A/D转换器3 (U3型号68HC68，以下简称113)之间通过 功能端脚互相连接，实现控制系统的数据交换与操作。
电压检测电路4由电阻R^、 R3()2、 R3Q3、 Wi组成取样电路，取样电压经分 压后输送到比较器U则A(型号LM393)， U卿A的脚2大约有2.5V左右的电压， 而U300A脚3的电压经分压后如果此电位高于脚2的电位，U300A的脚1输出 高电平，反之输出低电平，输出信号送到113()1的脚2，用于监控系统的电压并 点亮LED。
气体检测电路5中的气体探头检测出空气质量污染严重时，由J3()3的脚3 输出高电平信号，送到比较器U鄉B的脚6，与U鄉B的脚5做电位比较，由于 脚6为反向输入端，此时U3ooB的脚7输出低电平，送到113()1的脚8。如果空气
质量良好，则U300B的脚7输出高电平。电阻11323、 W2、 C犯6组成一个基准电压电路。
颗粒流量检测电路6由JP7的脚4、 5导通5V红外线发射管，该管与JP9 的脚5的接收管形成对射，当固体颗粒扰动，使红外线接收量降低，形成低电 平，直接发送信号到U3的脚19，转换成数字信号后进入微处理器Uu进行处理， 输出信号用于控制驱动电路10。
防撞电路7由二对红外发射、接收管IR5、 IR6采集信号，从J鄉的脚1、脚
4输出二路信号，分别经三极管Q3股、Q3。3放大后输至微处理器U3(H的脚11和
脚9，输出信号用于控制驱动电路10。
对地红外防跌落电路8由四对红外发射、接收管采集信号，红外接收管的
输入信号分别输到JP9的脚7、 JP7的脚1、 JPs脚3、 JP2的脚5，其输出信号分 别通过JP9的脚7、 JP7的脚1、 JPs的脚3、 JP2的脚5输送到三极管Q8(u、 Q802、
Q鹏、Qm的基极，信号经放大后接入微处理器U12的脚40、脚7、脚5、脚8， 输出信号用于控制驱动电路10。
导航电路9由四对红外发射、接收管和二对霍尔传感器采集信号，红外接 收管IRp IR2、 IR3、 IR4的输入信号分别送到多路切换电路LU(型号MC14052B)的脚11、 12、 15、 14， U4的输出信号通过脚13、 3输出到U2 (型号TLV2274M) 的脚13、 IO进行信号处理，处理过的信号经U2的脚7输出至U3的脚14进行 A/D转换，转换后的数字信号进入微处理器1112进行处理，输出信号用子控制 驱动电路IO。
霍尔传感器Hp H2的输出信号输送到U3的脚9和脚11，经过A/D转换后 的时序脉冲进入微处理器U12的脚34、 35，经CPU运算后控制驱动电路10中 电机的转向。
驱动电路10接受微处理器Uu的控制，由四位数值比较器U9 (型号 MC74HC85)和U1()(型号MC74HC85)，电机驱动器Uu (型号L6204)和晶 振电路Us (型号SN74HC393)组成。控制信号由微处理器U12的脚13、 14、 15、 16脚输出至四位数值比较器U9的脚10、 12、 13、 15，微处理器1112的脚 18、 19、 20、 21输出至四位数值比较器Uu)的脚10、 12、 13、 15，经判断后， 其中一路U9的脚7和脚5输出到Uu的脚9和脚12，再由U 的脚4和脚18 输出，控制JP2的脚1、 2的右减速电机的速度；另一路Uu)的脚7和脚5输出 到Un的脚2和脚19，由Un的脚7和脚13输出，控制JPs的脚l、 2左减速电 机的速度。U9、 Uu)的取样电平由U8的脚3、 4、 5、 6在4M晶振分频后得到。
电源电路ll， 12V电池电压经三端稳压管Us (型号78L05)稳压后，输出 5V电压，供给机器电源。其中Uu为主5V，供给CPU及其外设，Us为从5V， 供给探头及U2、 U6 (型号TLV2272M)。
