徐状 翟娟

摘  要： 剪草机器人广泛应用于城市绿化，然而传统充电式剪草机器人在充电时必须停止作业，并且机器人所消耗的电能以及带来的噪声干扰不可忽视。为此设计出一种新型的剪草机器人，以STC89C52单片机作为机器人的控制核心，采用太阳能供电，实现节能。为了减小作业时的噪声，采用多个低速直流电机驱动新型往复式旋转剪草刀头，提高剪草机器人环境友好性。该剪草机器人在作业时具有自动避障功能，可实现无人化作业。

关键词： 太阳能; 往复式旋转剪草刀头; 环境友好性; 自动避障

中图分类号：TP391          文献标志码：A     文章编号：1006-8228（2019）04-36-04

Abstract： The mowing robot is widely used in urban greening. However， the traditional rechargeable mowing robot must stop working when charging， and the power consumed by the robot and the noise disturbance cannot be ignored. A new type of mowing robot is designed，which the STC89C52 microcontroller is used as the control core of the robot， and the solar energy is used to supply power to realize energy saving. In order to reduce the noise during the operation， several low-speed DC motors are used to drive a new type reciprocated rotating blade to improve the environmental friendliness of the mowing robot. The mowing robot has the function of automatic obstacle avoidance when operating， and can realize the intelligent unmanned operation.

Key words： solar energy; reciprocated rotating blade; environmental friendliness; automatic obstacle avoidance

0 引言

伴隨社会的不断进步和经济的快速发展，人们对生活质量，特别是居住环境的要求越来越高，因此城市的绿化问题变得非常重要。草坪建设是城市绿化最基础也是最重要的环节，如城市园林绿化、足球场、高尔夫球场等均离不开高质量的草坪建设。作为草坪建设与维护的关键设备，剪草机在实际中的应用越来越广泛，但目前广泛使用的剪草机普遍存在如下问题：①以燃油作为动力源，该方案不仅会给环境带来一定危害，同时与如今提倡的最大限度地使用可再生能源的趋势背道而驰;②以市电作为动力源，该方案充电过程中必须中断作业，一定程度上限制了剪草机的工作效率;③传统驱动方案和剪草刀头的噪音大，环境友好性较差;④剪草过程中需专门的操作人员，经济性较差。针对目前剪草机方案普遍存在的上述缺点，本文设计了一种新型太阳能静音智能剪草机器人，以STC89C52单片机作为机器人的控制核心，可再生能源太阳能[1]作为动力源，并且采用多个低速直流电机驱动新型往复式旋转刀头的方案，此外，机器人采用HC-SR04超声波传感法和红外线探测法结合微控制器实现了剪草机器人的自动避障[2-3]，可实现无人作业，最后搭建了实验样机，结果表明该方案可显著提高剪草机器人的环境友好性和经济性。

1 总体设计原理

该系统（如图1）主要利用太阳能电池板采集能量，经蓄电池保护电路后对蓄电池充电，稳压滤波后对机器人供电，STC89C52芯片负责传感器的状态，并发出指令控制电机驱动模块。随后驱动轮电机、刀头电机启动开始巡线前进，开始剪草工作。其中智能规避模块使用HR-SR04超声波传感法进行测距和红外探测法进行物质识别相结合的方式来实现，该模块在单片机的控制指令下，对前方的路况进行检查，并将检测信息反馈给STC89C52单片机，经单片机处理分析后，反馈正确的控制指令，通过控制前转向轮，后驱动轮调整机器人的运行的方向，达到剪草机器人避障循迹的目的。剪草完毕后，蜂鸣器指示灯报警，机器人回收。

2 系统的硬件设计

太阳能静音智能剪草机器人以STC89C52单片机为控制核心，主要电路包括主控模块、电机驱动模块、智能规避模块、电源模块等。

2.1 主控模块

采用STC89C52单片机[5-7]为整个系统的主控单元，来实现对机器人的控制，使机器人能够智能运行。

STC89C52芯片以经典的MCS-51为核心，但在芯片的功能上做了较多的改进。在单芯片上，拥有8 位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供灵活、有效的解决方案。STC89C52主要功能、性能参数：

⑴ 8051单片机增强型，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容经典8051。

⑵ 工作电压为5 5V～3 3V/3 8V～2 0V。

⑶ 工作频率范围为0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz。