專利名稱：太陽能自動澆花機器人的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種太陽能自動澆花機器人，屬于機器人應用領域。
背景技術：
隨著世界經濟的快速發展，對能源的需求也越來越高，而在現有的能源結構中，人類所利用的能源主要是石油，天然氣，煤炭等化石能源。然而，這些能源都是不可再生能源。并且，這些能源的資源也是非常有限的。面對有限的能源和對能源的無限需求，人們開始探尋可替代當前能源的新型能源。如何開發和高效的利用新型能源是當今社會的ー個重要話題。太陽能無疑是ー種環保，緑色的能源，而且，它是巨量的、可再生的能源。
隨著社會的發展，科技的進步，自動化機器人逐漸走進了人們的生活，確實已經給人們帶來了一定的影響。隨著生活水平的提高，人們追求高品位的生活，為了美化環境，凈化空氣，人們都喜歡在家中種植ー些花草，植物離不開水，需要常常澆灌，這無疑是件煩瑣的工作，尤其是當你出差，植物的供水就會中斷，影響植物的正常生長。
發明內容
為解決主人工作繁忙或者外出一段時間，放在庭院里的植物將會無人看管的情況。提出了一種以太陽能為能量的自動澆花機器人幫助主人照看庭院里的植物。本發明的太陽能自動澆花機器人，由單片機電路、電池保護電路、電機驅動電路、巡線電路、超聲波檢測電路、壓カ傳感器電路、土壤檢測電路、報警電路和電源電路組成。電源電路的輸入端與太陽板電池相接，輸出端分別與單片機電路電源引腳、電池保護電路、電機驅動電路、巡線電路、超聲波檢測電路、壓カ傳感器電路、土壤檢測電路、報警電路相接。單片機電路P2. 0、P2. 1、P2. 2、P2. 3分別與電機驅動電路的控制極相接、單片機電路PO. O、PO. I、PO. 2、PO. 3、PO. 4分別與巡線電路相接、單片機電路Pl. O、Pl. I分別與超聲波檢測電路的控制極相接、單片機電路Pl. 7報警電路相接。土壤檢測電路通過紅外線發射電路與單片機上紅外接收電路連接，進行信號傳導；機器人上還裝有水箱和水泵，出水ロ通過水管與水箱連接。太陽能自動澆花機器人工作原理是在土壌中放置土壌濕度檢測裝置，判斷土壤是否達到需要給水的要求，并將信號傳輸給太陽能自動澆花機器人。太陽能自動澆花機器人接收到信號后就會立刻啟動，尋找并且準確的到達花盆位置，利用水泵給花給水。在澆花的同時土壤濕度檢測仍在繼續，只要達到濕度要求，機器人將會停止給水，并返回出發地點。太陽能自動澆花機器人通過壓カ傳感器來判斷水箱的水位，當水位過低時，通過報警電路報警。本發明電池保護電路由VZ1、VZ2、VZ3、Rl、R2、R3、R4、R5、R6、Cl、C2、C3、C4、D1、V1、V2、V3、V4、VT1、VT2、VT3 和 LED1-LED3 組成。其中 I 號線接 VZl 陰極、VTl 發射極、R3、VZ2陰極、VT3發射極、C4、VZ3陰極；3號線接Rl、Vl陽極；2號線接地，并且鏈接Vl陰極、LED2陰極、V2陰極、LEDl陰極、R5、LED3陽極；4號線接V3陰極、V4陰極；VZ1陽極串聯R1、R2 ；VZ2陽極串聯R5 ；VT1基極接R2，集電極接C2和R4，R4接LEDl陽極，C2接V2控制端；VT2集電極接R3，基極接R2，發射極接Cl、LED2陽極、V2陽極，Cl接Vl控制端；R5、R6與VZ2陽極相接；VT3基極接R6、D1陽極，集電極接C3、V4陽極，Dl陰極、C3、V4控制端相連并接至V3控制端。本發明電機驅動電路由R7、R8、D2 D9、LED4 LED7、L298N芯片、電機I、電機2組成。D2 D5陰極相接并與VCC相接，其陽極分別與2，3，13，14相接；D6 D9陽極相接并與地相接，其陰極分別與2，3，13，14相接；IN1與單片機P2. 3引腳相接，IN2與單片機P2. 2引腳相接，IN3與單片機P2. I引腳相接，IN4與單片機P2. O引腳相接。本發明巡線電路由R9 R23、C5 C9、LED8 LED12、紅外發射接收管U4 U8、集成運算放大器U9和UlO組成。