CN109832039A - 一种基于电刷滑环结构的智能摩天轮盆栽机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于电刷滑环结构的智能摩天轮盆栽机器人，包括盆栽、机座和摩天轮，所述机座与所述摩天轮通过第一转轴旋转连接，所述摩天轮与所述盆栽通过第二转轴旋转连接，所述机座上设有控制主板，所述第一转轴上设有第一电刷滑环，所述第二转轴上设有第二电刷滑环，所述盆栽内设有传感器组件，所述控制主板依次通过所述第一电刷滑环、第二电刷滑环与所述传感器组件电连接。本发明的有益效果是：可通过第一电刷滑环、第二电刷滑环实现传感器组件的电连接，使得摩天轮具有智能养护盆栽功能。

Description

一种基于电刷滑环结构的智能摩天轮盆栽机器人

技术领域

本发明涉及智能摩天轮盆栽机器人，尤其涉及一种基于电刷滑环结构的智能摩天轮盆栽机器人。

背景技术

随着人们生活水平的提高，越来越多的人们更加在意提高自己的日常生活体验，种植盆栽就是一个很好的方法。但是现在人们的生活节奏越来越快，人们希望能够更加科学、更加智能、更加方便地对自己的盆栽进行养护。基于人们的需求，市场上各种各样的智能花盆和植物监测仪如雨后春笋般出现，花草监测仪、自动补光器、自动浇水器、智能花盆等已经有了不少的研究和应用。花草监测仪让人们可以获取到盆栽的生长环境状况，但是不能进行自动地养护；自动补光器、自动浇水器、智能花盆等虽然在一定程度上简化了人们养护盆栽的过程，有了一定的智能性，但是对应指标单一，仅仅提供浇水和光照并不能够科学地对盆栽进行养护，而且目前的产品每个设备智能对一个盆栽进行养护，对于想要同时养护多个盆栽智能花费更多代价购买更多设备。

另一方面从观赏性看，市面上的智能花盆样式和普通花盆差别不大，形式较为单一，有一些特殊的形状，类似摩天轮等形状，但是市面上的摩天轮盆栽只有一个摩天轮外表，只具有观赏作用，并没有智能养护盆栽的功能。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种基于电刷滑环结构的智能摩天轮盆栽机器人。

本发明提供了一种基于电刷滑环结构的智能摩天轮盆栽机器人，包括盆栽、机座和摩天轮，所述机座与所述摩天轮通过第一转轴旋转连接，所述摩天轮与所述盆栽通过第二转轴旋转连接，所述机座上设有控制主板，所述第一转轴上设有第一电刷滑环，所述第二转轴上设有第二电刷滑环，所述盆栽内设有传感器组件，所述控制主板依次通过所述第一电刷滑环、第二电刷滑环与所述传感器组件电连接。

作为本发明的进一步改进，所述机座内设有带传动机构和电机，所述电机通过带传动机构与所述第一转轴连接，所述电机与所述控制主板电连接。

作为本发明的进一步改进，所述机座内设有水箱，所述水箱内置有水泵，所述水泵通过输水管道连接有浇水出水口，所述水泵与所述控制主板电连接。

作为本发明的进一步改进，所述机座的顶部设有转轴外壳，所述第一转轴设置在所述转轴外壳之内，所述浇水出水口固定在所述转轴外壳上。

作为本发明的进一步改进，所述转轴外壳上设有可调亮度和色温的LED灯，所述可调亮度和色温的LED灯与所述控制主板电连接。

作为本发明的进一步改进，所述控制主板包括树莓派、arduino微处理器和模拟多路复用器，所述树莓派与所述arduino微处理器通过USB线连接，所述模拟多路复用器的输入端与所述传感器组件的输出端连接，所述模拟多路复用器的输出端与所述arduino微处理器的ADC输入接口连接，所述arduino微处理器的输出端分别通过控制线与所述可调亮度和色温的LED灯、电机和水泵连接。

作为本发明的进一步改进，所述arduino微处理器的输入端连接有侦测所述盆栽位置的反射式红外光电传感器，所述反射式红外光电传感器固定在所述机座上，所述传感器组件包括DHT11空气温湿度传感器、土壤湿度传感器、光线传感器和土壤肥力传感器。

作为本发明的进一步改进，所述机座上设有触摸屏显示器，所述树莓派通过HDMI接口与所述触摸屏显示器连接。

作为本发明的进一步改进，所述树莓派连接有DC-DC降压稳压模块，所述机座内设有电池，所述电池与所述DC-DC降压稳压模块连接。

作为本发明的进一步改进，所述树莓派内置无线WIFI模块。

本发明的有益效果是：通过上述方案，可通过第一电刷滑环、第二电刷滑环实现传感器组件的电连接，使得摩天轮具有智能养护盆栽功能。

附图说明

图1是本发明一种基于电刷滑环结构的智能摩天轮盆栽机器人的示意图。

图2是本发明一种基于电刷滑环结构的智能摩天轮盆栽机器人的传动示意图。

图3是本发明一种基于电刷滑环结构的智能摩天轮盆栽机器人的硬件原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1至图3所示，一种基于电刷滑环结构的智能摩天轮盆栽机器人，包括盆栽2、机座100和摩天轮200，所述机座100与所述摩天轮200通过第一转轴14旋转连接，所述摩天轮200与所述盆栽2通过第二转轴旋转连接，所述机座100上设有控制主板，所述第一转轴14上设有第一电刷滑环3，所述第二转轴上设有第二电刷滑环1，所述盆栽2内设有传感器组件，所述控制主板依次通过所述第一电刷滑环3、第二电刷滑环1与所述传感器组件电连接，本发明优选在摩天轮200上挂六个盆栽2。电刷滑环，又称导电滑环、电滑环，是滑环中的一种，也是所有滑环系列中应用最广泛的一种。电刷滑环主要由定子和转子组成，广泛用于无限制连续旋转时传输功率电源、信号电源的场所。

如图1至图3所示，所述机座100内设有带传动机构13和电机12，所述电机12通过带传动机构13与所述第一转轴14连接，所述电机12与所述控制主板电连接，带传动机构13呈三角形布置，机座100上设有三角形的支架，可将带传动机构13内置于支架中。

如图1至图3所示，所述机座100内设有水箱8，水箱8上设有水箱注水口7，所述水箱8内置有水泵18，所述水泵18通过输水管道5连接有浇水出水口4，所述水泵18与所述控制主板电连接。

如图1至图3所示，所述机座100的顶部设有转轴外壳，所述第一转轴14设置在所述转轴外壳之内，所述浇水出水口4固定在所述转轴外壳上。

如图1至图3所示，所述转轴外壳上设有可调亮度和色温的LED灯6，所述可调亮度和色温的LED灯6与所述控制主板电连接。

如图1至图3所示，所述控制主板包括树莓派15、arduino微处理器16和模拟多路复用器17，所述树莓派15与所述arduino微处理器16通过USB线连接，所述模拟多路复用器17的输入端与所述传感器组件的输出端连接，所述模拟多路复用器17的输出端与所述arduino微处理器16的ADC输入接口连接，所述arduino微处理器16的输出端分别通过控制线与所述可调亮度和色温的LED灯6、电机12和水泵18连接，分别控制LED灯6、电机12和水泵18。

如图1至图3所示，所述arduino微处理器16的输入端连接有侦测所述盆栽2位置的反射式红外光电传感器19，所述反射式红外光电传感器19固定在所述机座100上，所述传感器组件包括DHT11空气温湿度传感器24、土壤湿度传感器25、光线传感器26和土壤肥力传感器27。

如图1至图3所示，所述机座100上设有触摸屏显示器9，所述树莓派15通过HDMI接口与所述触摸屏显示器9连接，触摸屏显示器9也可以采用显示屏来替换，所述机座100上设有充电口10，可用于充电，所述机座100上设有开/关机按键11，可用于开/关机操作。

如图1至图3所示，所述树莓派15连接有DC-DC降压稳压模块20，所述机座100内设有12V锂电池21，所述12V锂电池21与所述DC-DC降压稳压模块20连接。

如图2所示，为了美观起见，盆栽机器人的所有接线均被隐藏在机器人的底座里面，并提供了外接充电口方便充电。摩天轮200的动力装置也被隐藏在支架当中。

如图1至图3所示，所述树莓派15内置无线WIFI模块，可通过服务器22与智能手机23进行交互。

如图1至图3所示，摩天轮200上一共可以放置六个盆栽2，每个盆栽2里面会插入若干个传感器检测土壤的湿度、温度以及植物当前的光照强度。但是因为智能摩天轮盆栽机器人的控制芯片系统安放在机座100上，传感器需要和控制中心进行连接，而摩天轮200又需要能够不停地进行360度旋转，如果使用普通的线材连接，那么线材很快就会因反复缠绕而绷断或者阻碍摩天轮旋转；如果使用无线连接，每个盆栽2中都需要增加无线通信模块和独立电源，会极大增加成本和硬件复杂度。为了解决这个问题，本发明在摩天轮200的旋转轴处安装了第一电刷滑环3，在每一个盆栽2的支撑架与摩天轮200支撑架处也安装了第二电刷滑环1，这样既可以实现360度旋转，又能保持控制系统和多个盆栽的多个传感器的电气连接。

如图1至图3所示，智能摩天轮盆栽机器人的浇水出水口4在第一转轴14（即中心转轴）处，水箱8位于机座100，内部有一个水泵18将水沿着输水管道5输送至浇水出水口4。浇水出水口4如花洒一样以小液滴的形式浇水，即保证了浇水面积大而均匀，还节约了水资源。水箱8的水箱注水口7位于机座100上，水箱注水口7被设计成翻盖式，可以更方便用户加水。水箱8上方设置有一层保护塑料盖，既可以防止水箱8里面的水溢出，又可以方便用户查看水箱8的剩余水量。

如图1至图3所示，LED灯6同样放置在第一转轴14（即中心转轴）处，位于浇水出水口4旁边。当盆栽2里面的传感器检测到光照不足时，LED灯6被点亮，其光线朝下，这样盆栽3在旋转的同时就依次接受了光照。这也使得整个装置在夜晚也极具观赏性。

本发明提供的一种基于电刷滑环结构的智能摩天轮盆栽机器人，硬件系统使用可充电的12V锂电池21为电源，以树莓派15和arduino微处理器16为核心，由于本发明需要使用一个控制系统实现同时对多个盆栽2的养护，但是arduino微处理器16上的IO口数量有限，所以使用一个模拟多路复用器17，通过扫描的方式实现一个IO口获取多个传感器信息的目的。arduino微处理器16获取数据之后，将数据上传给搭载了Linux内核的raspbian系统的树莓派15，树莓派15对大量的传感器数据进行处理，将盆栽2的生长健康状况以图表和表情等直观的形式显示在触摸屏显示器9上，并根据分析所得结果，通过控制摩天轮200的旋转、LED灯6的亮度、水泵18的浇水实现对多个盆栽2的精准养护。树莓派15还通过其自带的WIFI连接至网络，实现树莓派15和智能手机23的数据交互，从而实现对盆栽2的远程监护。

arduino微处理器16（一款灵活、易扩展的开源硬件产品）通过模拟多路复用器17外接各个盆栽2内的传感器，根据传感器的数据控制水泵18、LED灯6和电机12，同时把各个盆栽2的数据和水泵18、LED灯6、摩天轮转速等信息发送给树莓派15。树莓派15外接一个触摸屏显示器9，可以将上述信息经过分析处理后，以更加直观的图表和表情显示出来方便用户查看。触摸屏显示器9下方还设置了几个按钮，分别对应水泵18、LED灯6、摩天轮200旋转的操作，树莓派15检测到用户按下按钮后会发送指令给arduino微处理器16，让arduino微处理器16执行相应的动作。

对树莓派15的IP地址实行内网穿透操作（一种将内网IP地址与公网IP地址联系起来的技术，实现可以直接通过IP地址访问设备），同时树莓派15内部运行了使用node.js编写的服务端程序，它负责与移动端应用传输数据。移动端应用包括手机APP和网页，用户可以选择使用手机APP或者打开任何一个浏览器进入指定网页查看盆栽当前的状态。因为使用了内网穿透技术，本发明摆脱了局域网的限制，真正实现了随时随地访问。在移动端应用上，用户可以查看每个盆栽的生长状况，以及水泵、LED灯和摩天轮旋转情况，并可以手动远程操控盆栽机器人的各种功能。

arduino微处理器16的工作原理如下：

1、摩天轮支架上安装有反射式红外光电传感器19，每一个盆栽2对应的位置贴有对应编号的颜色码，旋转经过时，反射式红外光电传感器19都会发送对应信号给arduino微处理器16，arduino微处理器16根据反馈信息得知各个盆栽2的对应位置。

2、盆栽2的土壤里插入了DHT11温湿度传感器模块24、土壤湿度传感器模块25、光线传感器模块26、土壤肥力传感器模块27，这些传感器通过模拟多路复用器17接在arduino微处理器16的IO口上，arduino微处理器16通过模拟多路复用器17，以扫描的方式依次获取各个盆栽2的传感器数据并将数据通过串口通信反馈给树莓派15。

3、arduino微处理器16会实时监听树莓派15的指令，实现用户手动操作盆栽机器人功能。同时树莓派15对数据进行分析处理，得到各个盆栽2的生长健康状况。如果盆栽2的缺乏光照，树莓派15发送指令给arduino微处理器16自动点亮LED灯6为所有的植物补充光照，并且可以根据实际情况改变LED灯6的亮度和色温，给盆栽2更好的照顾；如果某一个盆栽2的土壤湿度较低，树莓派15发送指令给arduino微处理器16控制摩天轮200旋转，将该缺水盆栽2旋转至正下方，位于第一转轴14中心的浇水口为其浇水，浇水完毕后摩天轮可恢复旋转。

树莓派15的工作原理如下：

1、树莓派15上时刻运行着使用JavaScript语言编写的node.js服务器端程序，该服务器可以同时接受树莓派15的IO口信息，也可以接收来自网络的，该服务器端程序结合了MySQL轻量数据库，把接收到的传感器数据时刻存储下来。树莓派15一方面监控与arduino微处理器16相连的IO口接收arduino的反馈数据，并对数据进行分析，发送给arduino微处理器16相应的指令，同时将数据绘制成图表，以可视化的形式显示在屏幕上，另一方面树莓派15也在时刻监听用户发送的指令，指令来源有两个，一个是盆栽机器人上的实体按键，一个是来自网络的访问。实体按键的引脚与树莓派15的IO口相连，树莓派15通过监控IO口的电平变化判断按键是否按下，网络的访问来自手机APP或网站，用户操作移动端应用，利用TCP/IP协议，通过网络无线发送指令给树莓派。当树莓派15根据传感器数据判断出的操作与用户操作不符时，以用户操作为主。

2、移动端应用通过内网穿透获得的静态公网IP地址直接访问树莓派15，树莓派15上时刻运行的服务器端程序接收到用户的指令后进行判断，并传输数据给arduino微处理器16，让arduino微处理器16实现对应的功能。

本发明提供的一种基于电刷滑环结构的智能摩天轮盆栽机器人，利用第一电刷滑环3、第二电刷滑环1实现摩天轮200在旋转的同时，也能保证每一个盆栽2里面的传感器可以和机座100上的arduino微处理器16始终保持电气连接，利用arduino微处理器16获取传感器反馈信息，监测盆栽2的温度、湿度、土壤肥力和光照强度等参数，arduino微处理器16与树莓派15进行通信，将数据上传给树莓派15，树莓派15对数据进行储存和分析。树莓派15通过无线WIFI模块连接到互联网，用户可以通过网页或者手机APP的方式随时随地直观地查看盆栽2的各种信息，并且能远程手动控制盆栽机器人的旋转、光照或浇水功能，能够在异常情况下通过手机APP给用户发出提醒。同时对于智能摩天轮盆栽机器人本身，它具有一个可触摸屏显示器9，触摸屏显示器9上会显示日期时间、天气状况以及拟人化的盆栽健康状况等信息，也可通过显示屏下方的按键对机器人进行直接控制。本发明从盆栽的科学管理、用户体验以及设计观赏性上都有明显的优势。

本发明提供的一种基于电刷滑环结构的智能摩天轮盆栽机器人，基于多传感器的自动养护基础上，设计了更加科学和智能的人机交互系统，包括拟人化的触摸屏的交互、网页和智能手机远程监护的交互，更加有效地和科学地养护盆栽，使用户得到更好的智能家居生活体验；本发明还设计了一种基于电刷滑环结构的摩天轮盆栽系统，通过驱动电机12带动摩天轮200的旋转，可实现一个控制系统同时对多个盆栽2的养护，减少了硬件成本，并且极大地增强了盆栽机器人的观赏性。

本发明提供的一种基于电刷滑环结构的智能摩天轮盆栽机器人，用户可以通过机器人上的触摸屏显示器9、网页和手机APP同时对多个盆栽2进行养护，系统通过多种传感器获取盆栽生长情况信息，也会科学地对盆栽进行自动养护。

本发明提供的一种基于电刷滑环结构的智能摩天轮盆栽机器人，移动端应用有两种，一种是手机APP应用，一种是使用任何一种浏览器就可以打开的网页，两者的功能完全相同。移动端应用的功能非常丰富，包含系统简介，植物百科，养护记录等模块。系统简介模块里包含了本智能摩天轮花盆的详细介绍、使用说明和注意事项。植物百科模块里，用户可以了解更多花卉和植物的信息。养护记录模块里，用户可以随时随地监控各个盆栽的生长情况，并能通过界面上的相应按钮发送指令，远程控制盆栽机器人。盆栽每时每刻的生长情况都会被记录下来并将数据以可视化的形式呈现在用户面前，方便用户进一步了解植物的生长。

本发明提供的一种基于电刷滑环结构的智能摩天轮盆栽机器人，具有以下特点：

1.基于电刷滑环的摩天轮结构设计。在实现摩天轮能不停旋转的同时，保证机座100中的arduino微处理器16和盆栽2中的多传感器的电气连接，既极大地增强了发明的观赏性，又能够实现一个控制系统同时养护多个盆栽的目的。

2.隐藏式的摩天轮传动机构设计，将电机12内置在机座100内，传动带也巧妙地隐藏在支架中，形成一个三角形的传动带，在实现动力传输的同时保持了盆栽机器人外观的整洁，也在一定程度上增加了使用的安全性。

3.由多传感器、arduino微处理器16、树莓派15、移动端应用（网页和手机APP）构成的全方面智能盆栽监护物联网系统设计方案。

4.树莓派15的IP地址实行内网穿透方法。树莓派15上时刻运行着使用JavaScript语言编写的node.js服务器端程序，摆脱了局域网的限制，真正实现了随时随地访问。

5.人机交互方面，本发明中将树莓派15分析处理后的数据使用图表和拟人化的表情信息显示在显示屏上，而且树莓派15通过连接WiFi网络，使得用户可在远程直接通过网页或者手机APP获取盆栽2的生长健康情况。

6.软件设计方面，手机APP可以实时获取盆栽2的生长健康情况和生长环境参数外，可以远程地控制智能摩天轮盆栽机器人的浇水、补光、摩天轮旋转，增强人性化的用户体验。

7.硬件平台使用可充电12V锂电池21供电，一次充电可实现长时间的续航，更加方便移动机器人位置，也方便作为桌面摆件使用。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于电刷滑环结构的智能摩天轮盆栽机器人，其特征在于：包括盆栽、机座和摩天轮，所述机座与所述摩天轮通过第一转轴旋转连接，所述摩天轮与所述盆栽通过第二转轴旋转连接，所述机座上设有控制主板，所述第一转轴上设有第一电刷滑环，所述第二转轴上设有第二电刷滑环，所述盆栽内设有传感器组件，所述控制主板依次通过所述第一电刷滑环、第二电刷滑环与所述传感器组件电连接。

2.根据权利要求1所述的基于电刷滑环结构的智能摩天轮盆栽机器人，其特征在于：所述机座内设有带传动机构和电机，所述电机通过带传动机构与所述第一转轴连接，所述电机与所述控制主板电连接。

3.根据权利要求1所述的基于电刷滑环结构的智能摩天轮盆栽机器人，其特征在于：所述机座内设有水箱，所述水箱内置有水泵，所述水泵通过输水管道连接有浇水出水口，所述水泵与所述控制主板电连接。

4.根据权利要求3所述的基于电刷滑环结构的智能摩天轮盆栽机器人，其特征在于：所述机座的顶部设有转轴外壳，所述第一转轴设置在所述转轴外壳之内，所述浇水出水口固定在所述转轴外壳上。

5.根据权利要求4所述的基于电刷滑环结构的智能摩天轮盆栽机器人，其特征在于：所述转轴外壳上设有可调亮度和色温的LED灯，所述可调亮度和色温的LED灯与所述控制主板电连接。

6.根据权利要求5所述的基于电刷滑环结构的智能摩天轮盆栽机器人，其特征在于：所述控制主板包括树莓派、arduino微处理器和模拟多路复用器，所述树莓派与所述arduino微处理器通过USB线连接，所述模拟多路复用器的输入端与所述传感器组件的输出端连接，所述模拟多路复用器的输出端与所述arduino微处理器的ADC输入接口连接，所述arduino微处理器的输出端分别通过控制线与所述可调亮度和色温的LED灯、电机和水泵连接。

7.根据权利要求6所述的基于电刷滑环结构的智能摩天轮盆栽机器人，其特征在于：所述arduino微处理器的输入端连接有侦测所述盆栽位置的反射式红外光电传感器，所述反射式红外光电传感器固定在所述机座上，所述传感器组件包括DHT11空气温湿度传感器、土壤湿度传感器、光线传感器和土壤肥力传感器。

8.根据权利要求6所述的基于电刷滑环结构的智能摩天轮盆栽机器人，其特征在于：所述机座上设有触摸屏显示器，所述树莓派通过HDMI接口与所述触摸屏显示器连接。

9.根据权利要求6所述的基于电刷滑环结构的智能摩天轮盆栽机器人，其特征在于：所述树莓派连接有DC-DC降压稳压模块，所述机座内设有电池，所述电池与所述DC-DC降压稳压模块连接。

10.根据权利要求6所述的基于电刷滑环结构的智能摩天轮盆栽机器人，其特征在于：所述树莓派内置无线WIFI模块。