专利名称：太阳能自动浇花机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能自动浇花机器人，属于机器人应用领域。
背景技术：
随着世界经济的快速发展，对能源的需求也越来越高，而在现有的能源结构中，人类所利用的能源主要是石油，天然气，煤炭等化石能源。然而，这些能源都是不可再生能源。并且，这些能源的资源也是非常有限的。面对有限的能源和对能源的无限需求，人们开始探寻可替代当前能源的新型能源。如何开发和高效的利用新型能源是当今社会的ー个重要话题。太阳能无疑是ー种环保，緑色的能源，而且，它是巨量的、可再生的能源。
随着社会的发展，科技的进步，自动化机器人逐渐走进了人们的生活，确实已经给人们带来了一定的影响。随着生活水平的提高，人们追求高品位的生活，为了美化环境，净化空气，人们都喜欢在家中种植ー些花草，植物离不开水，需要常常浇灌，这无疑是件烦琐的工作，尤其是当你出差，植物的供水就会中断，影响植物的正常生长。
发明内容
为解决主人工作繁忙或者外出一段时间，放在庭院里的植物将会无人看管的情况。提出了一种以太阳能为能量的自动浇花机器人帮助主人照看庭院里的植物。本发明的太阳能自动浇花机器人，由单片机电路、电池保护电路、电机驱动电路、巡线电路、超声波检测电路、压カ传感器电路、土壤检测电路、报警电路和电源电路组成。电源电路的输入端与太阳板电池相接，输出端分别与单片机电路电源引脚、电池保护电路、电机驱动电路、巡线电路、超声波检测电路、压カ传感器电路、土壤检测电路、报警电路相接。单片机电路P2. 0、P2. 1、P2. 2、P2. 3分别与电机驱动电路的控制极相接、单片机电路PO. O、PO. I、PO. 2、PO. 3、PO. 4分别与巡线电路相接、单片机电路Pl. O、Pl. I分别与超声波检测电路的控制极相接、单片机电路Pl. 7报警电路相接。土壤检测电路通过红外线发射电路与单片机上红外接收电路连接，进行信号传导；机器人上还装有水箱和水泵，出水ロ通过水管与水箱连接。太阳能自动浇花机器人工作原理是在土壌中放置土壌湿度检测装置，判断土壤是否达到需要给水的要求，并将信号传输给太阳能自动浇花机器人。太阳能自动浇花机器人接收到信号后就会立刻启动，寻找并且准确的到达花盆位置，利用水泵给花给水。在浇花的同时土壤湿度检测仍在继续，只要达到湿度要求，机器人将会停止给水，并返回出发地点。太阳能自动浇花机器人通过压カ传感器来判断水箱的水位，当水位过低时，通过报警电路报警。本发明电池保护电路由VZ1、VZ2、VZ3、Rl、R2、R3、R4、R5、R6、Cl、C2、C3、C4、D1、V1、V2、V3、V4、VT1、VT2、VT3 和 LED1-LED3 组成。其中 I 号线接 VZl 阴极、VTl 发射极、R3、VZ2阴极、VT3发射极、C4、VZ3阴极；3号线接Rl、Vl阳极；2号线接地，并且链接Vl阴极、LED2阴极、V2阴极、LEDl阴极、R5、LED3阳极；4号线接V3阴极、V4阴极；VZ1阳极串联R1、R2 ；VZ2阳极串联R5 ；VT1基极接R2，集电极接C2和R4，R4接LEDl阳极，C2接V2控制端；VT2集电极接R3，基极接R2，发射极接Cl、LED2阳极、V2阳极，Cl接Vl控制端；R5、R6与VZ2阳极相接；VT3基极接R6、D1阳极，集电极接C3、V4阳极，Dl阴极、C3、V4控制端相连并接至V3控制端。本发明电机驱动电路由R7、R8、D2 D9、LED4 LED7、L298N芯片、电机I、电机2组成。D2 D5阴极相接并与VCC相接，其阳极分别与2，3，13，14相接；D6 D9阳极相接并与地相接，其阴极分别与2，3，13，14相接；IN1与单片机P2. 3引脚相接，IN2与单片机P2. 2引脚相接，IN3与单片机P2. I引脚相接，IN4与单片机P2. O引脚相接。本发明巡线电路由R9 R23、C5 C9、LED8 LED12、红外发射接收管U4 U8、集成运算放大器U9和UlO组成。