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1、精品学习资源目录第一章太阳能割草机器人的争辩现状1其次章太阳能割草机器人总体方案的设计32.1 太阳能割草机器人设计要求32.2 太阳能割草机器人本体结构的设计42.2.1 太阳能割草机器人关键部件的选择52.2.2 太阳能割草机部件分布 62.3 传感器的选择 82.4 系统把握体系结构的设计 92.5 把握系统的中的数据治理 102.6 本章小结 11第三章太阳能割草机器人把握系统的硬件构成113.1 太阳能割草机的主把握器的介绍123.2 CPU 核心电路的设计 133.3 传感器的系统模块设计- CMPS03 电子罗盘的应用 14第四章太阳能割草机器人的软件设计154.1 嵌入式数据库
2、的应用 154.1.1 嵌入式系统 SQLite 简介 164.2 关键部分编程的实现 184.2.1 主程序的设计 184.2.2 超声波避障程序的设计 19第五章总结与展望 215.1 总结 215.2 展望 22基于 ARM太阳能割草机器人把握系统的争辩第一章 太阳能割草机器人的争辩现状太阳能割草机器人为自动割草机器人的一个类别，它与其它类型的自动割草机的唯独区分是能源系统不同，太阳能割草机器人的主要能量源为太阳能；现在在国际与国内对太阳能割草机器人的争辩己经十多年了，并且积存了确定体会，但是现在比较成熟的产品应当是瑞典 Electrolux 公司开发的 Husqvarna AutoMo
3、wer 太阳能割草机器人系列如图 1.1 所示；它是以蓄电池与太阳能电池板共同为欢迎下载精品学习资源系统供应能源； Husqvarna AutoMower 在比较好的天气下每天大致能割 0.65 英亩的草坪，比只利用蓄电池的割草机割草面积的大小大致可以提高 25%；但是在 Husqvarna AutoMower 割草的区域的四周仍然需要铺设导线，以便于为太阳能割草机器人供应导航与边界标示；图 1.1 HusqvarnaAutoMower在国内，太阳能割草机器人仍处于起步进展阶段，现在投放市 场的产品只有桂林豪明生物环保能源有限责任公司生产的肩背式太 阳能割草机，如图 1.2所示，它对太阳能在割
4、草机上的应用起到技术积存的功效；智能化的太阳能割草机在大中院校做了一些试验性 的争辩，虽然取得了确定的成果，但是到现在为止仍没有推出成品 化的机器；欢迎下载精品学习资源图 1.2肩背式太阳能割草机其次章 太阳能割草机器人总体方案的设计本课题争辩的对象为智能环保的家用割草机，它是一个综合的体系结构，其集成了能源利用、机械机构、智能把握、环境的感 知、行为的规划、智能决策等多种技术；本文从有用动身争辩了割草机车体的选型，能量治理，硬件电路的设计以及嵌入式数据库系统和硬件的把握算法；2.1 太阳能割草机器人设计要求太阳能草坪割草机的基本任务就是完成草坪的割草工作；由于它接受了太阳能作为能源，电动机作
5、为动力，其结构与传统的机械式割草机有很大的区分，对其设计要求除了中意传统割草机的工作要求之外，仍有一些特殊的设计要求；其设计要求包括以下几个方面:(1) 工作要求 : 割草宽度 46cm18inches, 割草高度 25-55mm1-2.2 inch；割草电机转速 3500r/min ；最大行进速度 0.4m/s ；转弯欢迎下载精品学习资源半径为零；(2) 结构要求 : 太阳能草坪割草机在结构上要简洁，除去不必要的结构，来减轻整机重量；(3) 操作要求 : 太阳能割草机要求操作简洁，在无人职守的情形下可以独立完成割草任务；2.2 太阳能割草机器人本体结构的设计与机械式割草机相比，太阳能割草机器