电源开关电路，当按下电源"开"键时，Qs的基极处于高电平，Qs导通， 继电器吸合，Uu在通电后从脚12输出高电平锁住Q5的基极电位，让继电器一 直处于吸合状态。当按下"关"键时，Qs的基极为低电平，三极管截止，继电 器断开。
风机及告警电路，当要启动12V电机时，1112的脚IO输出高电平，Q6导通， 风机开始工作。Ru为下拉电阻，Ri为保护电阻。同理，当设备在需要告警时， Ui2的脚9输出高电平，Q3导通，蜂鸣器得电发出告警声音。
权利要求
1、一种智能割草机器人控制系统，其特征在于该控制系统包括单片机主控单元、A/D转换器(3)、电压检测电路(4)、气体检测电路(5)、颗粒流量检测电路(6)、防撞电路(7)、对地红外防跌落电路(8)、导航电路(9)、驱动电路(10)和电源电路(11)，其中
2、 单片机主控单元由微处理器A (1)和微处理器B (2)组成，微处理器A (1)、 微处理器B (2)和A/D转换器(3)之间通过功能端脚互相连接，实现控制系统的数据 交换与操作；
3、 根据权利要求l所述的电压检测电路(4)的输出信号送到处理器B (2)的脚2， 用于监控系统的电压；
4、 根据权利要求1所述的气体检测电路(5)的输出信号送到微处理器B (2)的脚8， 用于判断空气的综合质量；
5、 根据权利要求1所述的颗粒流量检测电路(6)由一对红外发射、接收管采集信号， 输出的电信号发送至A/D转换器(3)的脚19,转换成数字信号后进入微处理器A (1) 进行处理，输出信号用于控制驱动电路(10);
6、 根据权利要求1所述的防撞电路(7)由二对红外发射、接收管采集信号，输出的 二路信号分别输至微处理器B (2)的脚9和脚11，输出信号用于控制驱动电路(10);
7、 根据权利要求1所述的对地红外防跌落电路(8)由四对红外发射、接收管采集信 号，其输出信号经放大后接入微处理器A (1)的脚40、脚7、脚5、脚8，输出信号用于 控制驱动电路(10);
8、 根据权利要求l所述的导航电路(9)由四对红外发射、接收管和二对霍尔传感器采集信号，输出信号经多路切换电路Ut后输出到运算放大器U2进行信号处理，处理过的信号经U2的脚7.输出至A/D转换器(3)的脚14进行A/D转换，转换后的数字信号进入 微处理器A (1)进行处理，输出信号用于控制驱动电路(10);
9、 根据权利要求1所述的驱动电路(10)接受微处理器A (1)的控制，由四位数值比较器U9、 U1Q，电机驱动器11 和晶振电路118组成，U9、 UK)取样电平由Us的脚3、 4、 5、 6在4M晶振分频后得到，Uu的输出信号分别控制两个减速电机的方向和速度。
全文摘要
一种智能割草机器人控制系统，适用于在家庭、公共服务空间等场所进行绿地护理等服务，其特征在于该控制系统包括单片机主控单元、A/D转换器、电压检测电路、气体检测电路、颗粒流量检测电路、防撞电路、对地红外防跌落电路、导航电路、驱动电路和电源电路。通过单片机控制和红外线收发技术，采用直接自适应器对机器人进行轨迹控制的方案；进行脉宽调制(PWM)分段，步进式输出1Hz～3kHz的PWM，它占用的CPU时间短。与传统割草机相比，智能割草机器人控制系统可以自动导航、避障、检测和操作，无须人为操作，此设计的结构简单、成本低、可靠性好、抗干扰能力强。
文档编号G05B19/04GK101436039SQ20071004808
公开日2009年5月20日 申请日期2007年11月12日 优先权日2007年11月12日
发明者应卫强, 魏庆前 申请人:上海创绘机器人科技有限公司