一种清障机器人的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，进一步涉及机器人的控制及供电，具体涉及一种清障机器人。

背景技术：

机器人(Robot)是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。自上世纪六、七十年代开始，机器人的研究就开始受到关注，近年来随着无线通信和人工智能的飞速发展，机器人领域的相关研究也取得了长足的进步，尤其是那些可于危险环境中工作、对人工智能水平要求较低的工业特种机器人，目前已经得到了广泛的应用。

清障机器人是一种用于清除障碍物的自动化智能设备，可在危险环境中通过接收远程控制指令完成移动、侦测以及清障动作。尽管执行动作相对简单，但在实际应用中会涉及控制的准确性、抗干扰能力、设备运行状态的监控报警、供电系统效率等多方面因素，因此要获得控制准确、运行高效的清障机器人，必须在设计阶段予以考虑。尤其在机器人的供电系统方面，由于其整体的功耗在运行期间不是一成不变的，单位时间内消耗的电流有时大有时小，电池的输出功率是一定的，所以在电流大的时候，电池的输出电压会降低，会出项一些波动，一些对于供电要求较高的电路就会受到影响，从而影响了机器人整体运行流畅性。尽管通过稳压电路可以在一定程度上加以改善，但应当明确的是，由于不同的机器人具有不同的结构特征，系统中不同的用电模块电路特征各异，因此供电系统的设计应当结合各模块的具体情况进行，现有技术的清障机器人在上述方面仍有待改进。

技术实现要素：

本发明旨在针对现有技术的技术缺陷，提供一种清障机器人，以解决现有技术的清障机器人供电系统容易导致电压不稳、进而影响机器人运行稳定性的计算问题。

本发明要解决的另一技术问题是现有技术的清障机器人控制准确性较低。

本发明要解决的再一技术问题是现有技术的清障机器人无法实施监控装置运行状态。

本发明要解决的又一技术问题是现有技术的清障机器人在运行过程中自动避障能力不佳。

为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：

一种清障机器人，包括电源，单片机控制模块，声光报警模块，电压检测模块，红外检测模块，无线通信模块，电机驱动模块，LM2596芯片，78L05稳压芯片，LM1117-3.3稳压芯片，其中所述电源为24V锂电池，所述电源的输出端与LM2596芯片的输入端导线连接，LM2596芯片的输出端通过两路导线分别与78L05稳压芯片的输入端、电机驱动模块电路的输入端连接，78L05稳压芯片的输出端通过六路导线分别与LM1117-3.3稳压芯片的输入端、单片机控制模块电路的输入端、声光报警模块电路的输入端、电压检测模块电路的输入端、红外检测模块电路的输入端、电机驱动模块电路的输入端连接，LM1117-3.3稳压芯片的输出端与无线通信模块的输入端导线连接；声光报警模块、电压检测模块、红外检测模块、无线通信模块、电机驱动模块五者分别与单片机控制模块通信连接。

作为优选，所述单片机控制模块是基于ARM7内核的STM32系列单片机。

作为优选，所述单片机控制模块是型号为STM32F103VET6的单片机。

作为优选，所述声光报警模块包括一个蜂鸣器，一个LED灯，一个三极管，第一限流电阻，第二限流电阻。

作为优选，所述三极管是PNP类型。

作为优选，所述三极管的集电极与78L05稳压芯片的输出端导线连接，三极管的基极与单片机控制模块电路导线连接、该导线上串联有第一限流电阻，三极管的发射极通过一路导线经由蜂鸣器接地，三极管的发射极通过另一路导线经由LED灯接地，所述另一路导线上还串联有第二限流电阻。

作为优选，所述红外检测模块包括控制器和光电开关，所述控制器与光电开关之间通过信号线连接，所述信号线上串联有二极管。

作为优选，所述二极管的导电方向是由控制器到光电开关。

作为优选，所述电压检测模块对电源电压的检测是先将电池输出电压转换成2.5～3.6V的电压模拟信号，再将其输入至单片机的AD转换器实现的。

作为优选，所述无线通信模块是型号为nRF24L01的单片射频收发器件。

在以上技术方案中，所述电机驱动模块电路是指电机驱动模块的内部供电电路；声光报警模块电路是指声光报警模块的内部供电电路；电压检测模块电路是指电压检测模块的内部供电电路；红外检测模块电路是指红外检测模块的内部供电电路；单片机控制模块电路是指单片机控制模块的内部供电电路；无线通信模块电路是指无线通信模块的内部供电电路。其中电机驱动模块的内部供电电路、声光报警模块的内部供电电路、电压检测模块的内部供电电路、红外检测模块的内部供电电路、单片机控制模块的内部供电电路、无线通信模块的内部供电电路的具体结构可以依据本领域的一般技术常识结合各模块的实际特征进行设计，当然亦可参照本发明具体实施方式中所提供的电路结构实现本发明。

