CN109601349A - 基于单超声波传感器的全方位避障智能浇水机器人及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单超声波传感器的全方位避障智能浇水机器人及控制方法，包括移动小车、作物识别模块、湿度检测模块、浇水模块、控制模块、供电模块、避障模块和显示模块。控制模块控制整个软件的运行；移动小车由第一电机驱动进行前进、后退、左转、右转等运动；作物识别模块通过RFID射频器对作物唯一标识的射频标签进行识别，从而实现精准识别；湿度检测模块则是通过湿度传感器对作物的土壤湿度进行检测，从而判断其需水量；浇水模块则是对已经识别到的作物进行灌溉，并根据湿度检测值的情况自动控制水源开关从而控制浇水量；避障模块则是通过超声波传感器检测当前行进方向是否有障碍物，从而达到避障的功能。

Description

基于单超声波传感器的全方位避障智能浇水机器人及控制 方法

技术领域

本发明属于智能机器人领域，具体涉及一种基于单超声波传感器的全方位避障智能浇水机器人及控制方法。

背景技术

现有的浇水产品无法自动检测土壤的湿度值，因此无法精准判断需水量，导致许多作物严重缺水而枯萎或是水分过于充足被淹死；现有的浇水产品工作时必须依赖于人，如果某种作物被移动了位置，浇水装置不能智能地寻找该作物进行浇水活动，也无法区分作物的类型；并且现有的自动浇水产品价格昂贵，安装、布线等操作复杂，人力成本和时间成本都很高，普适性低。

为了解决因生活节奏快、工作学习繁忙、出差等无法顾及对花草浇水，照顾盆栽费时费力，人为浇水无法判断作物土壤的湿度情况导致许多作物严重缺水而枯萎或是极度富有被淹死等问题，有必要开发一种新的基于单超声波传感器的全方位避障智能浇水机器人及控制方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于单超声波传感器的全方位避障智能浇水机器人及控制方法，能实现对作物精准浇水，并能实现超声波全方位检测障碍物。

本发明所述的基于单超声波传感器的全方位避障智能浇水机器人，包括：

移动小车，包括机器人底盘，对称设置在所述机器人底盘左右两侧的第一车轮，分别与两个第一车轮对应连接的第一电机，以及对称设置在所述机器人底盘左右两侧的第二车轮，且第一车轮和第二车轮间隔设置；

作物识别模块，其包括设置在移动小车上的RFID射频器，以及设置在作物上的射频标签；

湿度检测模块，其包括舵机、连接杆和湿度传感器，所述舵机设置在移动小车上，所述湿度传感器用于检测土壤的湿度值，该湿度传感器设置在连接杆的一端上，连接杆的另一端与舵机连接；

浇水模块，其包括第二电机、同步带轮、第一连杆、第二连杆和水箱，所述第二电机设置在移动小车上，所述同步带轮与第二电机的输出轴连接，所述第二连杆的一端与同步带轮连接，第二连杆的另一端与第一连杆的一端连接，第一连杆的另一端与水箱的喷水开关连接；

控制模块，用于基于湿度检测模块所检测的土壤湿度值，并对比作物的最佳湿度，计算出当前土壤湿度值与最佳湿度的差量，根据差量来控制浇水模块的出水量，该控制模块分别与舵机、两个第一电机、第二电机、湿度传感器、RFID射频器电连接；

避障模块，其包括设置在移动小车上的第三电机，与第三电机的输出轴连接的圆柱齿轮，以及设置在圆柱齿轮上的超声波传感器；

所述超声波传感器与控制模块电连接，超声波传感器用于检测移动小车当前行进方向上是否有障碍物，所述控制模块在所述超声波传感器检测到有障碍物时控制第一电机转动，以实现避障；

供电模块，其安装在移动小车上，分别为以上各模块供电。

进一步，所述移动小车还包括设置在所述第一车轮和所述第二车轮上的履带。

进一步，还包括显示模块，该显示模块与控制模块电连接。

本发明所述的一种基于单超声波传感器的全方位避障智能浇水机器人的控制方法，采用如本发明所述的基于单超声波传感器的全方位避障智能浇水机器人，其控制方法包括以下步骤：

作物识别：移动小车在行进过程中，利用RFID射频器实时探测射频标签，若探测到射频标签，则停止行进，若未探测到射频标签，则继续行进；

检测土壤湿度：在检测到作物时，移动小车停止行进，控制模块控制舵机运动带动连接杆运动，使湿度传感器接触到作物的土壤，检测土壤的湿度值，并将湿度值返回给显示模块显示；

