張澤學(xué)

摘要：本文基于嵌入式開發(fā)系統(tǒng)，結(jié)合了WIFI無(wú)線通信技術(shù)、手機(jī)APP操作系統(tǒng)、仿生技術(shù)、傳感器技術(shù)建立的一套仿生澆花機(jī)器人系統(tǒng)。

Abstract： This thesis is based on embedded development system. A set of bionic watering robot system is established by combining WiFi wireless communication technology， mobile phone app operating system， bionic technology and sensor technology.

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng);仿生技術(shù);澆花機(jī)器人

0? 引言

隨著人們生活水平的日益提高，人們對(duì)家居環(huán)境和空氣質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。人們往往會(huì)通過(guò)養(yǎng)植一些綠色植物來(lái)改善家居環(huán)境和空氣質(zhì)量，還可以達(dá)到緩解工作壓力、放松心情的目的。與此同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能手機(jī)的快速發(fā)展，用戶可以通過(guò)手機(jī)APP對(duì)設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程預(yù)警監(jiān)控?；谑謾C(jī)APP的監(jiān)控系統(tǒng)能為設(shè)備的制造方和使用方都帶來(lái)極高的經(jīng)濟(jì)利益。設(shè)備使用方能隨時(shí)遠(yuǎn)程掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，這樣即可提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，避免因設(shè)備故障帶來(lái)不必要的損失。本文設(shè)計(jì)開發(fā)了一款基于嵌入式技術(shù)，且融合仿生技術(shù)、手機(jī)APP軟件無(wú)線監(jiān)控技術(shù)、WIFI通信技術(shù)的智能澆花機(jī)器人。

1? 功能描述及系統(tǒng)組成

該機(jī)器人是通過(guò)兩支柔性彎曲傳感器模擬爬蟲的左右觸須，在其行進(jìn)過(guò)程中，如果探測(cè)到植物位置，立即停車澆水，澆水量選擇是由彎曲傳感器的形變程度大小決定的，這樣即可達(dá)到節(jié)能減排目的。此外，用戶還可以利用WIFI網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合手機(jī)端APP對(duì)機(jī)器人進(jìn)行短距離遙控澆花，也可以對(duì)機(jī)器人進(jìn)行預(yù)約定時(shí)澆花。機(jī)器人自身具有蓄水箱液位檢測(cè)、直流電機(jī)自適應(yīng)調(diào)速、電池電量檢測(cè)及紅外循跡等功能，這些功能都可以為機(jī)器人正常工作，提供安全保障。

①硬件設(shè)計(jì)：完成基于嵌入式開發(fā)系統(tǒng)的仿生澆花機(jī)器人的開發(fā)、設(shè)計(jì)與制作，包括電源模塊、內(nèi)部AD轉(zhuǎn)化對(duì)電源模塊的電壓檢測(cè)部分、彎曲度傳感器及液位傳感器的測(cè)量部分、電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分、紅外傳感器循跡部分、機(jī)器人的麥克納姆輪執(zhí)行運(yùn)動(dòng)部分、WIFI無(wú)線通信部分。本設(shè)計(jì)通過(guò)嵌入式開發(fā)系統(tǒng)對(duì)各類傳感器采集到的信息進(jìn)行初步處理，并對(duì)整個(gè)硬件系統(tǒng)進(jìn)行智能控制。硬件設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人按照設(shè)定路線循跡，通過(guò)多種傳感器組合實(shí)時(shí)采集植物的各項(xiàng)參數(shù)，并將經(jīng)過(guò)嵌入式系統(tǒng)處理后的信息通過(guò)WIFI無(wú)線通信傳遞給手機(jī)APP端。

②軟件設(shè)計(jì)：系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是通過(guò)WIFI無(wú)線通信技術(shù)，將處理的數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶手機(jī)APP端上，從而使用戶了解機(jī)器人的各項(xiàng)參數(shù)，可以在手機(jī)APP端上對(duì)機(jī)器人發(fā)送相關(guān)的指令，進(jìn)而控制機(jī)器人進(jìn)行相應(yīng)的澆花操作。在軟件設(shè)計(jì)中，最重要的就是在安卓系統(tǒng)建立一個(gè)與仿生澆花機(jī)器人配套的手機(jī)APP系統(tǒng)。

2? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容

本文主要分為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、傳感器測(cè)量系統(tǒng)、WIFI網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)和軟件APP軟件系統(tǒng)四個(gè)部分。系統(tǒng)總框圖如圖1所示。

2.1 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)

電源模塊為整個(gè)系統(tǒng)提供電能，利用光電測(cè)速碼盤對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，采用麥克納姆輪的相應(yīng)算法，通過(guò)PWM技術(shù)控制四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的全方位運(yùn)動(dòng)的效果。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)框圖如圖2所示。

2.2 傳感器測(cè)量系統(tǒng)

利用紅外循跡模塊，規(guī)劃?rùn)C(jī)器人的澆花運(yùn)動(dòng)路線，并使機(jī)器人按照此路線進(jìn)行澆花操作。利用彎曲度傳感器模仿爬蟲的左右觸須，從而探測(cè)到植物位置，實(shí)現(xiàn)避障功能;通過(guò)彎曲度傳感器的彎曲形變程度，判斷出植物茂密程度，并按照疏密程度計(jì)算水量，從而立即停車澆水。利用蓄水箱的液位傳感器，對(duì)蓄水箱中的水位進(jìn)行判斷，當(dāng)水位不足時(shí)，及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息通過(guò)WIFI發(fā)送給用戶手機(jī)APP端，提醒用戶及時(shí)蓄水。利用內(nèi)部AD轉(zhuǎn)化對(duì)機(jī)器人的電源模塊進(jìn)行電壓檢測(cè)，當(dāng)電壓不足時(shí)，將警報(bào)信息也通過(guò)WIFI發(fā)送給用戶手機(jī)APP端，提醒用戶及時(shí)蓄電。

2.3 WIFI網(wǎng)絡(luò)無(wú)線通信系統(tǒng)

利用WIFI網(wǎng)絡(luò)無(wú)線通信，結(jié)合手機(jī)APP系統(tǒng)，將機(jī)器人測(cè)量出的植物所處環(huán)境的實(shí)時(shí)參數(shù)，短距離傳輸給用戶，用戶即可通過(guò)手機(jī)APP系統(tǒng)遙控機(jī)器人進(jìn)行澆花。利用JAVA開發(fā)語(yǔ)言在Android Studio軟件上開發(fā)一個(gè)與系統(tǒng)匹配的手機(jī)端APP操作系統(tǒng)。手機(jī)APP系統(tǒng)如圖4所示。

3? 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)一款基于嵌入式系統(tǒng)并且融合了功能仿生技術(shù)、手機(jī)APP無(wú)線監(jiān)控控制技術(shù)、WIFI無(wú)線通信技術(shù)的仿生澆花機(jī)器人，其通過(guò)仿生爬行類的路徑規(guī)劃、觸角進(jìn)行循跡和避障，通過(guò)手機(jī)APP的監(jiān)控控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)線監(jiān)控和控制自動(dòng)化澆花的功能，并通過(guò)WIFI實(shí)現(xiàn)軟硬件之間的無(wú)線通信。使用者可以通過(guò)手機(jī)APP系統(tǒng)獲取盆栽的實(shí)時(shí)狀態(tài)，從而控制澆花機(jī)器人的澆花的時(shí)間和澆花的水量。由此可見(jiàn)，仿生澆花機(jī)器人包含了功能仿生、自動(dòng)控制、人工智能、機(jī)械工程、信息融合和傳感器技術(shù)，是自主性、適應(yīng)性和交互性綜合為一體的一項(xiàng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其具有可控化程度大、自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)成本低、操作簡(jiǎn)易快捷等優(yōu)點(diǎn)。從而可以幫助使用者準(zhǔn)確高效的完成照顧盆栽和澆花的任務(wù)，提高人們的生活舒適度和幸福感。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔慶權(quán)，寧晶.多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)化智能盆栽澆花機(jī)器人的研究[J].電子測(cè)量技術(shù)，2019，01.

[2]張鵬，張櫻凡.基于LPC1768的智能澆花機(jī)器人設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2015，03.

[3]黃勇華.一種視覺(jué)室內(nèi)澆花機(jī)器人的設(shè)計(jì)[J].南方農(nóng)機(jī)，2019，11.