在以上技术方案中，为满足机器人各模块的用电特征，匹配了三种供电电压，无线通信模块需要3.3V的电压，电机及其驱动需要12V电压，其他电路需要5V的电压。所以在机器人身上本发明设计了3路稳压模块，输出3路不通的电压，以满足各个模块的用电需求。

首先，本发明采用以LM2596稳压芯片为核心的降压稳压电路模块，将电池的电压稳定到12V，为电机驱动以及电机等12V的电路供电。此降压稳压电路模块比较灵活，其输入电压范围在3～30V，在输入和输出两端都加了滤波电容，其中有个比较重要的电子元器件，可以起到输出电压可调的作用，他就是可变电阻，又叫电位器，采用电压分压原理，控制着LM2596芯片输出不同的电压。接下来是将12V的电压输入给78L05稳压芯片，固定输出5V电压。此稳压芯片是线性稳压原理的稳压芯片，输出电流可达1.5A，足以满足为机器人各个模块电路供电的需求。它输出的5V电压将供给单片机控制电路、声光报警电路、电压检测电路、电机驱动电路等。78L05是三端稳压芯片，有三个管脚，1脚为输入电压，2脚为接地，3脚为输出电压，在输入引脚和地之间，输出引脚和地之间各加入了一大一小滤波电容，100uF电容过滤掉较大的杂波，104电容过滤掉较小的毛刺。最后是3.3V电压的设计，3.3V主要是给2.4G无线通信电路供电，本发明采用LM1117-3.3线性稳压芯片，将5V电压输入，经稳压芯片稳压后输出3.3V的电压，供2.4G无线通信电路工作。

本发明提供了一种清障机器人，该机器人以STM32F103VET6为控制核心，辅以TB6612FNG电机驱动模块实现了装置的智能行驶，由无线射频技术远程人工遥控机器人，操作机器人的行程或清障路线。机器人带有编码器装置，与电机驱动电路形成闭环控制，可有效的控制机器人的行车。机器人自身带有声光报警模块，当机器人任何地方出现故障时会触发声光报警。在此基础上，本发明集中优化了整体供电电路，以提升电压稳定性为目的、结合各工作模块的用电需求设计了稳压电路，从而保证了机器人运行的稳定性。软件控制部分采用C语言编程，硬件设计和软件设计相结合，从而实现了系统的远程遥控、自动校正轨迹、自动清障等功能。整个系统设计灵巧、算法合理、控制准确，能够很好的实现智能清障的功能。

附图说明

图1是本发明实施例1机器人的总体供电电路图。

图2是本发明实施例1机器人最小系统的震荡电路。

图3是本发明实施例1机器人最小系统的复位电路。

图4是本发明实施例1机器人的STM32单片机的电源电路。

图5是本发明实施例1机器人的STM32单片机的调试电路。

图6是本发明实施例1机器人的声光报警模块电路图。

图7是本发明实施例1机器人的红外检测模块中控制器与光电开关的连接关系图。

图8是本发明实施例1机器人的红外检测模块中光电开关的内部电路图。

图9是本发明实施例1机器人的喷药除草模块中电动水泵驱动电路图。

图10是本发明实施例1机器人的电压检测模块中电压信号转换电路图。

图11是本发明实施例1机器人的遥控器软件流程图。

图12是本发明实施例1机器人整体运行模式流程图。

具体实施方式

以下将对本发明的具体实施方式进行详细描述。为了避免过多不必要的细节，在以下实施例中对属于公知的结构或功能将不进行详细描述。以下实施例中所使用的近似性语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。除有定义外，以下实施例中所用的技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。