6、人能量和把握的传递是通过柔性的电线而不是刚性的机构，这使太阳能割草机便于模块化，因此本系统将太阳能割草机分为四个模块: 能量系统，电机驱动系统，把握系统，割草系统；能量系统主要有把握器，蓄电池，太阳能电池池，电流调剂器组成；电机驱动模块主要由驱动电机和驱动轮驱动组成，其作用是通过差动方式使太阳能割草机器人完成前进、后退、转弯；割草系统主要由割草电机，割刀及高度调剂机构组成；把握系统主要有把握器与传感器组成；除此之外仍有割草机器人壳体等；太阳能割草机器人的基本结构如图2.1所示，其中粗实线为能量流淌方向，细实线为把握信号方向，粗浅色线为机械传动连接；欢迎下载精品学习资源图 2.1太阳能割草机的基
7、本结构2.2.1 太阳能割草机器人关键部件的选择现在割草机的运动方式主要有轮式、履带式、足式等；履带式割草机一般用于坡度较大的环境中，足式割草机一般用于特殊的场合，在比较平整的环境下轮式割草机应用广泛；由于家庭草坪与公共绿地地势平整，因此本系统接受轮式运动方式；目前草坪机械主要有两个基本类型 : 滚刀式修剪机和旋刀式修剪机，而滚刀价格较高，且要求严格的保养，所以割草机接受旋刀式 设计，即以高速水平旋转的刀片把草割下；对于家用割草机器人来 说，其割刀尺寸不应过大，因此割刀接受单刀片；割刀刀片由高速欢迎下载精品学习资源直流电机驱动；割刀驱动电机在割草机中高速运转，因此割草机内部应当有足够的空间散热
8、；蓄电池为割草机另一个能量源，在外部光照不足时起到主要供能的作用，选择蓄电池的好坏会影响到割草机的寿命的长短；现在常用的蓄电池为镍福蓄电池、铅酸蓄电池、镍氢蓄电池、铿电池；虽然镍福电池和铅酸电池制作简洁价格廉价，但是福元素和铅元素会污染环境；镍氢电池具有较好的低温放电性，且报废后无污染， 但是镍氢电池高温性能比较差，在阳光下易于氧化，使蓄电池寿命过短，因此镍氢电池不太适合本系统；铿电池具有容量高、质量 轻、充放电效率高等优点；虽然价格相对其它三种高，但其性价比具有更大的优势，因此本系统接受铿电池作为蓄电池；在太阳能割草机中，电机的用途主要分为两个种类: 一种，电机用来驱动割草刀片的高速旋转，称
9、为割草电机；另一种，电机用来驱动割草机车轮的行走，称为行走驱动电机；由于直流电机具有良好的起、制动性能，适于在大范畴内平滑调速，因此本系统使用直流电机；直流电机又分为有刷直流电机和无刷直流电机，但是有刷直流电机易于磨损，所以本系统接受无刷直流电机；2.2.2 太阳能割草机部件分布本割草机器人本体接受三轮小车机构的设计，前轮为其起导向作用的万向轮，两后轮为两个电机差动驱动的驱动轮，这种结构的优点是 : 把握实现简洁，只需分别把握后两轮驱动电机的转速和转欢迎下载精品学习资源角，就能精确把握自动割草机器的动作，转弯特殊灵敏，特殊是能实现零半径转弯，有利于移动机器人在行走过程中对障碍物进行实时避障；蓄
10、电池为割草机最重的部件，由于要保证万向轮具有高的灵敏度，不行以在万向轮上加载过大的力，因此将蓄电池放在割草机的后部；割草机的割刀安装在刀盘上这样可以增加转动惯量提高割草的质量；割草电机在高速旋转的过程中会产生大量的热能，为了防止人割草机内部的积存，将割刀放在割草机空间较大前半部 分；详细的结构如图 2.2 所示；1、万向轮 2、刀盘 3、割刀 4、割草机外壳 5、液晶显示器及键盘 6、蓄电池 7、驱动轮 8、变速器 9、驱动电机 10、把握板 11、割草电机图 2.2 割草机的结构图太阳能电池板接受帖附方式，将太阳能电池板薄片贴在割草机器人的表面，用导流槽将每块电池薄片串联起来；这样是割草机器
11、人看起来比较美观简约，并且大大减小割草机的重量；考虑到太阳能割草机器人的一个要求一重量尽可能的小，因此割草机的支架结欢迎下载精品学习资源构接受铝合金材料，接受弯折成型与螺母链接将构架搭建起；割草 机的外壳接受 ASA 塑料，其优点是 : 良好的物理性能，抗老化性能强，可以应对比较恶劣的气候变化，耐高温性能好，并且仍可以防 止静电，削减了车体静电对尘土的吸附和对电路板的噪声干扰；2.3 传感器的选择割草机器人在随时变化的环境中自主工作，应具有感知环境的变化的才能；在家用太阳能割草机上利用的传感器应当具备以下特点: 中意系统的要求；价格合理；技术成熟；结构简洁等；但是现在市场上的传感器种类很多，但