U9的3，5，10与UlO的3，5相接并接基准电压；R9与U4的发光二极管相接；R10、C5 —端分别与U4的光敏三极管的发射极相接，另一端接地，U4的光敏三极管的发射极接到U9A的2端；R11 —端与+5V电源相接，另一端与发光二极管相接，并接到U9A的I端；R12与U5的发光二极管相接；R13、C6 —端分别与U5的光敏三极管的发射极相 接，另一端接地，U5的光敏三极管的发射极接到U9B的6端；R14 —端与+5V电源相接，另一端与发光二极管相接，并接到U9B的7端；R15与U6的发光二极管相接；R16、C7 一端分别与U6的光敏三极管的发射极相接，另一端接地，U6的光敏三极管的发射极接到U9C的8端；R17 —端与+5V电源相接，另一端与发光二极管相接，并接到U9C的8端；R18与U7的发光二极管相接；R19、C8 —端分别与U7的光敏三极管的发射极相接，另一端接地，U7的光敏三极管的发射极接到UlOA的2端；R20 —端与+5V电源相接，另一端与发光二极管相接，并接到UlOA的I端；R21与U8的发光二极管相接；R22、C9 一端分别与U8的光敏三极管的发射极相接，另一端接地，U8的光敏三极管的发射极接到UlOB的6端；R23 —端与+5V电源相接，另一端与发光二极管相接，并接到UlOB的7端；Ρ0(ΓΡ04分别链接到U9A的I端、U9B的7端、U9C的8端、UlOA的I端、UlOB的7端。本发明土壤检测电路，电路由1 24132、￥24、￥25、讥1、010、011、￥了4和VT5构成。I号线与VZ4阳极、电阻R24、R29、VT5的集电极相接；2号线与VZ5阴极、R25调整端、电阻R25、R26、R31、R32相接，并且接地；VZ4的阴极与VZ5阳极相接；探针ー端与I相接，另一端与R25相接并且与VT4的基极相接；电阻R26 —端与VT4发射极相接，另一端与VT4发射极相接；电阻R27和R28 —端相接并与VT4发射极相接，电阻R27另一端与Ull的2端相接，电阻R28另一端与Ull的6端相接，电阻R29 —端与I线相接，另一端与Ull的3端相接，电阻R31 —端与2线相接，另一端与Ull的5端相接，电阻R30 —端与Ull的3端相接，另一端与Ull的5端相接。DlO和Dll的阳极分别接到Ull的I和7，其阴极相接并接到VT5的基极；VT5发射极与OUT和R32相接。本发明超声波发射电路由电阻R33 R35、三极管Q1 Q3、ニ极管VD，电容C10、超声波发射管构成。电阻R33的一端与单片机Pl. O引脚相接，另一端则与三极管基极相接，Ql集电极与电容C10、电阻R34、R35、超声波发射管相接，Ql发射极与电容另一端、Q2发射极、Q3发射极、ニ极管VD的正极相接，Q2基极与电阻R35相接，Q3基极与ニ极管VD负端相接。本发明超声波接收电路由运算放大器TL082、比较器LM393、电阻R36 R44、电容circi6组成。超声波接收管一端接电容C11，另一端接电阻R36、R40、运放TL082的3、5管脚。电阻R37 —端接电容C11，另一端接运放TL082的2脚。电阻R38 —端接运放TL082的2脚，另一端接I脚。电阻R39—端接I脚，另一端接电容C12、C13、电阻R40。电阻R41一端接运放TL082的6脚，另一端接7脚。电容C15 —端接运放TL082的7脚，另一端接LM393的2脚。LM393的3脚接电阻R42、R43、电容C14。本发明压カ传感器电路由硅压カ传感器、集成运放LM358电阻R45-R57及电容C17、C18组成。压カ传感器的I脚与2脚分别接电源和地，3脚接Rp45的2脚，Rp45的I脚接电源，3脚接地，电容C17的两端分别接电源和地，R50与Rp51串接于电源与地之间，滑动引脚2接R52的一端，R52的另一端接LM358的2脚，压カ传感器的4接至R53的一端，另一端接至LM358的3脚，R54的两端分别接LM358的1、2脚，8脚接电源，4脚接地，R55的两端分别接LM358的1、5脚，R57的两端分别接LM358的6、7脚，R56 一端接地，另一端接LM358的6脚，并由7脚输出。本发明红外发射电路由电阻R58、发光二极管LE D13、NM0SQ6组成。电阻R58的一端与电源相接，另一端则与红外发射管LED13的正极相接，LED的负极接MOS驱动管的漏扱，MOS管的控制极由土壤检测电路的输出信号控制，MOS管的源极接地。本发明红外接收电路由电阻R59、R60、三级管Q5、ー个红外接收管LED14构成。R59、R60的一端均与电源相连，R59另一端与LED14相接并与Q5基极相接，R60另一端与Q5集电极相接并接到单片机Pl. 6引脚，Q5发射集接地。本发明报警电路由蜂鸣器，三极管Q6，电阻R61构成。蜂鸣器一端与电源相接，另一端与三极管的发射极相接，三极管基极通过电阻R61与单片机Pl. 7相接，三极管发射极与地相接。
图I为本发明的原理框图。图2为本发明的侧视图(I :巡线传感器2 :超声波传感器3 :红外接收传感器4 :出水口 5 :太阳板6 :支撑柱7 :电池8 :保护电路9 :单片机系统10 :水箱11 :水泵12 :水管13 压カ传感器14 :电机驱动15 :车轮；)。图3为本发明的蓄电池保护电路图。 图4为本发明的电机驱动电路图。图5为本发明的巡线电路图。图6为本发明的土壤检测电路图。图7为本发明的超声波发射电路图。图8为本发明的超声波接收电路图。图9为本发明的压カ传感器电路图。图10为本发明的红外发射电路图。图11为本发明的红外接收电路图。图12为本发明的报警电路图。
具体实施例方式太阳能自动浇花机器人工作原理是在土壌中放置土壌湿度检测装置，通过土壤湿度检测装置判断是否需要给花浇水，当检测到土壌达到给水的要求，通过红外发射管将信号传递给太阳能自动浇花机器人。太阳能自动浇花机器人接收到信号后，立刻启动。通过车底的巡线传感器判断路线，准确寻找到花盆的位置，利用超声波传感器判断是否靠近花盆位置。通过水泵给花给水，此时土壌湿度检测仍在继续，判断土壌水分的是否达到要求，只要达到要求机器人将会停止给水。并且返回到出发的位置，等待下一次的任务。在水箱下面安装有压カ传感器，判断水箱的水位，当水位过低时，通过报警电路报警。图3为本发明的蓄电池保护电路图，采用太阳能板电池充电，实现防止蓄电池过充过放的功能。当蓄电池电压达到13. 5V左右吋，VZ2击穿导通，B点电位为正，VT3反向截止，VDl导通，并触发V4导通。C3极所充电荷经V4加于V3阴极，使V3瞬时加上反向电压而截止，关断充电压源。同时充电指示灯LED3停止发光，而电压正常指示灯LED2却正常发光。当电池电压低于或等于13V吋，VZ2截止，VT3正向导通，电流经C3触发V3导通，充电回路又连通，同时C3也被充电。
图4为本发明的电机驱动电路图，图中INfIM为控制输入信号端ロ，当输入信号端INl接高电平输入端IN2接低电平，电机Ml正转，信号端INl接低电平，IN2接高电平，电机Ml反转。当输入信号端IN3接高电平输入端IN4接低电平，电机M2正转，信号端IN3接低电平，IN4接高电平，电机M2反转。图5为本发明的巡线电路图，根据红外线被不同顔色的吸收差别原理设计。当红外发射管和接收管处在黑线位置时，发出的红外光大部分被黒色吸收，也就是无反射光吋，其比较器的正向输入端电压低于反向输入端的电压，并输出低电平，LED点亮。当红外发射管和接收管处不处在黒色位置时，发出的红外光大部分被反射，被接收管接收，其比较器的正向输入端电压高于反向输入端的电压，并输出高电平，LED不亮。该电路有5路红发发射与接收管，中间一路主要是保证机器人能沿着路线前进，次外2路主要是当机器人偏离路线是能实现纠正，从而保证回到路线上，最外2路主要是保证机器人能按照路线实现在路ロ转向。图6为本发明的土壤检测电路图，其原理是根据土壌的湿度不同导电能力不一样而设计，调节电阻R25或者探头间距可改变测量灵敏度，实现土壌湿度的检测。确定需要浇水(VL)和水满(VH)时a点的电压值(Va)。