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牛!当杂草遇到“黑科技”,智能割草机完胜!
智能物联研习社 | 2021-10-15 15:55:12    阅读:77   发布文章

杂草丛生,人工除草太麻烦!

牛!当杂草遇到“黑科技”,智能割草机完胜


今天,给大家介绍一款神器

『智能割草机』

既能美化草坪,又能解放双手,省时省力!

牛!当杂草遇到“黑科技”,智能割草机完胜


一、功能设定

牛!当杂草遇到“黑科技”,智能割草机完胜


功能

功能描述

App 遥控

支持手机 App 对割草机进行前进,后退及左右转向控制

割草范围设置

支持 App 设置割草机割草面积范围

割草高度设置

支持 App 设置割草高度

田耕式割草

采用田耕式割草方式割草

低电量报警

支持电池电量低于10% App 报警

低电量自动回充

支持电池低于 10% 自动回充电桩自动充电


二、硬件设计方案

牛!当杂草遇到“黑科技”,智能割草机完胜


割草机的硬件主要分四大部分,分别是:


  • 远程通讯系统:采用涂鸦无线联网模组,使用 App 即可远程控制割草机,时刻查看割草机动态。

  • 动力系统:采用 12V 带多重保护功能的锂电池组,配减速电机和橡胶轮胎,为小车提供动力支持。

  • 割草控制系统:使用两个舵机实现割草高度调节,用电调控制无刷直流电机进行割草。

  • 定位导航系统:采用 GNSS 模组和数字地磁传感器,实现割草机定位和导航的功能。


1. 远程通讯系统


远程通信系统核心以涂鸦模组+MCU为主,通信方案图如下:

牛!当杂草遇到“黑科技”,智能割草机完胜


查看完整开发资料,点击:


developer.tuya.com/cn/demo/grass-mower?_source=5b62395fd533bf3ea88a534f9f9a7f57#%E6%A6%82%E5%86%B5

( 注:开发资料文末,点击〖一键创建产品〗即可复制割草机产品。)

2. 动力系统


  • 电源

割草机采用锂电池供电,工作噪音小,运行平稳,环保节能适合家庭庭院使用


  • 电池

推荐使用输出电压 12V 左右的最大输出电路5A以上的锂电池。


  • 降压模块

模块上的降压芯片推荐 LM2596S,它支持可调节输出的芯片,以便获取所需的电压值。


  • 减速电机

减速电机就是在直流电机基础上,增加了一个高精密的减速器,增加减速器可以降低电机转速,增加电机扭矩,使得可控性更强。选择减速电机的时候,电机的额定电压需要和我们选择的电池相匹配。常见的 12V 额定电压电机供电范围在 11~16V 之间,其中选择 12V 为最佳。


  • 电机驱动

电机驱动采用东芝半导体公司直流电机驱动芯片 TB6612FNG,TB6612FNG 驱动芯片双通道电路输出,可同时驱动2个电机。因此,对于四个电机,我们只需要两片该芯片。


3.割草控制系统


割草控制系统主要有割草高度调节和割草控制两个部分组成。


  • 无刷直流电机

无刷直流电机不会产生有刷电机运转时产生的电火花,可以极大减少电火花对遥控无线电设备的干扰。


  • 电子调速器

电子调速器简称 ESC,它根据控制信号调节电机转速,是电机的驱动器。

选型时需要注意电子调速器输出的电流需要和无刷直流电机相适配。


  • 舵机

我们采用两个舵机,配上一些金属盘,组合成一个升降结构,通过同步控制两个舵机,实现高度调节。

牛!当杂草遇到“黑科技”,智能割草机完胜


4.定位导航系统


定位导航系统主要由两个功能,分别是定位功能和定向功能。


  • GNSS

选用GUC300 模组,模组由一个高集成度的 GNSS 芯片 UFirebird-UC6226NIS 及其外围电路构成,内置 SAW 滤波器、LNA 以及26 MHz TCXO 等器件,保证了快速、精准的定位效果,且支持 GPS 和北斗双系统联合定位。


  • 电子罗盘

本方案推荐的型号是 QMC5883L,电子罗盘由三维磁阻传感器、双轴倾角传感器和 MCU 构成。三维磁阻传感器用来测量地球磁场,倾角传感器是在磁力仪非水平状态时进行补偿;MCU 处理磁力仪和倾角传感器的信号以及数据输出和软铁、硬铁补偿。

牛!当杂草遇到“黑科技”,智能割草机完胜


  • 电路板

电路板可以将硬件设计中的电机驱动,电源等设备集成进来。设计电路板时注意需留舵机,电机,电子罗盘等相关信号接口,减少飞线,使整机更加简洁。另外,还可以加一些功能进去,比如增加蜂鸣器用于报警,增加 LED 用于信号提示等。

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5. 整机搭建

牛!当杂草遇到“黑科技”,智能割草机完胜


查看完整开发资料,点击:


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( 注:开发资料文末,点击〖一键创建产品〗即可复制割草机产品。)


三、割草机软件方案

牛!当杂草遇到“黑科技”,智能割草机完胜


注:方案开源地址关注“涂鸦开发者”,回复“机器人”,即可获取完整代码!


1.电机、舵机、电调驱动


本方案最主要的器件就是电机、舵机和电调,4个电机各控制了一个小轮,负责实现小车的运动;两个舵机组合在一起用来控制电调和电调上面的刀片的高低位置;电调则是控制刀片旋转,同时使转速可调控。


2.PID 控制实现直线行驶


由于本方案的四个轮子都是由独立电机控制的,在给定相同占空比的 PWM 输出时,电机与电机之间的误差以及其他因素都会导致小车并不能按照预想的那样驶出一条直线,因此我们有必要引入 PID 算法来动态调整各个轮子的实际转速。


3.实现直角转弯


当小车直线行驶到规定面积长度时就需要进行直角转弯动作。可以使用todo_judge函数进行转弯判断,判断依据根据电机编码器的脉冲数来转换,将长度换算成编码器脉冲数,当脉冲数达到规定长度转换出的脉冲数时就开始转弯动作。同时,小车也需要区分当前是在长边转弯还是在宽边转弯,是往左转还是往右转。todo_judge()函数中有一个swich判断,case分支就是代表小车当前是将要在长边左右转还是在宽边左右转。


4.刀片位置与刀片速度设置


刀片位置是由两个舵机一起控制的,在位置上下变动的同时还需要保持刀片的水平姿态不变,这就需要两个舵机在相反的方向变动相同的角度。


5.GNSS数据接收


本方案采用的涂鸦 GUC300 模组是通过串口通信的方式给 MCU 发送 GNSS 数据的,这里我们使用 MCU 的 usart1 来接收数据,usart0 已经被作为与 Wi-Fi 模组通信的串口。


到这里,智能割草机 Demo 就完成了。在这款智能割草机的基础上还有很多功能可以深入开发,使体验更加人性化,智能化。同时您可以基于涂鸦 IoT 开发平台丰富它的功能,也可以更加方便的搭建更多智能产品原型,加速智能产品的开发流程。


查看完整开发资料,点击:

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( 注:开发资料文末,点击〖一键创建产品〗即可复制割草机产品。)


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