实施例1

本实施例系统的披露一种除草型清障机器人。

1、系统硬件总体设计

除草机器人总体分为两部分，一是无线遥控器，二是智能除草机器人。首先，无线遥控器由：键盘扫面输入、2.4G无线信号发射、电源稳压、单片机控制、声光报警、电压检测等模块构成；其次智能除草机器人包括智能车地盘(包含马达和轮胎)、机驱动电路、单片机控制、电源稳压、电压检测、声光报警、红外检测、2.4无线串口通讯和喷药除草等模块组成。

无线遥控器利用单片机控制电路不停的扫面键盘上的每个按键，如果有按键按下，单片机会检测到，并能识别究竟是哪个按键被按下，然后将相应的按键值传送到单片机，经单片机处理后，将处理后的信息发送到2.4G无线串口通讯模块，由它将用户对智能机器人的各种操作传送到机器人本身，执行相应的操作。

智能除草机器人则是通过单片机控制2.4G无线串口通信模块不停的接收遥控器发过来的信息，若有信息时，就将信息返回到单片机，由单片机识别并处理，经单片机处理后，根据不同的命令，做出不同的操作。可以控制智能机器人的行走路线，包括前后左右以及刹车等功能，是通过单片机控制电机驱动电路继而控制每个马达的正反转实现的。可以控制除草模块是否工作，是通过控制除草模块的马达来实现的。可以控制除草模块喷药的方向，由单片机控制器控制机械手来实现的。可以实现机器人自身电池电量自动检测，如果在工作时电池电量过低，会有声光报警，以示工作人员不要继续操作机器人了，应驶电站及时给机器人电池充电。

2、系统各硬件模块的设计详情

2.1电源稳压模块的设计

当电池为机器人供电时，由于极其人整体的功耗在运行期间不是一成不变的，单位时间内消耗的电流有时大有时小，电池的输出功率是一定的，所以在电流大的时候，电池的输出电压会降低，会出项一些毛刺，一些对于供电要求较高的电路就会受到影响。为了保证机器人整体运行流畅，所以必须要加各种稳压滤波电路。稳定电压消除杂波或毛刺。

遥控器部分：

遥控器采用4节7号AAA干电池供电，4节干电池串联电压为1.2*4＝4.8V。本发明2.4G无线串口通讯模块的工作电压是3.3V，采用的ARM控制器的供电电压也是3.3V，故遥控器的核心电压要稳定在3.3V左右。

本发明用型号为AMS1117-3.3的3.3V稳压芯片，加滤波整流电路，为整个遥控器电路提供3.3V的稳定电压。

AMS1117-3.3基本参数：

1、绝对最大额定值：

工作结温范围：-40～125℃。

输入电压：15V。

焊接温度(25秒)：265℃。

存储温度：-65～150℃。

2、电气特性：

输出电压：3.267～3.333V(0<＝IOUT<＝1A,4.75V<＝VIN<＝12V)。

线路调整(最大)：10mV(4.75V<＝VIN<＝12V)。

负载调节(最大)：15mV(VIN＝5V，0<＝IOUT<＝1A)。

电压差(最大)：1.3V。

电流限制：900～1500mA。

静态电流(最大)：10mA。

纹波抑制(最小)：60dB。

机器人部分：

机器人部分的电源电压有3种，无线串口通讯和控制器需要3.3V的电压，电机及其驱动需要12V电压，其他电路需要5V的电压。所以在机器人身上本发明设计了3路稳压模块，输出3路不通的电压，以满足各个模块的用电需求。

首先，本发明采用以LM2596稳压芯片为核心的降压稳压电路模块，将电池的电压稳定到12V，为电机驱动以及电机等12V的电路供电。此降压稳压电路模块比较灵活，其输入电压范围在3～30V，在输入和输出两端都加了滤波电容，其中有个比较重要的电子元器件，可以起到输出电压可调的作用，他就是可变电阻，又叫电位器，采用电压分压原理，控制着LM2596芯片输出不同的电压。

接下来是将12V的电压输入给78L05稳压芯片，固定输出5V电压。此稳压芯片是线性稳压原理的稳压芯片，输出电流可达1.5A，足以满足为机器人各个模块电路供电的需求。它输出的5V电压将供给单片机控制电路、声光报警电路、电压检测电路、电机驱动电路等。

78L05是三端稳压芯片，有三个管脚，1脚为输入电压，2脚为接地，3脚为输出电压，在输入引脚和地之间，输出引脚和地之间各加入了一大一小滤波电容，100uF电容过滤掉较大的杂波，104电容过滤掉较小的毛刺。

最后是3.3V电压的设计，3.3V主要是给2.4G无线通信电路供电，本发明采用LM1117-3.3线性稳压芯片，将5V电压输入，经稳压芯片稳压后输出3.3V的电压，供2.4G无线通信电路工作。

LM1117-3.3和78L05一样也是三端稳压，只是每个管脚的功能略有区别，分别是1脚为接地，2脚输出，3脚输入。

其总体供电电路如图1所示。

2.2单片机控制模块的设计

本智能除草机器人的电路是采用数字可编程化的电路设计的，机器人部分和遥控器部分都是采用32位的单片机作为各自“大脑”。由他收集各传感器的接收信号，根据相应的逻辑发出各种命令或指令，控制着各个模块执行不同的动作，协调各模块共同完成智能除草的功能。

2.2.1机器人端

机器人的控制器或者说是处理器，本发明采用基于ARM7内核的STM32系列单片机作为机器人的主控制器，具体型号是STM32F103VET6，该控制器是32位的处理器，具有100个引脚。

2.2.2遥控器端

遥控器端的CPU同样是采用STM32单片机，不同的是遥控器端单片机的引脚的数量比机器人端少点，它的单片机是采用46引脚数的STM32F103C8T6。因为，遥控器的电路要比机器人的电路简单的多，只有一个键盘扫面电路、一个2.4G无限串口通讯电路和一个电池电量检测3个电路来通过单片机控制，用46引脚的单片机足够了，这个单片机虽然比机器人的引脚数量少很多，但是其功能和速度都是一样的。

2.2.3规格说明

STM32F103x增强型系列使用高性能的Cortex^TM-M3 32位的RISC内核，工作频率为72MHz，内置高速存储器(高达512K字节的闪存和64K字节的SRAM)，丰富的增强I/O端口和联接到两条APB总线的外设。包含3个12位的ADC、4个通用16位定时器和2个PWM定时器，还包含标准和先进的通信接口：多达2个I 2C接口、3个SPI接口、2个I 2S接口、1个SDIO接口、5个USART接口、一个USB接口和一个CAN接口。

STM32F103xx大容量增强型系列工作于-40℃至+105℃的温度范围，供电电压2.0V至3.6V，一系列的省电模式保证低功耗应用的要求。STM32F103xx大容量增强型系列产品提供包括从64脚至144脚的6种不同封装形式；根据不同的封装形式，器件中的外设配置不尽相同。

2.2.4最小系统

只有一个单独的处理器芯片是不能正常工作的，它必须要有外围驱动电路，这样处理器芯片加上外围驱动电路就构成了机器人控制模块的最小系统。该机器人的最小系统，不论是机器人端还是遥控器端，其构成都是一样的，都是以STM32单片机为核心，加以电源电路、晶振震荡电路、复位电路、程序烧写及调试等电路构成了机器人的控制器最小系统。这样它就能控制着机器人完成工作了。最小系统的震荡电路如图2所示，其复位电路如图3所示。

复位电路：

该复位电路有上电复位和按键复位，上电复位即芯片在刚刚上电时进行一次复位，复位的目的是让芯片里的程序指针再回到程序开始的地方，重新执行程序；按键复位是外界人为的使芯片进行一次复位的操作。

STM32单片机的复位是低电平复位，即当RESET管脚上的电平是低电平的时候芯片进行复位。当最小系统刚上电的一瞬间，电容C2处于充电的状态，视为一条导通的导线，所以复位引脚RESET被拉低，促使单片机进行一次复位；当电容C2的两个电极板充满电荷之后，视为一条断路，复位引脚被上拉电路上拉为高电平，此时单片机开始进入正常工作的状态。按键复位原理比较简单，就是通过一个轻触按键，将复位引脚和地相连，当按键被按下时，复位引脚被短接为低电平，芯片复位一次。

