CN100498602C - 一种机器人电子篱笆控制系统 - Google Patents

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本发明公开了一种机器人电子篱笆控制系统，其用于为工作在不特定范围下的机器人圈定工作区域。该系统包括处理器控制电路，以及与处理器控制电路相连的电源电路、电池充电管理电路、虚拟线发射电路和无线电发射模块，其中处理器控制电路包括微处理器，微处理器通过各功能端脚与其他电路互连；虚拟线发射电路包括放大电路、导线和整流分压电路，放大电路接微处理器的脚11，整流分压电路接微处理器的脚14；电池充电管理电路接微处理器的脚19；无线电发射模块接微处理器的脚15。本发明具有用单片机和电磁场技术实现自动导航、避障、检测和操作的优点。

Description

一种机器人电子篱笆控制系统
技术领域
本发明涉及一种机器人电子篱笆控制系统，其用于为工作在不特定范围下的机器人圈定工作区域。
背景技术
目前，在家庭、公共空间等场所进行工作的机器人，实现其在指定范围内工作的主要技术手段是通过红外线、超声波、或碰撞开关(如微动开关、霍尔开关)来实现的。红外线在强烈的太阳光照射下效果会变得很差，反映距离几乎没有；超声波是发送一段断续的声波，在发送一段声波信号后会停顿一段时间等待接受超声波信号，由于存在响应时间和测试距离的问题，有最远距离和最近距离的限制，超出这个距离范围就是超声波的盲区；碰撞开关是安装在机器前方的开关，考虑到成本和美观问题，一般都是平均地装几个碰撞开关在机器前方，并不会在前方每个位置都装有碰撞开关。这些方式在户外或地形变化不特定的情况下，都无法很好地实现定点工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用单片机和电磁场技术实现自动导航、避障、检测和操作的机器人电子篱笆控制系统。
本发明所采用的技术方案是：该控制系统包括处理器控制电路，以及与处理器控制电路相连的电源电路、电池充电管理电路、虚拟线发射电路和无线电发射模块，其中处理器控制电路包括微处理器，微处理器通过各功能端脚与其他电路互连；虚拟线发射电路包括放大电路、导线和整流分压电路，放大电路接微处理器的脚11，其接收由微处理器产生的脉冲控制信号，并增加脉冲控制信号的驱动电流，再产生双极性脉冲信号至导线以驱动虚拟线产生电磁场虚拟墙，整流分压电路接微处理器的脚14，其采集电压信号来判断虚拟线的工作状态并通过处理控制指示灯给出指示信号；电池充电管理电路接微处理器的脚19，用于控制充电状态；无线电发射模块接微处理器的脚15，用于实现系统的无线遥控功能。
本发明在虚拟线发射电路中，通过限流电阻R31控制一对场效应管来增加脉冲信号的驱动电流，再经过隔直电容C9和变压线圈T1产生双极性脉冲信号至导线。
本发明在处理器控制电路中，微处理器的脚4和脚5接有由晶振Y1、电容C21、电容C22组成的震荡电路；微处理器的脚1接有由电阻R30、电容C20、电容C26组成的复位电路；微处理器的脚2、脚3接程序下载端口P2；微处理器的脚6、脚7、脚8、脚9接扩展其他功能的预留端口JP2。
本发明所述微处理器的脚12、脚13、脚14为AD端口，脚12用来采集电池充电状态的数据，脚13用来采集电池充电电压的数据，脚14用来采集虚拟线的数据。
本发明所述的整流分压电路由肖特基二极管D1、电阻R28、电阻R19、电阻R29、电容C10组成。
本发明所述电池充电管理电路包括由电阻R13、电阻R15、电容C19组成的充电电压分压电路，充电电压分压电路接微处理器的脚13。
本发明所述的电池充电管理电路通过MOS管Q4来控制充电状态；电池充电管理电路中的上拉电阻R14、下拉电阻R16，用来保证驱动电流有稳定的电压来控制MOS管Q4；电池充电管理电路中端口P5的插件脚2接微处理器的脚12。
本发明所述的电池充电管理电路中，微处理器的脚16、脚17、脚18接指示灯端口JP1，以反映工作状态下电池的充电状态。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：该控制系统与霍尔传感器配合使用，工作时由微处理器处理后产生的脉冲控制信号，放大后加载到连出的匹配导线上，导线不停地发射电磁信号，形成一个封闭的电磁场，当霍尔传感器感应到磁场时，检测得到的信号通过线路板上的硬件电路处理后输入到处理器控制电路，对机器人的动作进行控制。具有功率自动调整，短线自动检测和为机器人补充电量的功能，结构简单、成本低、可靠性好、抗干扰能力强，可在任意地形为机器人指定工作范围。
