一种自动割草机器人的设计和实现

　　1 系统结构

自动割草机器人主控系统的结构框图如图1所示。系统主要由单片机控制系统、传感器系统、电机驱动系统3大部分组成。其中单片机控制系统的处理器采用国产芯片STC12C5410AD,包含10 bit的ADC以及串口、I2C等通用串行接口，高达40 MHz的主频完全可以胜任本系统的计算和处理速度。

　　运动系统主要通过单片机给出的多路PWM信号对自动割草机器人的行动电机以及割草电机进行控制。传感器系统由电子篱笆传感器、光电开关传感器、碰撞开关传感器、雨水传感器、无线遥控接收模块等组成。其中，电子篱笆传感器用于探测割草区域的边缘；光电开关传感器用于避开慢速的或者静止的障碍物；碰撞开关传感器用于避开快速的或者主动碰向割草机的物体；雨水传感器用于检测下雨天气，并且相应作出回基站的操作；倾角开关传感器用于安全措施，防止自动割草机器人在割草过程中发生意外事件翻倒，一旦传感器检测的角度超过设定的阈值，系统自动停止一切工作，进入休眠状态；无线遥控部分用于方便使用者无线控制自动割草机器人，无线遥控的距离约20 m.各个系统都采用模块化设计，可扩展性高、升级维护方便、二次开发周期短。表1为自动割草机器人参数表。

　　2 硬件系统设计

　　2.1 主控系统

　　主控系统采用STC12c5410AD单片机，最高主频40 MHz,8路AD输入，可以满足自动割草机器人系统的控制需求。本系统采用30 MHz的有源晶振，8路AD输入基本上可以满足系统中模拟量的采集需求。

　　2.2 运动控制系统

　　运动控制系统中行动电机部分采用2片L298直流电机驱动芯片对直流电机进行控制。1片L298驱动芯片可以提供最高3 A的驱动电流，本系统的行动电机供电电压为24 V,对于设计要求行动总功率不大于60 W的驱动系统来说，2片L298拥有足够的驱动能力。在机械结构上，电机轴上使用了减速齿轮，用于加大最大电机输出转矩，提高在草地上行走的能力。

　　割草电机驱动部分采用mosfet驱动，IRLR2705这款mosfet可以提供峰值28 A的电流，满足了割草电机的要求。割草电机的开通和关断由一个单片机IO控制。割草电机驱动有一个电流检测反馈环节，当割草电机的工作电流过大（一般是堵转时），电流信号被采样电阻取出并且送往单片机AD转换器中进行检测并且软件保护。防止堵转的电机烧毁mosfet管。电机驱动电路图如图2.