电源电路：

STM32单片机是3.3V供电的芯片，故需要给它提供3.3V的稳定的电压，本发明采用REG1117-3.3V线性稳压芯片，通过输入5V的电压，加上输入输出的滤波整流电容，输出一个非常稳定的3.3V的供电电压，有了一个稳定的电压后，STM32最小系统才能更好更稳定更准确的执行本发明的程序，完成本发明的除草功能。其电路如图4所示。

SWD调试电路：

STM32支持在线调试功能，这就比传统的单片机好多了，在调试程序的时候非常的方便。图5是SWD方式的调试电路，并且还支持程序的下载或烧写。有了此下载调试电路，仅需要4跟导线，就能完成本发明的代码的调试和下载功能。在电路中，1号导线是电源正极(3.3V)，4号导线是负极(接地)，2号3号分别是信号总线(SWDIO)和时钟总线(SWDCLK)，信号总线接有10K欧姆的上拉电阻，时钟总线接有10K欧姆的下拉电阻。

本发明自行设计的最小系统已将所有的引脚利用插针引出，可以很方便的应用于系统可模块的调试。每一个引脚除了具有基本的IO功能，之外还有好多第二第三功能，比如A/D、D/A转换器，SPI、IIC、USB、CAN、USART总线，PWM输出等等。

2.3声光报警模块的设计

声光报警电路用于当机器人发生某些故障或特殊情况时，启动以警示工作人员做相应的处理工作。比如，机器人在运行除草过程中，电池的电量过低时，启动报警，告知工作人员停止机器人的工作，赶紧给机器人电池充电，否则机器人会因电量过低停止运行，将会停留在电场中。

该声光报警电路比较简单，有一个蜂鸣器(5V)、一个LED(2-3V)、一个三极管(PNP)和两个限流电阻组成。蜂鸣器的工作电压在5V左右，本发明的STM32单片机是没有能力直接驱动它的，所以要加一个三极管，起放大电流和电压的作用，而发光二极管(LED)的供电电压不能低于3V，否则会因电压电流过大而烧坏，所以本发明要加一个限流电阻。三极管是PNP类型的，当基极(Port脚)低电平时，三极管导通，电流由VCC经三极管的集电极流入，发射极流出，为蜂鸣器和发光二极管(LED)供电，此时蜂鸣器会响起，LED会闪烁，至于蜂鸣器响起的频率和LED闪烁的频率是由本发明单片机的程序来控制的。反之，Port为高电平时，三极管是断开的，蜂鸣器和LED都不工作。声光报警模块电路如图6所示。

声光报警电路在机器人端和遥控器端各有一个。

2.4红外检测及蔽障模块的设计

在工作人员用遥控器控制着机器人行驶或工作时，难免会因工作人员的不注意或疏忽，而导致机器人撞到一些东西上(比如墙壁、石头等)，红外蔽障模块就是为了防止机器人在行驶过程中碰到一些障碍物，当机器人在工作人员不知情的情况下行驶到障碍物的附近时，被红外蔽障模块的传感器检测到，输出信号给控制器，由控制器判断，自动的停止机器人的行驶并触发声光报警模块，以警示工作人员控制机器人绕过障碍物。

本发明在机器人的前方和后方各放置了一个红外蔽障模块(又称红外光电开关)。这种光电开关的供电范围比较大，在10～30V之间，本发明采用12V供电的方式。模块有3条导线，分别是VCC、GND和信号线，当有障碍物时模块输出一低电平，正常状态是输出高电平。由于采用的是12V供电，其信号的输出也是12V的电压，这个电压送到控制器是不能直接接收的，在此本发明在信号线上添加了个型号为IN4007的二极管，利用二极管的单向导电性来避免12V的电压直接送给控制器，具体如图7所示。

光电开关属于NPN常开类型的，即没有障碍物时输出高电平，有障碍物时输出低电平。本发明把控制器的相应的接收引脚设置成上拉输入模式，当没有障碍物时，有二极管的单向导电性，12V的高电平被阻拦，控制器引脚是默认的3.3V的高电平，当有障碍物时，输出低电平型号，此时二极管是导通的状态，控制器的引脚被拉低，控制器读到了一个低电平的信号。