U9的3，5，10與UlO的3，5相接并接基準電壓；R9與U4的發光二極管相接；R10、C5 —端分別與U4的光敏三極管的發射極相接，另一端接地，U4的光敏三極管的發射極接到U9A的2端；R11 —端與+5V電源相接，另一端與發光二極管相接，并接到U9A的I端；R12與U5的發光二極管相接；R13、C6 —端分別與U5的光敏三極管的發射極相 接，另一端接地，U5的光敏三極管的發射極接到U9B的6端；R14 —端與+5V電源相接，另一端與發光二極管相接，并接到U9B的7端；R15與U6的發光二極管相接；R16、C7 一端分別與U6的光敏三極管的發射極相接，另一端接地，U6的光敏三極管的發射極接到U9C的8端；R17 —端與+5V電源相接，另一端與發光二極管相接，并接到U9C的8端；R18與U7的發光二極管相接；R19、C8 —端分別與U7的光敏三極管的發射極相接，另一端接地，U7的光敏三極管的發射極接到UlOA的2端；R20 —端與+5V電源相接，另一端與發光二極管相接，并接到UlOA的I端；R21與U8的發光二極管相接；R22、C9 一端分別與U8的光敏三極管的發射極相接，另一端接地，U8的光敏三極管的發射極接到UlOB的6端；R23 —端與+5V電源相接，另一端與發光二極管相接，并接到UlOB的7端；Ρ0(ΓΡ04分別鏈接到U9A的I端、U9B的7端、U9C的8端、UlOA的I端、UlOB的7端。本發明土壤檢測電路，電路由1 24132、￥24、￥25、譏1、010、011、￥了4和VT5構成。I號線與VZ4陽極、電阻R24、R29、VT5的集電極相接；2號線與VZ5陰極、R25調整端、電阻R25、R26、R31、R32相接，并且接地；VZ4的陰極與VZ5陽極相接；探針ー端與I相接，另一端與R25相接并且與VT4的基極相接；電阻R26 —端與VT4發射極相接，另一端與VT4發射極相接；電阻R27和R28 —端相接并與VT4發射極相接，電阻R27另一端與Ull的2端相接，電阻R28另一端與Ull的6端相接，電阻R29 —端與I線相接，另一端與Ull的3端相接，電阻R31 —端與2線相接，另一端與Ull的5端相接，電阻R30 —端與Ull的3端相接，另一端與Ull的5端相接。DlO和Dll的陽極分別接到Ull的I和7，其陰極相接并接到VT5的基極；VT5發射極與OUT和R32相接。本發明超聲波發射電路由電阻R33 R35、三極管Q1 Q3、ニ極管VD，電容C10、超聲波發射管構成。電阻R33的一端與單片機Pl. O引腳相接，另一端則與三極管基極相接，Ql集電極與電容C10、電阻R34、R35、超聲波發射管相接，Ql發射極與電容另一端、Q2發射極、Q3發射極、ニ極管VD的正極相接，Q2基極與電阻R35相接，Q3基極與ニ極管VD負端相接。本發明超聲波接收電路由運算放大器TL082、比較器LM393、電阻R36 R44、電容circi6組成。超聲波接收管一端接電容C11，另一端接電阻R36、R40、運放TL082的3、5管腳。電阻R37 —端接電容C11，另一端接運放TL082的2腳。電阻R38 —端接運放TL082的2腳，另一端接I腳。電阻R39—端接I腳，另一端接電容C12、C13、電阻R40。電阻R41一端接運放TL082的6腳，另一端接7腳。電容C15 —端接運放TL082的7腳，另一端接LM393的2腳。LM393的3腳接電阻R42、R43、電容C14。本發明壓カ傳感器電路由硅壓カ傳感器、集成運放LM358電阻R45-R57及電容C17、C18組成。壓カ傳感器的I腳與2腳分別接電源和地，3腳接Rp45的2腳，Rp45的I腳接電源，3腳接地，電容C17的兩端分別接電源和地，R50與Rp51串接于電源與地之間，滑動引腳2接R52的一端，R52的另一端接LM358的2腳，壓カ傳感器的4接至R53的一端，另一端接至LM358的3腳，R54的兩端分別接LM358的1、2腳，8腳接電源，4腳接地，R55的兩端分別接LM358的1、5腳，R57的兩端分別接LM358的6、7腳，R56 一端接地，另一端接LM358的6腳，并由7腳輸出。