根据电压设计窗ロ比较器电路，从而实现当Va<VL时，输出高电平；当VL〈Va〈VH时输出低电平；当VH〈Va时输出高电平。图7为本发明的超声波发射电路图，单片机的Pl. O ロ控制其是否工作，晶体管Q2、Q3组成强反馈式稳频振荡器，Q2集电极输出电压的微小变化，通过超声波发射探头反馈到Q3的基极，经过Q3放大后又加到Q2的基极做进ー步的放大，经过多次循环形成电路振荡。探头将Q2的输出反馈到Q3的基极上，同时可将振荡器的振荡频率稳定在自身的固有频率上，作为稳频元件使用。超声波发射探头两端为40kHz的方波，推动超声探头产生40kHz的超声波。图8为本发明的超声波接收电路图，电路包括低通滤波电路、放大电路、比较器整形电路。首先电容Cll过滤可能存在的残余直流电压，然后放大电路对微弱超声回波信号进行放大，最后通过带通滤波电路除去其它的干扰信号，放大滤波电路采用了高速精密运算放大器TL082。最后采用一个比较器整形电路。图9为本发明的压カ传感器电路图，电路由硅压カ传感器把压カ转换成电信号并放大整形，由于信号的微弱，所以经由LM358构成的两极电压放大后有LM358的7脚输出，改变Rp45可以调节基准电压，使电路在传感器不受压カ时输出为O，R52及R55为反馈电阻，电容C17、C18均为滤波电容，当压カ传感器受到压力作用吋，电桥失去平衡，3点的电压与4点不相等，由于3点电压被Rp45固定，所以电压差将由4点输出，经LM358线性放大后将压カ信号输出。图10为本发明的红外发射电路图，当Pl. 2为高电平时推动MOS管导通LED13发射红外线。图11为本发明的红外接收电路图，图为红外接收电路，当LED14未接收到红外信号时，表现为高阻状态，三极管Q5截止，Pl. 6输出高电平，当有红外线接收时LED14导通给三极管提供基极电流，致使三极管Q5饱和导通，Pl. 6输出低电平。图12为本发明的报警电路图，单片机P1.7输出低电平，蜂鸣器发出声音。单片机Pl. 7输出高电平，蜂鸣器不发出声音。当水箱水位过低吋，单片机Pl. 7发出高低电平，蜂鸣器就发出报警声。 本发明的机器人自动浇花流程为，当启动土壌湿度检测装置后，湿度检测装置一直在检测土壌的湿度，当土壌的湿度达到给水的要求时土壤湿度检测装置通过红外发射管发出信号，启动在远处的太阳能自动浇花机器人。太阳能自动浇花机器人通过巡线传感器向前进，当按照在机器人前方的超声波传感器检测到花盆时，太阳能自动浇花机器人就停止前进，并通过水泵向花盆浇水。在浇花的过程中，土壌湿度检测装置一直在检测土壌的湿度，当土壌湿度到达要求时，太阳能自动浇花机器人停止向花盆浇水，并且返回到出发位置。
权利要求
1.一种太阳能自动浇花机器人，由单片机电路、电池保护电路、电机驱动电路、巡线电路、超声波检测电路、压カ传感器电路、土壤检测电路、报警电路和电源电路组成，其特征在于，所述机器人上还装有水箱和水泵，出水ロ通过水管与水箱连接。
2.根据权利要求I所述机器人，其特征在干，电源电路的输入端与太阳板电池相接，输出端分别与单片机电路电源引脚、电池保护电路、电机驱动电路、巡线电路、超声波检测电路、压カ传感器电路、土壤检测电路、报警电路相接；单片机电路P2. O、P2. I、P2. 2、P2. 3与电机驱动电路的控制极相接，单片机电路PO. O,PO. UPO. 2,PO. 3,PO. 4与巡线电路相接，单片机电路Pl. O、Pl. I与超声波检测电路的控制极相接，单片机电路Pl. 7与报警电路相接。
3.根据权利要求I所述机器人，其特征在于，在土壌中放置土壤检测电路，通过对土壌湿度检测判断是否需要给花浇水，当检测到土壌达到给水的要求，通过红外发射管将信号传递给太阳能自动浇花机器人，太阳能自动浇花机器人接收到信号后，通过车底的巡线电路判断路线，准确寻找到花盆的位置，利用超声波检测电路判断是否靠近花盆位置，通过水泵给花给水，此时土壌湿度检测仍在继续，判断土壌水分的是否达到要求，只要达到要求机器人将会停止给水，并且返回到出发的位置，等待下一次的任务，在水箱下面安装有压カ传感器，判断水箱的水位，当水位过低时，通过报警电路报警。