附图说明
图1是本发明的系统结构图。
图2是本发明的原理总图。
图3是图2中电源开关电路的原理图。
图4是图2中处理器控制电路和虚拟线发射电的原理图。
图5是图2中电池充电管理电路的原理图。
具体实施方式
参见图1和图2，本实施例包括处理器控制电路1、电源电路2、虚拟线发射电路3、电池充电管理电路4和无线电发射模块5，其中处理器控制电路1包括型号为5410AD的STC微处理器(以下简称U4)，虚拟线发射电路3包括放大电路31、导线32和整流分压电路33。
参见图3，电源电路2中，由外接直流电源接端口P6，经限流电阻R1、滤波电容C2后，输入开关稳压集成芯片U3的脚1。集成芯片U3的控制脚5和接地脚3接地使U3处于工作状态。集成芯片U3的电压输出脚2经过整流电感L2、滤波电容C3和C4后提供5V稳压电源。集成芯片U3的电压输出脚2经反向二极管D6后接地组成稳压保护电路，稳压后的输出电压接集成芯片U3的反馈输入脚4实现电路自动反馈调节、稳定电压。
参见图4，在处理器控制电路1中，微处理器U4的脚4和脚5接有由晶振Y1、电容C21、电容C22组成的震荡电路，用于提供微处理器U4工作时钟；微处理器U4的脚1接有由电阻R30、电容C20、电容C26组成的复位电路；微处理器U4的脚2、脚3接程序下载端口P2，以方便微处理器U4在线下载程序；微处理器U4的脚6、脚7、脚8、脚9接预留端口JP2，以方便扩展其他功能。微处理器的U4脚12、脚13、脚14为AD端口，脚12用来采集电池充电状态的数据，脚13用来采集电池充电电压的数据，脚14用来采集虚拟线的数据。
虚拟线发射电路3包括放大电路31、导线32和整流分压电路33，其中放大电路31接微处理器U4的脚11，接收由微处理器U4产生的脉冲控制信号，通过限流电阻R31控制一对场效应管来增加脉冲信号的驱动电流，再经过隔直电容C9和变压线圈T1产生双极性脉冲信号至导线32以驱动虚拟线产生电磁场虚拟墙，为机器人指定工作范围。整流分压电路33接微处理器U4的脚14，其由肖特基二极管D1、电阻R28、电阻R19、电阻R29、电容C10组成。整流分压电路33采集电压信号来判断虚拟线的工作状态并通过处理控制指示灯给出指示信号，其中R29是限流电阻，用于有效防止电流过大烧毁器件。
参见图5，电池充电管理电路4接微处理器U4的脚19，通过MOS管Q4来控制充电状态，其中的上拉电阻R14、下拉电阻R16用来保证驱动电流有稳定的电压来控制MOS管Q4；由电阻R13、电阻R15、电容C19组成的充电电压分压电路接微处理器U4的脚13，供微处理器U4监控电池的电压。端口P5的插件脚2接微处理器U4的脚12，用来监视MOS管Q4的开关状态。指示灯端口JP1接微处理器的脚16、脚17、脚18，以反映工作状态下电池的充电状态。
无线电发射模块5接微处理器U4的脚15，用于实现系统的无线遥控功能。
使用时，如该电子篱笆控制系统应用在割草机器人上，由安装在割草机器人线路板两边的霍尔传感器与机器人电子篱笆系统配合使用，霍尔传感器是感知磁场的传感器。机器人电子篱笆系统工作通过无线电发射模块5每10秒发送一次无线电信号，用于给割草机器人标识是否有机器人电子篱笆系统在工作，如没有，则机器人电子篱笆系统不工作，同时处理器控制电路1控制虚拟线发射电路3发射电磁信号，当割草机器人运行到事先布置好的机器人电子篱笆边上时，霍尔传感器感应到磁场，输出电平信号到微处理器U4，这时微处理器U4中设置的自动躲避障碍物程序启动，指示割草机器人后退后转向另一个方向运行，实现自动躲避功能。当要实现沿线割草和自动充电功能时，微处理器U4进入自动导航程序，割草机器人行走至机器人电子篱笆正上方，通过两头的霍尔传感器控制割草机器人沿着机器人电子篱笆自动行走；当割草机器人行走偏左时，右边的霍尔传感器就会检测到较左边霍尔传感器强的电磁信号，两边的霍尔传感器输出电平信号到微处理器U4，这时微处理器U4中设置的自动导航程序启动，指示割草机器人自动方向前进，实现自动导航功能。当割草机器人电池电量偏低时，割草机器人就会开启自动充电程序，指示割草机器人停止割草电机工作，再行走上线自动导航(过程如上)行走到充电座，通过安装在割草机器正前方的两个充电电极贴上充电座上的充电电极进行充电，这时电磁充电管理电路4开始工作，给割草机器人充电，其中的电池检测电路检测到电压上升，微处理器U4控制行走电机减慢行走电机的速度，使其缓慢前进，紧紧贴着充电电极，实现自动充电功能。