另外，在放置装药水桶下方放置了一个红外检测传感器(稍不同于红外蔽障模块，但原理相同)。该模块也有3个引脚，同样分别是VCC、GND和信号线，不同的是它只需要5V供电就可正常工作，它的输出信号也兼容于控制器的输入信号，所以它的信号线可直接接到单片机控制器的相应的引脚上。

该传感器是检测机器人运行喷药前是否安放好了水桶。如果工作人员要开启喷药，若水桶没有安放好，电动水泵抽取不到液体，不利于电动水泵的寿命。所以，本发明需要检测是否已经把装药水桶安放好，若没放好时，被红外传感器检测到，输出信号给控制器，控制器将水泵设置成失能状态，这时工作人员即使通过遥控器控制开启喷药，水泵也不会工作，这样大大保证了电动水泵的使用寿命。

以上两种传感器，不论是光电开关还是红外传感器，他们的工作原理是一样的，都是有一个红外发射管和一个红外接收管组成，当有障碍物时，发射管发射的红外线被反射回来，被接收管接收，红外接收管是一个三极管，如图8所示，红外三极管接收到红外线时，三极管导通，比较器的2号3号引脚都被拉低，故1脚输出低电平。反之，没有障碍物，三极管接收不到红外线，3号引脚被拉高，比较器的1脚输出高电平。

2.5喷药除草模块的设计

本发明的除草机器人的除草模块是采用采用喷洒除草剂的方式以达到的除草的目的。

机器人车上携带有2L的水桶，用于装在除草剂，配有小型水泵，将水桶里的除草剂抽取，经导管传送到喷雾喷头。喷头是固定到机械臂上的，这样机械臂可以180°的带动着喷雾喷头进行各个方向上的喷药工作。机械臂的180°方向的运动和喷雾量都是通过无线遥控器发送相关指令控制的。

另外，装药剂的容器是可拆卸的，工作人员在调配和装载药剂时，将容器从机器人上取下，待药剂装到容器后再将容器安装到机器人上。这样比较方便和安全。

喷药的电动水泵是采用12V电压供电的，本发明的STM32控制器是不能直接控制的，所以，在这里本发明用单片机控制继电器的开合来达到控制电动水泵是否工作。在继电器和控制器的引脚之间本发明还需要接一个三极管，用来放大电流。电动水泵的电路图如图9所示。

水泵喷雾的大小，是通过控制水泵电机的转速来控制的，如图9中通过电位器R2的分压限流原理，来控制水泵电机的转速。

2.6机械手和机械臂模块的设计

除草机器人的机械臂的设计是采用4个舵机和若干铝合金支架构成，4个舵机分别控制4个机械臂的关节。机械手则是采用一个铝合金机械手臂加一个舵机构成，这个舵机是控制着机械手臂的开合的，实现杂草等碎屑的抓取。

机械手和机械臂的重点是控制每个关节运动的舵机，把这些舵机控制好了，就等于造就了一副好的机械臂或机械手。机械手和机械臂共用了4个舵机，4个舵机的型号均为MG499舵机。

MG995舵机参数：

结构材质：模拟金属铜齿,空心杯电机,双滚珠轴承。

连接线长度：30厘米，信号线(黄线)红线(电源线)暗红(地线)

尺寸：40.7*19.7*42.9mm。

重量：55克。

反应转速：无负载速度0.17秒/60度(4.8V)；0.13秒/60度(6.0V)。

工作死区:4微秒。

插头规格:JR FUTABA通用。

工作电压；3.0V-7.2V。

工作扭矩：13KG/cm。

使用温度:-30～～+60摄氏度。

2.7自身电源电压检测模块的设计

自身电池电量检测本发明是采用检测电池的输出电压的方式来实现的，利用STM32单片机自带的16位AD转换器，将电压信号(模拟信号)输入给AD转换器，单片机AD转换器进行转换，在程序里读取AD寄存器，经过特定的算法将转换后的实际电压显示出来。由于电池的输出电压在11V-13V之间，而单片机的AD模拟输入电压在2.5-3.6V之间，所以直接将电池的电压信号送入AD转换器是不行的，必须将电池的电压转换成AD模拟电压的输入范围内，在这里本发明利用串并联电阻分压限流的原理来转换电压。具体转换电路如如图10所示。

其中，12位ADC是一种逐次逼近型模拟数字转换器。它有18个通道，可测量16个外部和2个内部信号源。各通道的A/D转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行。ADC的结果可以左对齐或右对齐方式存储在16位数据寄存器中。模拟看门狗特性允许应用程序检测输入电压是否超出用户定义的高/低阀值。其性能特征如下：

12-位分辨率；

转换结束，注入转换结束和发生模拟看门狗事件时产生中断；

单次和连续转换模式；

从通道0到通道n的自动扫描模式；

自校准；

带内嵌数据一致的数据对齐；

通道之间采样间隔可编程；

规则转换和注入转换均有外部触发选项；

间断模式；

双重模式(带2个或以上ADC的器件)；

ADC转换时间：STM32F103xx增强型产品：ADC时钟为56MHz时为1μ

s(ADC时钟为72MHz为1.17μs)；

ADC供电要求：2.4V到3.6V；

ADC输入范围：VREF-≤VIN≤VREF+；

规则通道转换期间有DMA请求产生。

2.8 2.4G无线串口通信模块的设计

nRF24L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4GHz～2.5GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低,在以-6dBm的功率发射时，工作电流也只有9mA；接收时，工作电流只有12.3mA，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。

在除草机器人中无线遥控分为两部分，一是手持端遥控器发射部分，二是机器人接收部分。

2.9电机驱动模块的设计

直流电机受控于恒流恒压驱动芯片TB6612FNG，TB6612FNG内部包含4通道逻辑驱动电路，可以方便的驱动直流电机，该模块相对于传统的L298N效率上提高很多。

电机驱动可以通过单片机的逻辑电平控制，可起到电机的正反转，制动，调速等功能。电机的正反转和制动动能是通过单片机的逻辑电平控制的，而电机的旋转速度是通过单片机送不同占空比的脉冲信号控制的，脉冲信号的频率可达100MHz。

2.10机器人车体的设计

机器人车底盘采用四轮驱动的小车底盘，4个25MM的金属电机做动力输出，并且采用了4个130MM的大脚轮胎。

小车底盘的尺寸：长：33.5cm，宽：27.0cm，高：13.0cm。

智能机器人可实现前进，后退，左转，右转等操作。这些动作都是通过无线遥控器来操作的。其中左转和右转时通过控制左右两边的电机正反装或差速来实现的。

机器人车地盘又经过了本发明的加固操作，本发明用铝合金板材对机器人做了一些相应的DIY，一起到加固的作用，二起到美观的作用，三起到各模块的固定作用。

2.11机器人遥控器的设计

无线遥控器初步设计有1个开关按钮和11个轻触按键，分别是4个控制机器人行驶的方向键，4个控制机械臂的方向键，1个控制是否喷药的按键，2个控制机械手的开合按键。遥控器的供电采用两节7号AAA干电池供电。遥控距离在空旷地可达100m。

3、系统软件的设计

3.1开发语言及工具

开发语言：C、C++、汇编。

开发工具：Keil uVision5

程序烧写及下载软件：mcuisp、UartAssist

软件调试软件：J-Link、串口调试助手

电路图设计软件:Altium Designer 10.5

开发板：野火STM32系列开发板

3.2遥控器软件设计

除草机器人的遥控器有3部分，键盘扫面、电池电量检测、2.4G无线串口通讯。在软件实现上本发明采用了两个通用定时器和一个串口定时器，两个通用定时器分别用作键盘扫面和电池电量AD转换工作，串口定时器用来将信息发送到机器人端。在主程序(main)里主要是做了这几个模块的初始化工作和其他一些琐碎的小工作。遥控器软件流程图如图11所示

3.3机器人软件设计

本发明开启一个串口中断，接收2.4G无线串口接收到的数据；开启2个通用定时器，一个定时器的4个通道用于生成4路PWM来驱动机械手和机械臂，另一个定时器用于定时检查及处理电池电量检测即AD转换；其它模块的逻辑程序写在了主程序(main)中。机器人的整体运行模式流程图如图12所示。

实施例2

一种清障机器人，包括电源，单片机控制模块，声光报警模块，电压检测模块，红外检测模块，无线通信模块，电机驱动模块，LM2596芯片，78L05稳压芯片，LM1117-3.3稳压芯片，其中所述电源为24V锂电池，所述电源的输出端与LM2596芯片的输入端导线连接，LM2596芯片的输出端通过两路导线分别与78L05稳压芯片的输入端、电机驱动模块电路的输入端连接，78L05稳压芯片的输出端通过六路导线分别与LM1117-3.3稳压芯片的输入端、单片机控制模块电路的输入端、声光报警模块电路的输入端、电压检测模块电路的输入端、红外检测模块电路的输入端、电机驱动模块电路的输入端连接，LM1117-3.3稳压芯片的输出端与无线通信模块的输入端导线连接；声光报警模块、电压检测模块、红外检测模块、无线通信模块、电机驱动模块五者分别与单片机控制模块通信连接。

在以上技术方案的基础上，满足以下条件：

所述单片机控制模块是基于ARM7内核的STM32系列单片机。

所述单片机控制模块是型号为STM32F103VET6的单片机。

所述声光报警模块包括一个蜂鸣器，一个LED灯，一个三极管，第一限流电阻，第二限流电阻。

所述三极管是PNP类型。

所述三极管的集电极与78L05稳压芯片的输出端导线连接，三极管的基极与单片机控制模块电路导线连接、该导线上串联有第一限流电阻，三极管的发射极通过一路导线经由蜂鸣器接地，三极管的发射极通过另一路导线经由LED灯接地，所述另一路导线上还串联有第二限流电阻。

所述红外检测模块包括控制器和光电开关，所述控制器与光电开关之间通过信号线连接，所述信号线上串联有二极管。

所述二极管的导电方向是由控制器到光电开关。

所述电压检测模块对电源电压的检测是先将电池输出电压转换成2.5V的电压模拟信号，再将其输入至单片机的AD转换器实现的。

所述无线通信模块是型号为nRF24L01的单片射频收发器件。

实施例3

一种清障机器人，包括电源，单片机控制模块，声光报警模块，电压检测模块，红外检测模块，无线通信模块，电机驱动模块，LM2596芯片，78L05稳压芯片，LM1117-3.3稳压芯片，其中所述电源为24V锂电池，所述电源的输出端与LM2596芯片的输入端导线连接，LM2596芯片的输出端通过两路导线分别与78L05稳压芯片的输入端、电机驱动模块电路的输入端连接，78L05稳压芯片的输出端通过六路导线分别与LM1117-3.3稳压芯片的输入端、单片机控制模块电路的输入端、声光报警模块电路的输入端、电压检测模块电路的输入端、红外检测模块电路的输入端、电机驱动模块电路的输入端连接，LM1117-3.3稳压芯片的输出端与无线通信模块的输入端导线连接；声光报警模块、电压检测模块、红外检测模块、无线通信模块、电机驱动模块五者分别与单片机控制模块通信连接。

在以上技术方案的基础上，满足以下条件：

所述单片机控制模块是型号为STM32F103VET6的单片机。

所述声光报警模块包括一个蜂鸣器，一个LED灯，一个三极管，第一限流电阻，第二限流电阻。

所述红外检测模块包括控制器和光电开关，所述控制器与光电开关之间通过信号线连接，所述信号线上串联有二极管。

所述电压检测模块对电源电压的检测是先将电池输出电压转换成3.6V的电压模拟信号，再将其输入至单片机的AD转换器实现的。

实施例4

一种清障机器人，包括电源，单片机控制模块，声光报警模块，电压检测模块，红外检测模块，无线通信模块，电机驱动模块，LM2596芯片，78L05稳压芯片，LM1117-3.3稳压芯片，其中所述电源为24V锂电池，所述电源的输出端与LM2596芯片的输入端导线连接，LM2596芯片的输出端通过两路导线分别与78L05稳压芯片的输入端、电机驱动模块电路的输入端连接，78L05稳压芯片的输出端通过六路导线分别与LM1117-3.3稳压芯片的输入端、单片机控制模块电路的输入端、声光报警模块电路的输入端、电压检测模块电路的输入端、红外检测模块电路的输入端、电机驱动模块电路的输入端连接，LM1117-3.3稳压芯片的输出端与无线通信模块的输入端导线连接；声光报警模块、电压检测模块、红外检测模块、无线通信模块、电机驱动模块五者分别与单片机控制模块通信连接。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明。凡在本发明的申请范围内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。