浇水：控制模块基于湿度检测模块所检测的土壤湿度值，对比作物的最佳湿度，计算出当前土壤湿度值与最佳湿度的差量，根据差量计算需浇水时间，控制模块控制第二电机转动，第二电机带动同步带轮、第二连杆和第一连杆运动，控制水箱的喷水开关开启，以实现对作物的浇水；

避障：移动小车在行进过程中，利用安装在移动小车上的超声波传感器实时检测移动小车当前行进方向上是否有障碍物，若有障碍物，则变换行进路线并发出警报，如果没有障碍物，则按原路行走。

本发明的有益效果：

（1）它通过RFID射频器智能地识别作物，使用湿度传感器自动检测作物的土壤湿度值，并对比作物的最佳湿度，计算当前土壤湿度值与最佳湿度的差量，根据差量来控制浇水量，实现了精准浇水；

（2）它通过电机和超声波的组合，实现了超声波全方位检测障碍物；

综上所述，本发明不仅能够根据不同区域、不同季节、不同种类的农作物本身生长特性实施精准浇水，节约了水资源，提高了水资源的利用水平，还能够节省人力成本和时间成本，提高了浇水工作的智能化水平。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的原理框图；

图3为本发明中作物识别的流程图；

图4为本发明中浇水的流程图；

图5为本发明中检测土壤湿度的流程图；

图6为本发明中避障的流程图；

图中，1、机器人底盘，2、RFID射频器，3、履带，4、第一电机，5、控制模块，6、第三电机，7、供电模块，8、水箱，9、超声波传感器，10、圆柱齿轮，11、湿度传感器，12、连接杆， 13、第一连杆，14、第二连杆，15、舵机，16、同步带轮，17、第二电机,18、显示模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示的基于单超声波传感器的全方位避障智能浇水机器人，包括移动小车、作物识别模块、湿度检测模块、浇水模块、控制模块5、供电模块7、避障模块和显示模块18。其中，控制模块5采用Me Auriga主控板控制整个软件的运行；供电模块7负责整个系统的供电；移动小车主要是由第一电机4驱动进行前进、后退、左转、右转等运动；作物识别模块主要是通过RFID射频器2对作物唯一标识的射频标签进行识别，从而实现精准识别，不是我们需要灌溉的作物而不进行作业；湿度检测模块则是通过湿度传感器11对作物的土壤湿度进行检测，从而判断其需水量；浇水模块则是对已经识别到的作物进行浇水，并根据湿度检测值的情况自动控制水源开关从而控制浇水量；避障模块则是通过超声波传感器9检测当前行进方向是否有障碍物，从而达到避障的功能。

以下对各模块进行详细的说明：

如图1所示，本实施例中，移动小车包括机器人底盘1，对称设置在所述机器人底盘1左右两侧的第一车轮，分别与两个第一车轮对应连接的第一电机4，以及对称设置在所述机器人底盘1左右两侧的第二车轮，且第一车轮和第二车轮间隔设置。所述移动小车还包括设置在所述第一车轮和所述第二车轮上的履带3。其中，第一电机4采用直流减速编码电机。

如图1所示，本实施例中，作物识别模块包括设置在移动小车上的RFID射频器2，以及设置在作物上的射频标签。移动小车在行进过程中，RFID射频器2处于持续工作状态，当RFID射频器2识别到作物唯一标识的射频标签之后，则停止运动，说明已识别到作物，作物识别功能完成；如果没有识别到作物的射频标签，移动小车则处于不断行进状态。

本实施例中，建立了数据库，数据库中的作物信息数据表以作物的射频标签码为关键字，表中存储有作物的ID号（即作物的射频标签码）、种类、位置信息、最佳湿度、栽培时间、最近三次浇水时间。

如图1所示，本实施例中，湿度检测模块包括舵机15、连接杆12和湿度传感器11，所述舵机15设置在移动小车上，所述湿度传感器11用于检测土壤的湿度值，该湿度传感器11设置在连接杆12的一端上，连接杆12的另一端与舵机15连接；其中，舵机15采用MEDS15舵机。

如图1所示，本实施例中，浇水模块包括第二电机17、同步带轮16、第一连杆13、第二连杆14和水箱8，所述第二电机17设置在移动小车上，所述同步带轮16与第二电机17的输出轴连接，所述第二连杆14的一端与同步带轮16连接，第二连杆14的另一端与第一连杆13的一端连接，第一连杆13的另一端与水箱8的喷水开关连接。其中，第二电机17采用直流电机。