4.根据权利要求I所述机器人，其特征在干，电机驱动电路由R7、R8、D2 D9、LED4 LED7、L298N芯片、电机I和电机2组成；D2 D5阴极相接并与VCC相接，其阳极分别与2，3，13，14相接；D6 D9阳极相接并与地相接，其阴极分别与2，3，13，14相接；INl与单片机P2. 3引脚相接，IN2与单片机P2. 2引脚相接，IN3与单片机P2. I引脚相接，IN4与单片机P2. O引脚相接。
5.根据权利要求I所述机器人，其特征在干，所述巡线电路由R9 R23、C5 C9、LED8 LED12、红外发射接收管U4 U8、集成运算放大器U9和UlO组成；U9的3，5，10与UlO的3，5相接并接基准电压；R9与U4的发光二极管相接；R10、C5 —端分别与U4的光敏三极管的发射极相接，另一端接地，U4的光敏三极管的发射极接到U9A的2端；R11 —端与+5V电源相接，另一端与发光二极管相接，并接到U9A的I端；R12与U5的发光二极管相接；R13、C6 一端分别与U5的光敏三极管的发射极相接，另一端接地，U5的光敏三极管的发射极接到U9B的6端；R14 —端与+5V电源相接，另一端与发光二极管相接，并接到U9B的7端；R15与U6的发光二极管相接；R16、C7 —端分别与U6的光敏三极管的发射极相接，另一端接地，U6的光敏三极管的发射极接到U9C的8端；R17 —端与+5V电源相接，另一端与发光二极管相接，并接到U9C的8端；R18与U7的发光二极管相接；R19、C8 —端分别与U7的光敏三极管的发射极相接，另一端接地，U7的光敏三极管的发射极接到UlOA的2端；R20 —端与+5V电源相接，另一端与发光二极管相接，并接到UlOA的I端；R21与U8的发光二极管相接；R22、C9 一端分别与U8的光敏三极管的发射极相接，另一端接地，U8的光敏三极管的发射极接到UlOB的6端；R23 —端与+5V电源相接，另一端与发光二极管相接，并接到UlOB的7端；P00 P04分别链接到U9A的I端、U9B的7端、U9C的8端、UlOA的I端、UlOB的7端。
6.根据权利要求I所述机器人，其特征在于，土壤检测电路由R24 R32、VZ4、VZ5、U11、D10、D11、VT4和VT5构成。I号线与VZ4阳极、电阻R24、R29、VT5的集电极相接；2号线与VZ5阴极、R25调整端、电阻R25、R26、R31、R32相接，并且接地；VZ4的阴极与VZ5阳极相接；探针一端与I相接，另一端与R25相接并且与VT4的基极相接；电阻R26 —端与VT4发射极相接，另一端与VT4发射极相接；电阻R27和R28 —端相接并与VT4发射极相接，电阻R27另一端与Ull的2端相接，电阻R28另一端与Ull的6端相接，电阻R29 —端与I线相接，另一端与Ull的3端相接，电阻R31 —端与2线相接，另一端与Ull的5端相接，电阻R30一端与Ull的3端相接，另一端与Ull的5端相接；D10和Dll的阳极分别接到Ull的I和 .7，其阴极相接并接到VT5的基极；VT5发射极与OUT和R32相接。
全文摘要
本发明公开了一种太阳能自动浇花机器人太阳能自动浇花机器人通过太阳能板电池给机器人供电，在土壤中放置土壤湿度检测装置，当检测到土壤需要浇水时，红外发射装置将信号传输递给远处的太阳能自动浇花机器人。太阳能自动浇花机器一旦接收到信号，就会立刻启动按照路线准确的到达花盆位置，通过水泵给花浇水。在浇花的同时土壤湿度检测仍在继续，当检测到土壤水分达到要求，机器人将会停止给水，并且返回到出发位置。
文档编号A01G27/00GK102845285SQ201210186068
公开日2013年1月2日 申请日期2012年6月7日 优先权日2012年6月7日
发明者毛丽民, 徐本连, 刘叔军, 朱培逸, 吕庭 申请人:常熟理工学院