本發明紅外發射電路由電阻R58、發光二極管LE D13、NM0SQ6組成。電阻R58的一端與電源相接，另一端則與紅外發射管LED13的正極相接，LED的負極接MOS驅動管的漏扱，MOS管的控制極由土壤檢測電路的輸出信號控制，MOS管的源極接地。本發明紅外接收電路由電阻R59、R60、三級管Q5、ー個紅外接收管LED14構成。R59、R60的一端均與電源相連，R59另一端與LED14相接并與Q5基極相接，R60另一端與Q5集電極相接并接到單片機Pl. 6引腳，Q5發射集接地。本發明報警電路由蜂鳴器，三極管Q6，電阻R61構成。蜂鳴器一端與電源相接，另一端與三極管的發射極相接，三極管基極通過電阻R61與單片機Pl. 7相接，三極管發射極與地相接。
圖I為本發明的原理框圖。圖2為本發明的側視圖(I :巡線傳感器2 :超聲波傳感器3 :紅外接收傳感器4 :出水口 5 :太陽板6 :支撐柱7 :電池8 :保護電路9 :單片機系統10 :水箱11 :水泵12 :水管13 壓カ傳感器14 :電機驅動15 :車輪；)。圖3為本發明的蓄電池保護電路圖。 圖4為本發明的電機驅動電路圖。圖5為本發明的巡線電路圖。圖6為本發明的土壤檢測電路圖。圖7為本發明的超聲波發射電路圖。圖8為本發明的超聲波接收電路圖。圖9為本發明的壓カ傳感器電路圖。圖10為本發明的紅外發射電路圖。圖11為本發明的紅外接收電路圖。圖12為本發明的報警電路圖。
具體實施例方式太陽能自動澆花機器人工作原理是在土壌中放置土壌濕度檢測裝置，通過土壤濕度檢測裝置判斷是否需要給花澆水，當檢測到土壌達到給水的要求，通過紅外發射管將信號傳遞給太陽能自動澆花機器人。太陽能自動澆花機器人接收到信號后，立刻啟動。通過車底的巡線傳感器判斷路線，準確尋找到花盆的位置，利用超聲波傳感器判斷是否靠近花盆位置。通過水泵給花給水，此時土壌濕度檢測仍在繼續，判斷土壌水分的是否達到要求，只要達到要求機器人將會停止給水。并且返回到出發的位置，等待下一次的任務。在水箱下面安裝有壓カ傳感器，判斷水箱的水位，當水位過低時，通過報警電路報警。圖3為本發明的蓄電池保護電路圖，采用太陽能板電池充電，實現防止蓄電池過充過放的功能。當蓄電池電壓達到13. 5V左右吋，VZ2擊穿導通，B點電位為正，VT3反向截止，VDl導通，并觸發V4導通。C3極所充電荷經V4加于V3陰極，使V3瞬時加上反向電壓而截止，關斷充電壓源。同時充電指示燈LED3停止發光，而電壓正常指示燈LED2卻正常發光。當電池電壓低于或等于13V吋，VZ2截止，VT3正向導通，電流經C3觸發V3導通，充電回路又連通，同時C3也被充電。
圖4為本發明的電機驅動電路圖，圖中INfIM為控制輸入信號端ロ，當輸入信號端INl接高電平輸入端IN2接低電平，電機Ml正轉，信號端INl接低電平，IN2接高電平，電機Ml反轉。當輸入信號端IN3接高電平輸入端IN4接低電平，電機M2正轉，信號端IN3接低電平，IN4接高電平，電機M2反轉。圖5為本發明的巡線電路圖，根據紅外線被不同顔色的吸收差別原理設計。當紅外發射管和接收管處在黑線位置時，發出的紅外光大部分被黒色吸收，也就是無反射光吋，其比較器的正向輸入端電壓低于反向輸入端的電壓，并輸出低電平，LED點亮。當紅外發射管和接收管處不處在黒色位置時，發出的紅外光大部分被反射，被接收管接收，其比較器的正向輸入端電壓高于反向輸入端的電壓，并輸出高電平，LED不亮。該電路有5路紅發發射與接收管，中間一路主要是保證機器人能沿著路線前進，次外2路主要是當機器人偏離路線是能實現糾正，從而保證回到路線上，最外2路主要是保證機器人能按照路線實現在路ロ轉向。圖6為本發明的土壤檢測電路圖，其原理是根據土壌的濕度不同導電能力不一樣而設計，調節電阻R25或者探頭間距可改變測量靈敏度，實現土壌濕度的檢測。確定需要澆水(VL)和水滿(VH)時a點的電壓值(Va)。