12、是它们各有优缺点，因此本系统接受几种传感器的组合；在内部，接受电子罗盘与编码器，在外部接受超声波传感器来感知障碍物；市场上的运动方位传感器有很种，例如陀螺仪，倾角仪等；但是由于家庭草坪与公共绿地比较平整对三维坐标要求不严，另外陀螺仪与倾角仪价格比较昂贵，因此在本系统只选用了二维电子罗盘CMPS0，3 来获得割草机的运动方位角，且结构简洁易于实现；现在比较常用的测距传感器有超声波传感器，红外传感器，激光传感器，但是激光传感器价格比较高，不太适合应用在家庭设备上，在本系统中不予考虑；红外传感器的有效测距范畴为5cm- 80cm , 测得有效距离过短，使割草机反应时间削减，在高速情形下假如割草机反应
13、过慢就有可能与发生障碍物碰撞；超声波传感器选择 GH-311 RT 模块，它的有效距离为10cm-800cm，虽然存在着盲欢迎下载精品学习资源区，但是对家庭割草机来说己经完全能够中意检测障碍物的要求；超声波传感器的分布如图 2.3 所示；图 2.3 超声波传感器的分布2.4 系统把握体系结构的设计太阳能割草机器人属于智能机器，它能感知外部环境，随着外部的环境对变化，割草机器人能做出准时的反应；在本系统中设计了能量治理决策系统，基站系统，环境感知系统，电机把握系统 等；太阳能割草机的能量系统属于以太阳能为主要供能源蓄电池为帮忙供能源的混合功能系统，但如何供应需要把握系统依据外部的环境进行决策，因
14、此系统设计了能量治理系统；基站系统为定位系统，这里设计了超声波传感器、微波传感器及电子罗盘结合得出割草机在割草区域内的极坐标，对割草机进行定位，处理器依据割草机所在的位置进行指导割草机的行走方向并可以依据坐标判定割草机是否走过该区域；环境感知系统为将外部的环境进行简洁处理， 传送给中心处理器，中心处理器对外部环境进行分析，然后做出决策；电机把握系统用于对割草机的直行，加速，转向，倒退的控 制；在电机把握系统中仍设计对过流与过喜爱惜系统，用于爱惜电欢迎下载精品学习资源机与把握器防止意外的事故的发生；超声波避障传感器位置接受传感器能量感知超声波避障处理器位置处理器决策处理器运动把握电机驱动模块左电
15、机 编码器中心处理器运动把握电机驱动模块右电机 编码器电子罗盘处理器过流过热电子罗盘图 2.4 太阳能割草机器人把握结构2.5 把握系统的中的数据治理在本系统中，牵扯到电子地图的建立、行走过程位置的记录、重复率的判定、边界的判定、是否有未走过的判定、在行走过程中障碍物位置的记录及割草机对障碍物的躲避运算，这些都需要把握器具有高时效性和高信息吞吐量，因此本系统引入数据库系统，负责全局的储备、处理和爱惜，整个系统的环境和工作过程位置的记录、推理学问以及融合传感器信息；欢迎下载精品学习资源图 2.5 太阳能割草机器人的治理框架位置确定系统的作用是猎取割草机的位置并将位置坐标传送给处理器；避障系统获得
16、障碍物的距离，并传送给处理器；处理器将这些数据揉合，并将揉合的数据放入数据库处理储备；规划系统依据数据库处理的结果对割草机进行行为规划；行为把握系统用规划好的结果指导割草机做出相应的动作；2.6 本章小结本章对太阳能割草机器人的基本结构进行了设计，依据设计要求选择了割草机各个部分，设计出割草机机体内部各部件的分布， 设计出了太阳能割草机器人把握结构以及数据处理结构；第三章 太阳能割草机器人把握系统的硬件构成太阳能割草机器人的把握硬件主要包括以下几个模块: 中心把握系统 CPU 与外设 ，传感器系统，电机把握系统，位置确定系统；各系统的关系如图 3.1 所示；欢迎下载精品学习资源图 3.1 把握