如图2所示，本实施例中，控制模块5用于基于湿度检测模块所检测的土壤湿度值，并对比最佳湿度（最佳湿度存储在作物信息数据表中），计算出当前土壤湿度值与最佳湿度的差量，根据差量来控制浇水模块的出水量，该控制模块5分别与舵机15、两个第一电机4、第二电机17、湿度传感器11、RFID射频器2电连接。

如图1和图2所示，本实施例中，供电模块7安装在移动小车上，分别为以上各模块供电。

如图1和图2所示，本实施例中，避障模块包括设置在移动小车上的第三电机6，与第三电机6的输出轴连接的圆柱齿轮10，以及设置在圆柱齿轮10上的超声波传感器9。所述超声波传感器9与控制模块5电连接，超声波传感器9用于检测移动小车当前行进方向上是否有障碍物，所述控制模块5在所述超声波传感器9检测到有障碍物时控制第一电机4转动，以实现避障。其中，第三电机6采用直流电机。

如图2所示，本实施例中，显示模块18（比如：数码管）与控制模块5电连接。显示模块18主要用于显示灌溉作物的数量和当前作物的土壤湿度值。

本实施例中，一种基于单超声波传感器的全方位避障智能浇水机器人的控制方法，采用如本发明所述的基于单超声波传感器的全方位避障智能浇水机器人，其控制方法包括以下步骤：

作物识别：移动小车在行进过程中，利用RFID射频器2实时探测射频标签，若探测到射频标签，则停止行进，若未探测到射频标签，则继续行进；

检测土壤湿度：在检测到作物时，移动小车停止行进后，控制模块5控制舵机15运动带动连接杆12运动，使湿度传感器11接触到作物的土壤，检测土壤的湿度值，并将湿度值返回给显示模块18显示。

浇水：在移动小车处于停止状态时，控制模块5基于湿度检测模块所检测的土壤湿度值，对比作物的最佳湿度，计算出当前土壤湿度值与最佳湿度的差量，根据差量计算需浇水时间，控制模块5控制第二电机17转动，第二电机17带动同步带轮16、第二连杆14和第一连杆13运动，控制水箱8的喷水开关开启，以实现对作物的浇水。

避障：移动小车在行进过程中，利用安装在移动小车上的超声波传感器9实时检测移动小车当前行进方向上是否有障碍物，若有障碍物，则变换行进路线并发出警报，如果没有障碍物，则按原路行走。

如图3所示，本实施例中，作物识别的具体流程如下：

步骤1、流程开始；

步骤2、移动小车避障模式行进；

步骤3、判断是否检测到作物唯一标识的射频标签，若否，返回步骤2，若是，则进入步骤4；

步骤4、移动小车停止行进；

步骤5、流程结束。

如图4所示，本实施例中，检测土壤湿度的具体流程如下：

步骤1、流程开始；

步骤2、设置舵机15角度为180°；

步骤3、检测到需要浇水的作物；

步骤4、舵机15转动角度到35°；

步骤5、湿度传感器接触到土壤；

步骤6、等待5秒；

步骤7、舵机15回转到180°；

步骤8、在数码管上显示土壤的湿度值；

步骤9、流程结束。

如图5所示，本实施例中，浇水的具体流程如下：

步骤1、流程开始；

步骤2、移动小车停止行进；

步骤3、获取当前作物的土壤湿度值和最佳湿度；

步骤4、计算检测的土壤湿度值和最佳湿度的差量；

步骤5、根据差量计算需浇水时间；

步骤6、浇水；

步骤7、更新作物信息数据表中的最近三次浇水时间信息；

步骤8、流程结束。

如图6所示，本实施例中，避障的具体步骤为：

步骤1、流程开始，设置标记fd、标记left，标记right和标记timeL为0；

步骤2、移动小车在行进途中遇到障碍物；

步骤3、移动小车停止，并设置标记fd为1；

步骤4、超声波传感器9进行左探，检测是否有障碍物，若有障碍物，则进入步骤18，若无障碍物，则进入步骤5；

步骤5、移动小车左转；

步骤6、行进5秒，标记timeL增加5，设置标记fd为0；

步骤7、超声波传感器右探，检测是否有障碍物，若有障碍物，则进入步骤8，若无障碍物，则进入步骤9；

步骤8、设置标记right为1，并进入步骤6；

步骤9、移动小车右转；

步骤10、行进5秒，设置标记right为0；

步骤11、超声波传感器9右探，检测是否有障碍物，若有障碍物，则进入步骤12，若无障碍物，则进入步骤13；

步骤12、设置标记right为1，并返回步骤10；

步骤13、移动小车右转；

步骤14、行进timeL秒，设置标记right为0；

步骤15、超声波传感器9左探，检测是否有障碍物，若有，则进入步骤16，若否，则进入步骤17；

步骤16、设置标记left为1，发出警报，进入步骤20；

步骤17、移动小车左转，继续行进，进入步骤20；

步骤18、设置标记left为1；

步骤19、发出警报；

步骤20、流程结束。

Claims (4)

1.一种基于单超声波传感器的全方位避障智能浇水机器人，其特征在于：包括：

移动小车，包括机器人底盘（1），对称设置在所述机器人底盘（1）左右两侧的第一车轮，分别与两个第一车轮对应连接的第一电机（4），以及对称设置在所述机器人底盘（1）左右两侧的第二车轮，且第一车轮和第二车轮间隔设置；

作物识别模块，其包括设置在移动小车上的RFID射频器（2），以及设置在作物上的射频标签；

湿度检测模块，其包括舵机（15）、连接杆（12）和湿度传感器（11），所述舵机（15）设置在移动小车上，所述湿度传感器（11）用于检测土壤的湿度值，该湿度传感器（11）设置在连接杆（12）的一端上，连接杆（12）的另一端与舵机（15）连接；

浇水模块，其包括第二电机（17）、同步带轮（16）、第一连杆（13）、第二连杆（14）和水箱（8），所述第二电机（17）设置在移动小车上，所述同步带轮（16）与第二电机（17）的输出轴连接，所述第二连杆（14）的一端与同步带轮（16）连接，第二连杆（14）的另一端与第一连杆（13）的一端连接，第一连杆（13）的另一端与水箱（8）的喷水开关连接；

控制模块（5），用于基于湿度检测模块所检测的土壤湿度值，并对比作物的最佳湿度，计算出当前土壤湿度值与最佳湿度的差量，根据差量来控制浇水模块的出水量，该控制模块（5）分别与舵机（15）、两个第一电机（4）、第二电机（17）、湿度传感器（11）、RFID射频器（2）电连接；

避障模块，其包括设置在移动小车上的第三电机（6），与第三电机（6）的输出轴连接的圆柱齿轮（10），以及设置在圆柱齿轮（10）上的超声波传感器（9）；所述超声波传感器（9）与控制模块（5）电连接，超声波传感器（9）用于检测移动小车当前行进方向上是否有障碍物，所述控制模块（5）在所述超声波传感器（9）检测到有障碍物时控制第一电机（4）转动，以实现避障；

供电模块（7），其安装在移动小车上，分别为以上各模块供电。

2.根据权利要求1所述的基于单超声波传感器的全方位避障智能浇水机器人，其特征在于：所述移动小车还包括设置在所述第一车轮和所述第二车轮上的履带（3）。

3.根据权利要求1或2所述的基于单超声波传感器的全方位避障智能浇水机器人，其特征在于：还包括显示模块（18），该显示模块（18）与控制模块（5）电连接。

4.一种基于单超声波传感器的全方位避障智能浇水机器人的控制方法，其特征在于：采用如权利要求1至3任一所述的基于单超声波传感器的全方位避障智能浇水机器人，其控制方法包括以下步骤：

作物识别：移动小车在行进过程中，利用RFID射频器（2）实时探测射频标签，若探测到射频标签，则停止行进，若未探测到射频标签，则继续行进；

检测土壤湿度：在检测到作物时，移动小车停止行进，控制模块（5）控制舵机（15）运动带动连接杆（12）运动，使湿度传感器（11）接触到作物的土壤，检测土壤的湿度值，并将湿度值返回给显示模块（18）显示；

浇水：控制模块（5）基于湿度检测模块所检测的土壤湿度值，对比作物的最佳湿度，计算出当前土壤湿度值与最佳湿度的差量，根据差量计算需浇水时间，控制模块（5）控制第二电机（17）转动，第二电机（17）带动同步带轮（16）、第二连杆（14）和第一连杆（13）运动，控制水箱（8）的喷水开关开启，以实现对作物的浇水；

避障：移动小车在行进过程中，利用安装在移动小车上的超声波传感器（9）实时检测移动小车当前行进方向上是否有障碍物，若有障碍物，则变换行进路线并发出警报，如果没有障碍物，则按原路行走。