遥控公园除草机的设计

遥控公园除草机的设计

朱承健 陈智 苏善烨

河池学院物理与机电工程学院 广西河池 546300

摘要：随着我国经济的高速发展，各领域的技术都在更新换代；如除草机领域的技术发展也在不断更新。但是对于我国的除草机的技术上还是不成熟，目前大多数的除草方式，还是人力密集型的工作方式，相对于国外发达国家的除草方式我们还处于不成熟阶段；所以，基于减轻工人的工作疲劳度，提高这个工作效率这一问题；因此我们的机器外部结构主要有履带式轮子、三齿刀片、上盖、底板等；机器内部结构主要由基于51单片机芯片的控制主板、无线遥控器主板、GSP模块、WIFI模块等；还有直流电机、数字显示屏等配件组成。工作人员通过控制无线遥控器间接来操控机器的两个轮子驱动电机和一个刀片驱动电机进行多点作业。这一设计理念，主要利用了现在高科技的技术基础上设计；这一作品符合了高效、环保、经济型、易操作、符合大众型等设计理念。

关键词：模型设计；AT89C51单片机；模块应用。

1. 引言

目前 ,我国除草机领域的技术还是处于比较落后的现状，现在普遍存在的除草机还是手持式的汽油除草机或者是纯手工的剪切，但是这些的机器结构设计与控制设计还存在很多的不足；如汽油除草机存在噪音很大，笨重不易长时间携带 ，燃烧汽油不完全造成环境污染，而在我国主要使用的除草方法是人工锄抚和刀抚, 其特点是劳动强度大、 耗时费力、 效率低 、 效果欠佳。所以我们国家的除草技术或者方式很多地方还处于不成熟阶段。所以，对于我们国家除草机的现状，我们应该有危机感，需要不断创新，需要研发属于自己的核心技术，这样不管对于行业的发展，还是国家层面的核心技术发展都是一个很好的进步体现。所以我们毫无疑问需要革新技术并且改变现状[1]。

2. 工作原理的分析

该项目主要基于AT89C51单片机构思的一款智能式遥控公园除草机，主要由各种传感器模块、控制系统、机械结构系统、执行系统和数字显示系统组成；首先是通过各项传感器传送回来的数据，检测机器是否完好，如有出错，将会通过语音传感器进行报警提示维修人员对机器进行修复出错；如机器完好无损，则工作人员将会通过智能遥控器来对机器进行间接性的操控，首先是利用了GPS模块，通过定位得到的定位具体数据，然后传动到主控系统进行运算，然后得到了一个机器作业的区域；在作业中，主要依靠履带轮带动机器的移动，通过四个直流电机的转动来驱动履带的转动，使得与机器的作业过程中有着完好的协调作用；在机器的中心部安装了一个高速电机，主要为了带动三齿刀片的高速转动，对公园草地坪的草进行切割，通过遥控器的操作可以对各个电机的转速进行调整，如果草地坪上的草非常茂盛，则可以对驱动刀片转动的电机进行调整更高的速度，对切割有更高的效率，然后可以对驱动机器移动的四个电机进行一定减速，对切割的效果达到更好；如果草地坪上的草并不茂盛，则可以对相应的各个电机进行调速。

3 结构及控制部分设计

3.1 结构设计

1）履带轮的选择

据调查得知，在草地坪上行走会容易打滑，因此，选用了履带轮，履带采用了软塑胶，内部由齿轮以及四个轮子构成；采用履带式轮子主要是为了机器在草坪上有更好的移动，比如在比较多积水的区域也可以自如的行走；

2）切割刀的选择

通过调查可知，公园上草的茎叶比较细小，而且还比较密集茂盛；因此选用了三齿刀片，考虑到刀片的高速旋转过程中容易磨损，或者会碰到了石头，造成刀片断裂的情况，因此所采用的三齿刀片是有高锰钢来制造，具有非常好的韧性、强度、耐磨性。采用三齿刀片，据观察公园的草比较茂盛，如果刀片过多就导致转动的刀片卡住，会导致烧坏电机；过少则效率将会降低，因此三齿的刀片的效率更好[2]。

3）机器的机盖材料选择

机器所采用的了有PC/ABS合金材料，此材料具有很好的耐退化性、耐高温以及质量非常的轻；考虑到由于机器在长时间的作业会温度升高，并且长期在太阳照射以及雨水的腐蚀，很容易会造成材料的损坏，因此我们所采用的这种材料。

4）电机选择

机器采用了四轮驱动，因此选用了四个12V的减速直流电机，采用了685碳刷长寿命马达全金属齿轮，有着更大的扭矩，对于一些比较困难移动的区域履带轮转动性能更好，电机可以正反转、以及可以进行PWM调速；而驱动刀片高速转动的电机采用了1000r/min。

3.2 控制部分设计

1）电路驱动及电源设计

在电机驱动上现实中常用的是H桥式驱动电路，主要由四个三极管和一个电机组成；如果要让电机进行转动，那么一定需要电路图中对角线上的两个三极管同时导通，并且要使电机进行正反转，那么只需要对三极管的控制导通就可以了，比如，如果Q1与Q4这两个三极管同时都导通，那么电流由Q1流向Q4，电机则进行正转；如果Q2与Q3这两个三极管同时导通，那么电流则由Q3流向Q2，则电机进行反转；由于直接供电电源是了24V的直流电源；因此机器的主板是基于AT89C51单片机的供电电源为5V，因此需要一个24V转5V的电源[3]。

2）PWM技术控制

对于电机的控制应用最多的就是PWM（脉冲宽度调制）技术；其主要功能特点有：效率高、频率高、可靠性高和功率密度高；主要是对电机的转速以及转矩进行一定的调制；主要内容有频率、脉宽、占空比、周期等知识点，

4 结论

在这一次的项目设计制造过程中，首先是机器的各项性能已达到了预期的目标，如各个传感器的数据可以很清楚的显示到显示器，而且经过测试，遥控器控制的各个电机的转速以及方向等性能已经达到了预期的目标，并且在测试过程中进行了各项传感器超标处理，而语音报警器也进行了相应的报警，达到了预期的性能指标；其次在此过程中让我学到了很多知识，如果机构的设计以及控制系统的设计得到了很大提升；但是我们的项目还是存在一些问题，但是我们将会对我们的项目进行下一步的改善。时代在不断地前进，而我们技术的更新换代是时代前进的一个缩影。

本项目由2019年国家级大学生创新创业项目支持（NO. 201910605019）

5参考文献

[1]楼然苗等,51 系列单片机设计实例 北京航空航天出版社,2003.3.

[2]刘瑞新等,单片机原理及应用教程 机械工业出版社,2003.7.

[3]马忠梅等,单片机的C语言应用程序设计，2003修订版.

[4]吴栋念等, 步进电机调速和测速系统设计[J].电子设计工程,2010.