17、系统关系图3.1 太阳能割草机的主把握器的介绍系 统 主 控 制器 接受 三 星公 司 生产 的 32位 RISC 处理器S3C2410331o S3C2410 为一款性价比特殊高的CPU，它的内核基于ARM920，T 带有 MMU Memory Management Unit 功能，其主频达到203MHz， 同 时 它 仍 采 用 了AMBAAdvanced Microcontroller BusArchitecture的 新 型 总 线 结 构 ， 实 现 了 MMU, AMBABUS, Harvard 的高速缓冲体系结构，同时支持Thumb 16 位压缩指令集， 从而可以中意以较小储备空
18、间储备指令的需求，获得32 位的系统性能；芯片不但价格适中，而且供应了丰富的片上资源；S3C2410X在包含 ARM920T核的同时，增加了丰富的外围资源，如图下图所示；S3C2410X主要片内外围模块包括 :.1 个 LCD把握器，支持 STN和 TFT液晶显示屏；. 外部储备器治理 SDRAM把握器和芯片选择规律 ；.3 个通道的 DART；.4 个通道的 DMA，支持储备器和 I/O口之间的传输，以碎发模欢迎下载精品学习资源式提高传输率；.4 个具有 PWM功能的 16 位定时/ 计数器和 1 个 16 位内部定时器，支持外部时钟源；.8 通道的 10 位 ADC，最高速率可达 500k
19、B/s, 10位辨论率；. 触摸屏接口；. IIS总线接口；.2 个 USB主机接口， 1 个 USB设备接口；.2 个 SPI 接口；.SD 卡接口和 MMC卡接口；.16 位看门狗定时器；.117 位通用 I/0口和 24 位外部中断源；.8 通道 10 位 AD把握器；. 电源治理；3.2 CPU 核心电路的设计CPU电路是整个系统硬件的基础和把握核心，由于S3C2410 本身对 RAM要求很大，但是 S3C2410只有 16K cache ，这仍远远不够系统的运行，因此必需扩展SDRAM作为数据暂存空间； S3C2410 本身没有 FLASH，因此仍必需外接 FLASH用于启动代码的储
20、备，程序数据的储备；核心电路主要由CPU, SDRAM, Flash、电源电路、外部晶振、 LCD和复位电路等部分组成，如图 3.2 所示欢迎下载精品学习资源电源SDRAM复位FLASHUSBLCDS3C2410串行接口键盘其它外设图 3.2 核心电路连接图3.3 传感器的系统模块设计 -CMPS03 电子罗盘的应用电子罗盘是机器人导航必需的方位传感器；在本系统中接受CMPS03电子罗盘；这种电子罗盘模块是特地为机器人而制造，目的为了给机器人供应合适的方向导航信号；电子罗盘可以便利的通过IZC 总线或串行口连接到把握器上；输出信号为一数值，其用来指示当前传感器和地球磁场之间的偏角；如图5.20
21、 所示为 CMPS03电子罗盘的实物照片；电子罗盘需要在5V 电压 15mA的标准电流下工作，辨论率为 0.10 ；可以通过两种方法猎取模块的测量结果: 一种是通过对引脚 4 的 PWM脉冲的正脉冲宽度的测量来判定角度的大小；在这种模式下， PWM脉冲的正脉冲宽度代表角度的大小；正脉冲宽度在 lms 0 和 36. 99ms 359.9 之间变化，也就是说，欢迎下载精品学习资源每 0.lms代表 1 度，并有 lms 的补偿 在 lms 时角度为零 ；在 PWM模式下，引脚 2,3 必需通过电阻接 +5V 电压；另一种是通过 2,3引脚的 I 2 C接口直接猎取角度读数；图 3.3 CMPS0
22、3 实物图第四章 太阳能割草机器人的软件设计4.1 嵌入式数据库的应用数据采集与数据的储备分析在本系统中具有很重要的位置，它关系到机器人的实时性与高效性；太阳能割草机器人在开头需要建立电子边界地图，本系统中地图的边界是以连续点的形式标注，因此需要使机器人能以更优化的方式治理数据；在运动过程中，割草机仍需要快速的判定出是否到达边界；在本系统中，为实现全区覆欢迎下载精品学习资源启动雷达测速确定位置运动方程拟合与数据库中那个走过的位置和边界比较是是否否前进并存入数据库调整方向并前进盖的遗漏率较低，接受的是坐标比较法，在行走过程中把握器不断记录走过的坐标并储备，在行走的过程中不断地提取走过的位置数据与