根據電壓設計窗ロ比較器電路，從而實現當Va<VL時，輸出高電平；當VL〈Va〈VH時輸出低電平；當VH〈Va時輸出高電平。圖7為本發明的超聲波發射電路圖，單片機的Pl. O ロ控制其是否工作，晶體管Q2、Q3組成強反饋式穩頻振蕩器，Q2集電極輸出電壓的微小變化，通過超聲波發射探頭反饋到Q3的基極，經過Q3放大后又加到Q2的基極做進ー步的放大，經過多次循環形成電路振蕩。探頭將Q2的輸出反饋到Q3的基極上，同時可將振蕩器的振蕩頻率穩定在自身的固有頻率上，作為穩頻元件使用。超聲波發射探頭兩端為40kHz的方波，推動超聲探頭產生40kHz的超聲波。圖8為本發明的超聲波接收電路圖，電路包括低通濾波電路、放大電路、比較器整形電路。首先電容Cll過濾可能存在的殘余直流電壓，然后放大電路對微弱超聲回波信號進行放大，最后通過帶通濾波電路除去其它的干擾信號，放大濾波電路采用了高速精密運算放大器TL082。最后采用一個比較器整形電路。圖9為本發明的壓カ傳感器電路圖，電路由硅壓カ傳感器把壓カ轉換成電信號并放大整形，由于信號的微弱，所以經由LM358構成的兩極電壓放大后有LM358的7腳輸出，改變Rp45可以調節基準電壓，使電路在傳感器不受壓カ時輸出為O，R52及R55為反饋電阻，電容C17、C18均為濾波電容，當壓カ傳感器受到壓力作用吋，電橋失去平衡，3點的電壓與4點不相等，由于3點電壓被Rp45固定，所以電壓差將由4點輸出，經LM358線性放大后將壓カ信號輸出。圖10為本發明的紅外發射電路圖，當Pl. 2為高電平時推動MOS管導通LED13發射紅外線。圖11為本發明的紅外接收電路圖，圖為紅外接收電路，當LED14未接收到紅外信號時，表現為高阻狀態，三極管Q5截止，Pl. 6輸出高電平，當有紅外線接收時LED14導通給三極管提供基極電流，致使三極管Q5飽和導通，Pl. 6輸出低電平。圖12為本發明的報警電路圖，單片機P1.7輸出低電平，蜂鳴器發出聲音。單片機Pl. 7輸出高電平，蜂鳴器不發出聲音。當水箱水位過低吋，單片機Pl. 7發出高低電平，蜂鳴器就發出報警聲。 本發明的機器人自動澆花流程為，當啟動土壌濕度檢測裝置后，濕度檢測裝置一直在檢測土壌的濕度，當土壌的濕度達到給水的要求時土壤濕度檢測裝置通過紅外發射管發出信號，啟動在遠處的太陽能自動澆花機器人。太陽能自動澆花機器人通過巡線傳感器向前進，當按照在機器人前方的超聲波傳感器檢測到花盆時，太陽能自動澆花機器人就停止前進，并通過水泵向花盆澆水。在澆花的過程中，土壌濕度檢測裝置一直在檢測土壌的濕度，當土壌濕度到達要求時，太陽能自動澆花機器人停止向花盆澆水，并且返回到出發位置。
權利要求
1.一種太陽能自動澆花機器人，由單片機電路、電池保護電路、電機驅動電路、巡線電路、超聲波檢測電路、壓カ傳感器電路、土壤檢測電路、報警電路和電源電路組成，其特征在于，所述機器人上還裝有水箱和水泵，出水ロ通過水管與水箱連接。
2.根據權利要求I所述機器人，其特征在干，電源電路的輸入端與太陽板電池相接，輸出端分別與單片機電路電源引腳、電池保護電路、電機驅動電路、巡線電路、超聲波檢測電路、壓カ傳感器電路、土壤檢測電路、報警電路相接；單片機電路P2. O、P2. I、P2. 2、P2. 3與電機驅動電路的控制極相接，單片機電路PO. O,PO. UPO. 2,PO. 3,PO. 4與巡線電路相接，單片機電路Pl. O、Pl. I與超聲波檢測電路的控制極相接，單片機電路Pl. 7與報警電路相接。
3.根據權利要求I所述機器人，其特征在于，在土壌中放置土壤檢測電路，通過對土壌濕度檢測判斷是否需要給花澆水，當檢測到土壌達到給水的要求，通過紅外發射管將信號傳遞給太陽能自動澆花機器人，太陽能自動澆花機器人接收到信號后，通過車底的巡線電路判斷路線，準確尋找到花盆的位置，利用超聲波檢測電路判斷是否靠近花盆位置，通過水泵給花給水，此時土壌濕度檢測仍在繼續，判斷土壌水分的是否達到要求，只要達到要求機器人將會停止給水，并且返回到出發的位置，等待下一次的任務，在水箱下面安裝有壓カ傳感器，判斷水箱的水位，當水位過低時，通過報警電路報警。
