智能喷雾机器人的制作方法

本实用新型涉及一种可移动的智能喷雾机器人，属于园林绿化设备领域。

背景技术：

目前，已有的灌溉系统普遍都采用固定位置360度喷射灌溉，这样灌溉很不均匀。如图1所示，固定旋转式喷头仅能灌溉到b区，而a区和c区却几乎灌溉不到。可能会造成b区灌溉过度，a区、c区却灌溉不足的情况，极大的影响植物的生长。另外市场上的大部分灌溉系统不能调节喷头的喷射流量，使大部分水并不能渗入地下，被植物吸收，而是流于地表，形成水洼，造成水的极大浪费。

技术实现要素：

为了克服现有固定式灌溉系统灌溉不均匀，流量不能调整的问题，本实用新型提供了一种可移动的智能喷雾机器人，其喷头主体可以自动沿着管道前进，180度旋转喷射灌溉，自动识别管道尽头，返程继续工作，还可以用遥控器设定行进速度，喷头阀门流量大小。

本实用新型是这样实现的，所述的智能喷雾机器人包括喷头主体、管道和遥控器，所述喷头主体包括控制箱体、舵机以及带有喷头的电动阀门，控制箱体底部安装由电机驱动的齿轮，管道侧边带有齿条，控制箱体通过齿轮在管道上行进；所述控制箱体上安装舵机，舵机上安装带有喷头的电动阀门，电动阀门与进水管连接；控制箱体内设有主控电路板，主控电路板分别连接编码器、电动阀门、齿轮的电机、舵机以及第一无线通信模块；所述第一无线通信模块与第二无线通信模块通信，第二无线通信模块安装于遥控器中。

作为上述方案的进一步改进，所述管道为黑色，管道两端为白色；所述控制箱体上安装有用于检测管道尽头的红外对管，所述红外对管与主控电路板连接。

作为上述方案的进一步改进，所述遥控器上包括开启按钮、停止按钮、流量调节按钮、速度调节按钮、循环圈数调节按钮以及显示屏。

作为上述方案的进一步改进，所述主控电路板上包括单片机和稳压芯片。

作为上述方案的进一步改进，所述第一无线通信模块和第二无线通信模块可以采用蓝牙模块。

本实用新型的优点在于：本实用新型在喷头主体和遥控器上均安装了蓝牙模块使其分别作为上位机和下位机，上位机可以控制喷头主体自动沿着管道前进，180度旋转喷射灌溉，自动识别管道尽头，还可以通过带有蓝牙模块的遥控器控制喷头主体的移动速度、流量和循环次数，使灌溉装置更加灵活，喷灌更加均匀，避免造成水的浪费，符合绿色环保节约的理念。

附图说明

图1是固定旋转式喷头喷射范围示意图。

图2是本实用新型的控制系统模块图。

图3是本实用新型的总体结构简图。

图4是本实用新型的遥控器示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图2～4所示，本实用新型包括喷头主体、管道3和遥控器13，所述喷头主体包括控制箱体5、舵机6以及带有喷头的电动阀门1，控制箱体5底部安装由电机驱动的齿轮2，管道3侧边带有齿条，控制箱体5通过齿轮2在管道3上行进；所述控制箱体5上安装舵机6，舵机6上安装带有喷头的电动阀门1，电动阀门1与进水管4连接；控制箱体5内设有主控电路板，主控电路板分别连接编码器、电动阀门1、齿轮2的电机、舵机6以及第一无线通信模块(本实施例称为上位机蓝牙模块)；所述第一无线通信模块与第二无线通信模块通信，第二无线通信模块安装于遥控器13中。

管道3为黑色，管道3两端涂成白色；对应的，控制箱体5上安装有用于检测管道3尽头的红外对管，主控电路板连接所述红外对管，以及一个24V的大容量锂电池。

遥控器13上包括一个OLED显示屏11、开启按钮7、停止按钮8、一对流量调节按钮9、一对速度调节按钮10、一对循环圈数调节按钮12，这些按钮均连接第二无线通信模块(本实施例称为下位机蓝牙模块)，遥控器13由两节干电池供电。

如图2所示的本实用新型的控制系统，主控电路板外接24V锂电池，主控电路板上包括相互连接的单片机和稳压芯片，通过主控电路板上的LM2940单片机的控制，7806稳压芯片把电压分别转换成5V和6V给元器件供电。其中单片机、上位机蓝牙模块和红外对管用5V电压；舵机6单独用6V电压；而齿轮2的电机与电动阀门1由24V电源直接供电。

本实用新型的一个特点在于可以通过遥控器13来控制喷水的开关。遥控器13上有“开启”和“停止”两个按钮，当电动阀门1的开关被打开时，按一下遥控器13上的开启按钮7，此时遥控器13内部电路板对应电位动作，显示屏11开始显示，并将数据信号传给下位机蓝牙模块，下位机蓝牙模块把数据信号发送出去。主控电路板上的上位机蓝牙模块接收到数据并传给单片机处理。单片机接收到此信号，开始工作。首先单片机向舵机6送去PWM信号，占空比20ms变化一次，舵机6根据一个周期内高电平的时长来决定旋转角度；然后单片机向齿轮2电机送去PWM信号来控制喷头主体的行进速度；接着把PWM信号送给电动阀门1来控制喷头的流量；最后检测红外对管输出的电平来判断是否走到管道尽头。当按下停止8按钮时，遥控器13将信号传给单片机。单片机向齿轮2电机输出一个较高的占空比，使齿轮2电机以设定的最高速度行进。当检测到行进到管道3尽头时。单片机向电机和电动阀门1输入一个占空比为0％的PWM信号,向舵机6输入一个占空比为7.5％的信号(使舵机6居中)。使齿轮2电机、舵机6和电动阀门1均停止工作。

PWM信号由单片机的一个端口给出，舵机6的偏角，齿轮2电机的转速以及电动阀门1的大小均可用PWM信号控制。其中，对于舵机6，舵机6的PWM信号周期为50HZ，PWM信号的高电平的时长来控制舵机6的转角。当高电平的时长为1.5ms时舵机6居中；当高电平的时长为2.1ms时舵机6为右边打死；当高电平的时长为0.92ms时舵机6为左边打死。所以舵机6占空比变化范围是4.6％到10.5％。在程序中我们可以使单片机占空比以20ms变化0.59％的速度变化，到边界后反向变化。

本实用新型的另一个特点是可以用遥控器13控制喷头主体的行进速度。遥控器13上有速度调节按钮10。为了优化速度控制，我们可以采用PID控制方法进行速度闭环。公式为speed＝P*e1+I*e2+D*e3，其中e1为当前速度减去设定速度；e2为e1的累加和；e3为此次e1减去上一次e1。当按下遥控器13的速度调节按钮10后，蓝牙将信号传给单片机，单片机改变设定速度，并和编码器采集到的当前速度进行运算，得出现在的PWM参量(speed)传给齿轮2电机，改变齿轮2电机速度。

在程序中可以给齿轮2电机PWM信号的周期为2000Hz，PWM占空比变化范围为-40％～40％(当占空比为负时，使电机反转)。遥控器13每次改变占空比为2％，到边界后停止变化。当单片机判断喷头主体行进到管道3尽头时，设定速度改为原来的相反数。

所述红外对管由红外发射管和光敏接收管组成。红外发射管是由红外发光二极管组成发光体，光敏接收管是一个具有光敏特征的PN结，属于光敏二极管。无光照时，有很小的饱和反向漏电流(暗电流)。此时光敏管不导通。当光照时，饱和反向漏电流马上增加，形成光电流。当喷头主体行进在黑色管道上时，由于黑色吸收所有光线，也把红外发射管发射的光线吸收了，光敏接收管也就接收不到光线，此时红外对管输出为低电平；当喷头主体行进到管道3尽头时，由于管道3端部被涂成白色，白色反射所有光线，也把红外发射管发射的光线反射出去了，光敏接收管能接收到了光线，此时红外对管输出为高电平。由此可判断是否行进到了管道3尽头。

本实用新型的另一个特点是可以通过遥控器13控制电动阀门1大小。遥控器13上有流量控制按钮9。当遥控器13改变流量大小时，蓝牙把信号传给单片机，单片机改变电动阀门1的PWM信号。PWM信号周期为50Hz，占空比变化范围是3％到15％，遥控器13每次改变占空比1％，到边界后停止变化。

本实用新型最后的一个特点是可以设定循环次数。遥控器13上有循环次数控制按钮12。喷头主体来回一次为一个循环。循环次数由单片机根据红外对管的高电平次数判断。每循环一次，当前剩余循环次数减一。当循环次数为零时，喷头主体自动停止(把齿轮2电机和电动阀门1的PWM信号的占空比均设为0％，舵机6的PWM信号的占空比设为7.5％)。

此外，当我们不用遥控器13进行设定(仅按下开启按钮7)时，它会自动开启默认程序，进行智能灌溉：比如预先设定循环灌溉五次，每次行进速度递增，阀门流量递减。循环次数为零时，喷头主体自动停止。

本实用新型公开了一种智能喷雾机器人的设计方案，从传统的固定式灌溉革新为移动式灌溉，在此基础上另外在喷头主体和遥控器上安装了蓝牙模块分别作为上位机和下位机，可以通过控制安装下位机蓝牙模块的遥控器控制喷头主体的行进速度、流量大小和循环圈数。使喷雾方式更加灵活，喷灌更加均匀，避免造成水的浪费，符合绿色环保节约的生活理念。