23、此刻的位置比较，以判定是否已经走过；但是这样会牵扯到大量数据的处理，传统的数据采集处理系统大多通过文件系统进行数据储备，依据地址提取，文件储备的不足表现为储备效率低，安全性能差和并发性能不佳；因此，为解决以上问题，本系统引入数据库系统；图 4.1割草运动系统图4.1.1 嵌入式系统 SQLite 简介本系统使用嵌入式数据库 SQLite 取代文件系统进行数据储备和治理； SQLite是 2000 年开发出来的一种中小型嵌入式数据库，可以较为便利地运用于嵌入式系统中；它的源代码完全开放，可以免欢迎下载精品学习资源费用于任何用途，包括商业目的； SQLite 供应了对 SQL92的大多数支持，支持
24、多表和索引、事务、视图、触发和一系列的用户接口及驱动；嵌入式数据库有占用储备空间小、牢靠性高、可治理性和安全性好，功能齐全，健壮性与可裁减性，互操作性和可移植性好等优点；系统无论在采集效率上仍是系统稳固性上都比传统系统有了很大的提升；它的特点如下：. 支持 ACID事务；. 支持大部分的 SQL命令. 零配置一一一无需安装和治理配置；. 储存在单一磁盘文件中的一个完整的数据库；. 数据库文件可以在不同字节次序的机器间自由共享；. 储备量大，支持数据库大小至 2 TB. 体积小，全部源码大致3 万行 C 代码， 250 KB，代码完全开放，可以免费用于任何用途，包括商业目的；欢迎下载精品学习资源
25、应用程序SQL 标准接口数据库软件及驱动 APII数据库硬件专用驱动芯片数据库实际储备器图 4.2嵌入式数据库驱动结构图4.2 关键部分编程的实现4.2.1 主程序的设计上一章已经对割草机的把握硬件设计做了详细的介绍，本系统 把握硬件的工作原理是 : 定位系统的距离信号经过单片机的简洁处理得出简洁的坐标信号，传给CPU-ARM芯片， CPU与数据库内的记录数据比较，并将割草机器人此刻坐标存入储备器；超声波避障传感器将障碍物的距离接收到，进过单片机的简洁处理得出障碍物距离，与答应距离比较，判定如何走，将行走数据信号传给CPU, CPU综合各种外部信息，决策如何行走，并将障碍物的信息储备在FLAS
26、H中；本系统的详细流程如下图4.3 ；欢迎下载精品学习资源启动程序初始化接收位置传感器信息接受障碍物信息判定位置坐标情形对障碍物信息处理对信息进行融合得出行走方案依据决策指导电机的行走图 4.3 割草机器人的总体框架在本系统中，每一部分都有一个单片机作为分处理器，中心处理器可以得到单片机传出的经过简洁处理的数据；这样可以大大削减中心处理器的处理量，而且便于中心处理器的治理；由于单片机的价格比较低廉，因此不会过多的增加本系统的成本；4.2.2 超声波避障程序的设计在本系统中，设计了五个超声波测距模块，每个测距模块都有一个 AT89C51单片机对其进行把握运算，单片机与 CPU用 CAN总线相连；
27、五个测距模块均匀的分布在割草机的前部，五个超声波模块分不同的时间段发射超声波，即 : 测距模块 1 第一发射超声波，延时一段时间 tY ，超声波接收器启动，接收一段时间 t 、后停止接受；再延时，后，启动超声波测距模块 2，如此运行；当遇到障碍物欢迎下载精品学习资源时，可以依据每个模块两个超声波接受传感器接到返回超声波信号 的时间确定其大体的位置；每个超声波测距模块的流程如下图4.4:图 4.4 超声波传感器的流程传感器每次发射超声波后，为了防止余波干扰，延时ty 后再打开接超声波收传感器接受返回信号，这样会显现测距盲区，盲区距离为 lm=vty/2 ；一般而言超声波发射时间越长，测得障碍物成