4.根據權利要求I所述機器人，其特征在干，電機驅動電路由R7、R8、D2 D9、LED4 LED7、L298N芯片、電機I和電機2組成；D2 D5陰極相接并與VCC相接，其陽極分別與2，3，13，14相接；D6 D9陽極相接并與地相接，其陰極分別與2，3，13，14相接；INl與單片機P2. 3引腳相接，IN2與單片機P2. 2引腳相接，IN3與單片機P2. I引腳相接，IN4與單片機P2. O引腳相接。
5.根據權利要求I所述機器人，其特征在干，所述巡線電路由R9 R23、C5 C9、LED8 LED12、紅外發射接收管U4 U8、集成運算放大器U9和UlO組成；U9的3，5，10與UlO的3，5相接并接基準電壓；R9與U4的發光二極管相接；R10、C5 —端分別與U4的光敏三極管的發射極相接，另一端接地，U4的光敏三極管的發射極接到U9A的2端；R11 —端與+5V電源相接，另一端與發光二極管相接，并接到U9A的I端；R12與U5的發光二極管相接；R13、C6 一端分別與U5的光敏三極管的發射極相接，另一端接地，U5的光敏三極管的發射極接到U9B的6端；R14 —端與+5V電源相接，另一端與發光二極管相接，并接到U9B的7端；R15與U6的發光二極管相接；R16、C7 —端分別與U6的光敏三極管的發射極相接，另一端接地，U6的光敏三極管的發射極接到U9C的8端；R17 —端與+5V電源相接，另一端與發光二極管相接，并接到U9C的8端；R18與U7的發光二極管相接；R19、C8 —端分別與U7的光敏三極管的發射極相接，另一端接地，U7的光敏三極管的發射極接到UlOA的2端；R20 —端與+5V電源相接，另一端與發光二極管相接，并接到UlOA的I端；R21與U8的發光二極管相接；R22、C9 一端分別與U8的光敏三極管的發射極相接，另一端接地，U8的光敏三極管的發射極接到UlOB的6端；R23 —端與+5V電源相接，另一端與發光二極管相接，并接到UlOB的7端；P00 P04分別鏈接到U9A的I端、U9B的7端、U9C的8端、UlOA的I端、UlOB的7端。
6.根據權利要求I所述機器人，其特征在于，土壤檢測電路由R24 R32、VZ4、VZ5、U11、D10、D11、VT4和VT5構成。I號線與VZ4陽極、電阻R24、R29、VT5的集電極相接；2號線與VZ5陰極、R25調整端、電阻R25、R26、R31、R32相接，并且接地；VZ4的陰極與VZ5陽極相接；探針一端與I相接，另一端與R25相接并且與VT4的基極相接；電阻R26 —端與VT4發射極相接，另一端與VT4發射極相接；電阻R27和R28 —端相接并與VT4發射極相接，電阻R27另一端與Ull的2端相接，電阻R28另一端與Ull的6端相接，電阻R29 —端與I線相接，另一端與Ull的3端相接，電阻R31 —端與2線相接，另一端與Ull的5端相接，電阻R30一端與Ull的3端相接，另一端與Ull的5端相接；D10和Dll的陽極分別接到Ull的I和 .7，其陰極相接并接到VT5的基極；VT5發射極與OUT和R32相接。
全文摘要
本發明公開了一種太陽能自動澆花機器人太陽能自動澆花機器人通過太陽能板電池給機器人供電，在土壤中放置土壤濕度檢測裝置，當檢測到土壤需要澆水時，紅外發射裝置將信號傳輸遞給遠處的太陽能自動澆花機器人。太陽能自動澆花機器一旦接收到信號，就會立刻啟動按照路線準確的到達花盆位置，通過水泵給花澆水。在澆花的同時土壤濕度檢測仍在繼續，當檢測到土壤水分達到要求，機器人將會停止給水，并且返回到出發位置。
文檔編號A01G27/00GK102845285SQ201210186068
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月7日 優先權日2012年6月7日
發明者毛麗民, 徐本連, 劉叔軍, 朱培逸, 呂庭 申請人:常熟理工學院