Claims (8)

1、一种机器人电子篱笆控制系统，其特征在于：包括处理器控制电路(1)，以及与处理器控制电路(1)相连的电源电路(2)、电池充电管理电路(4)、虚拟线发射电路(3)和无线电发射模块(5)，其中：
处理器控制电路(1)包括微处理器，微处理器通过各功能端脚与其他电路互连，微处理器为型号5410AD的STC微处理器；
虚拟线发射电路(3)包括放大电路(31)、导线(32)和整流分压电路(33)，放大电路(31)接微处理器的脚11，其接收由微处理器(1)产生的脉冲控制信号，并增加脉冲控制信号的驱动电流，再产生双极性脉冲信号至导线(32)以驱动虚拟线产生电磁场虚拟墙，整流分压电路(33)接微处理器的脚14，其采集电压信号来判断虚拟线的工作状态并通过处理控制指示灯给出指示信号；
电池充电管理电路(4)接微处理器的脚19，用于控制充电状态；
无线电发射模块(5)接微处理器的脚15，用于实现系统的无线遥控功能。
2、根据权利要求1所述的机器人电子篱笆控制系统，其特征在于：在虚拟线发射电路(3)中，通过限流电阻R31控制一对场效应管来增加脉冲信号的驱动电流，再经过隔直电容C9和变压线圈T1产生双极性脉冲信号至导线(32)。
3、根据权利要求1所述的机器人电子篱笆控制系统，其特征在于：在处理器控制电路(1)中，微处理器的脚4和脚5接有由晶振Y1、电容C21、电容C22组成的震荡电路；微处理器的脚1接有由电阻R30、电容C20、电容C26组成的复位电路；微处理器的脚2、脚3接程序下载端口P2；微处理器的脚6、脚7、脚8、脚9接扩展其他功能的预留端口JP2。
4、根据权利要求1所述的机器人电子篱笆控制系统，其特征在于：微处理器的脚12、脚13、脚14为AD端口，脚12用来采集电池充电状态的数据，脚13用来采集电池充电电压的数据，脚14用来采集虚拟线的数据。
5、根据权利要求1所述的机器人电子篱笆控制系统，其特征在于：所述的整流分压电路(33)由肖特基二极管D1、电阻R28、电阻R19、电阻R29、电容C10组成。
6、根据权利要求1或4所述的机器人电子篱笆控制系统，其特征在于：电池充电管理电路(4)包括由电阻R13、电阻R15、电容C19组成的充电电压分压电路，充电电压分压电路接微处理器的脚13。
7、根据权利要求1或4所述的机器人电子篱笆控制系统，其特征在于：所述的电池充电管理电路(4)通过MOS管Q4来控制充电状态；电池充电管理电路(4)中的上拉电阻R14、下拉电阻R16，用来保证驱动电流有稳定的电压来控制MOS管Q4；电池充电管理电路(4)中端口P5的插件脚2接微处理器的脚12。
8、根据权利要求1所述的机器人电子篱笆控制系统，其特征在于：所述的电池充电管理电路(4)中，微处理器的脚16、脚17、脚18接指示灯端口JP1，以反映工作状态下电池的充电状态。
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