28、效越好；但发射时间增长，会增加盲区的距离；本系统设定发射时间为0.5ms，即将 t ，定为 0.5ms，就 n ，大约为 1 Ocm；在割草过程中，一般为了防止割草机由于碰撞产生的损坏，割草机没有必要测到这样短距离之内障碍物，在割草机到障碍物仍有一段距离时，割草机器人已经做出了动作；欢迎下载精品学习资源第五章 总结与展望5.1 总结本文对太阳能割草机器人的总体结构进行了比较全面的争辩， 着重争辩了太阳能割草机器人的总体结构，能源支配，电机把握系统，测距系统，超声波避障系统；在软件部分介绍了 Linux 操作系统，将嵌入式数据库引入割草机器人构建了 Linux-SQLite 系统，以及给出了太阳
29、能割草机的主要部件的编程算法；依据本文所做的工作，本系统的主要成果大致可以归纳为以下几个方面 :(1) 本系统对太阳能割草机所在割草区域内运动定位和避障的方法进行了争辩；运动过程中机器人的精确定位是导航与路径规划的必要条件，本文提出了一种基于基站为定位基准原点对割草区域坐标化的方法，增加定位的精确性，防止了在运动过程中误差的积累；(2) 分析了太阳能割草机的能量构成，以及能量的支配格式；本文依据能量的供应方式提出了合理治理方式，即引入了Agent 治理方法综合分析能量的供应环境，决策接受何种方案对割草机进行供电，并对能量治理的进行了电路的设计；(3) 本文对电机的把握进行了优化设计，设计了一个
30、基于粒子群优化算法的模糊把握器，提高了模糊把握各参数的自我调剂才能， 提高模糊把握器把握电机的自适应性；避障系统是每个机器人必不欢迎下载精品学习资源可少的关键部分，本文设计了一个超声波避障系统，其不但能精确运算出障碍物的位置， 而且削减了机器人 成本； 本 文仍接受COMPS03作为位置传感器为机器人供应了行走方向；本文仍依据定位理念设计了基站发射部分以及割草机相对位置距离测量部分，并给出了详细电路图；(4) 本文将嵌入式数据库 SQLite引入割草机器人，使其充当割草机器人的数据治理者的角色，提高了嵌入式的实时性与牢靠性， 使割草机的数据处理才能大大提高；本文仍对割草机的避障系统， 基站系统
31、，电机把握系统的算法进行了争辩，并给出了各部分工作的流程；5.2 展望太阳能割草机器人是一个具有智能性、自主性的系统，需要多个学科门类共同协作才能完成；本文对太阳能割草机的基本框架、把握结构以及把握电路做了深化的争辩，为今后太阳能割草机器人的进展奠定了基础，但是本人的时间有限，争辩难以更加深化，因此在本系统的基础上仍有以下几个方面需要进行广泛的争辩:(1) 进一步争辩割草机的决策系统，使割草机具有学习才能；本系统使用对象为工作环境比较简洁的家庭草坪及公共绿地，因此本系统不适合复杂环境，如何使系统具有学习才能将为我们将来争辩的一个对象；（ 2）对太阳能电池板功能把握方法进一步争辩；太阳能电池为欢
32、迎下载精品学习资源不稳固的电源，对太阳能电池的把握策略是太阳能有效利用的一个重点；如何对太阳能电池板把握，使其能量更稳固向负载供应，将是我们争辩利用太阳能的一个重点；(3) 优化主控器与下位把握器连接方法，使割草机各个模块能独立工作又能相互联系；本系统上位机与下位机之间通过简洁的数据线相连，使把握器与下位机的通讯效率低下，将来使用总线通讯结构会使割草机系统运行通讯速度及扩展才能大大增加；(4) 在本系统的硬件平台上连续扩展其它模块；本系统使用S3C2410 作为把握器，其供应了丰富的接口，使其它功能模块的扩展变得简洁易行；例如 : 图像识别模块、无线网络、防盗报警等，这些模块可以用总线结构与S3C2410 相连接，从而使太阳能割草机器人智能化程度更高；2021 学年其次学期争辩生课程考核（读书报告、争辩报告）考核科目： 机器人把握技术同学所在院（系）：电信学院同学所在学科：把握理论与把握工程姓名： 王龙飞学号： 100401819同学类别：硕士争辩生题目：基于 ARM太阳能割草机器人把握系统的争辩欢迎下载