CN218957061U - 一种割草装置的控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种割草装置的控制电路，包括主控模块、供电模块、电机驱动电源模块、电机驱动信号模块、编码器模块、除草电机供电模块、ESP32模块、陀螺仪模块和通信模块；供电模块分别与主控模块、电机驱动电源模块、除草电机供电模块以及ESP32模块相连，主控模块与陀螺仪模块、电机驱动信号模块、编码器模块、ESP32模块、陀螺仪模块、通信模块相连，电机驱动电源模块用于给车轮驱动电机供电，能实现对车轮速度进行检测，以及车轮正反转进行控制指令的发送，结构简单且可靠。

Description

一种割草装置的控制电路

技术领域

本实用新型属于控制电路领域，尤其是涉及一种割草装置的控制电路。

背景技术

随着经济的发展，城市建设的逐步加快，各种大型草坪也相继涌现，如一些大型公园草坪、足球场以及家庭庭院草坪。如果用人工修剪，将耗费大量的人力物力，工人的工作量大，耗费时间，而且容易出现修剪不均匀，常常出现割下来的草比较长，需要收集后移出草坪。国内现在也推出一些可以远程操控的割草装置。

如在中国专利申请号为202021663424.3，授权公告日为2021年3月30日的专利文献公开一种割草车远程操控系统，该系统由电机驱动器、割草控制器、无线遥控器、主控电路和电源电路所构成，主控电路采用的是STM32F405RGT6主控板，STM32F405RGT6主控板设有第一CAN通讯端口、第二CAN通讯端口和SBUS通信端口，主控电路通过第一CAN通讯端口与电机驱动器电连接，电机驱动器与车轮驱动电机电连接，主控电路通过第二CAN通讯端口与割草控制器电连接，主控电路通过SBUS通信端口与无线遥控器无线连接，SBUS通信端口基于SBUS通信协议与无线遥控器通信。本实用新型通过SBUS通信协议实现了对于割草车的远程操控，大大降低了人工劳动强度，提高了工作效率。

上述结构的割草装置虽然能够实现割草车的远程操控，但是在该结构仅仅能对车轮进行驱动而并不能对车轮进行速度检测以及姿势检测，且也不能对车轮进行正转和反转控制，从而不方便进行车轮行走的控制。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种割草装置的控制电路，能实现对车轮速度进行检测，以及实现车轮正反转，结构简单且可靠。

为达到上述目的，一种割草装置的控制电路，包括主控模块、供电模块、电机驱动电源模块、电机驱动信号模块、编码器模块、除草电机供电模块、ESP32模块、陀螺仪模块和通信模块；

供电模块分别与主控模块、电机驱动电源模块、除草电机供电模块以及ESP32模块相连，主控模块与陀螺仪模块、电机驱动信号模块、编码器模块、ESP32 模块、陀螺仪模块、通信模块相连，电机驱动电源模块用于给车轮驱动电机供电，除草电机供电模块用于给除草刀片电机供电，电机驱动信号模块用于给车轮驱动电机提供驱动信号；主控模块用于与通信模块进行数据传输与接收外部指令、接收陀螺仪发送的车轮行走姿态信号、接收ESP32模块发送的通信数据、接收编码器模块发送的车轮实时速度检测数据，还用于根据外部指令发送车轮驱动电机正反转信号给电机驱动信号模块，根据外部指令发送驱动信号给除草电机供电模块。

以上设置，通过设置编码器，然后编码器用于将检测到车轮的速度数据发送给主控模块，然后主控模块可以接收外部指令也可以通过ESP32模块接收数据，从而方便进行外部控制，同时通过ESP32模块对通信数据进行传输，从而将数据传输模块与外部指令模块通信分开进行设置，从而方便数据的传输，另外通过陀螺仪进行车轮姿势的采集，并根据外部指令控制电机驱动信号模块进行车轮驱动电机正反转，电路结构简单且可靠。

进一步的，供电模块包括输入电源模块、第一降压电路、第二降压电路和第三降压电路，输入电源模块的输入端连接输入电源，输入电源模块的输出端与第一降压电路以及第二降压电路的输入端相连，第一降压电路的输出端输出12V电压，第二降压电路的输出端与主控模块的电源端以及PC1端相连，第三降压电路的输入端与5V电源相连，第三降压电路的输出端与电机驱动电源模块以及电机驱动信号模块、陀螺仪模块相连；

输入电源模块包括开关S1以及接口J1，其中开关S1的一端与输入电源相连，开关S1的另一端与接口J1的第1脚以及输出端VCC-INPUT 24V相连，接口J1的第2脚接地；

第一降压电路包括极性电容E1、芯片U3、电容C7，极性电容E1的正极与输入电源以及芯片U3的第1脚相连，极性电容E1的负极以及芯片U3的第4脚接地，芯片U3的第3脚与电容C7的一端以及接口J4的第2脚相连，接口J4的第1脚接地，电容C7的另一端接地；

第二降压电路包括芯片U1、极性电容C1、极性电容C2和电容C3、芯片U2、极性电容C5、极性电容C6、电容C4、电阻R7和电阻R10，芯片U1的第1脚与极性电容C1的正极以及输入电源相连，芯片U1的第2脚接地，芯片U1的第3脚与极性电容C2的正极以及电容C3的一端相连，极性电容C2的负极以及电容C3的另一端接地，电容C3的一端与主控模块相连，芯片U2的第3脚与极性电容C6的正极、电容C4的一端相连，极性电容C6的负极以及电容C4的另一端接地，芯片U2的第2脚接地，芯片U2的第1脚与极性电容C5的正极以及电阻R7的一端相连并连接到输入电源，电阻R7的另一端与电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端以及极性电容C5的负极接地，电阻R10的一端与ESP32 模块的PC1端相连；

第三降压电路包括芯片U4、电容C12、电容C13，芯片U4的第1脚以及第3脚与5V电源相连，芯片U4的第2脚接地，芯片U4的第4脚与电容C13的一端相连，电容C13的另一端接地且与电容C12的一端相连，电容C12的另一端与芯片U4的第5脚相连且输出3.3V电源。

以上设置，用24V输入电源，使用CJ7812、CJ7805和MIC5219芯片分别降压至12V、5V和3.3V供电，分别给电机、主控模块、其他接口供电，同时采用多接口进行电源转接，从而无法外接多个电源，电路结构简单，电容C1、C5、C7为滤波电容，减少输入信号的噪声，而电容C2、C3、C4、C6、E1为补偿电容，防止电压不足，ESP32 模块的PC1引脚作为监控引脚，当R7、R10之间的电压较低时，从而通过该引脚进行电压信号的反馈。

进一步的，电机驱动模块包括MOS管Q2、MOS管Q1、电阻R1、电阻R3、电阻R2、电阻R4、三极管Q3、三极管Q4、电阻R6、电阻R9、电阻R5、电阻R8、稳压二极管D1、稳压二极管D2、接口J2、接口J3和开关S2，电阻R2的一端连接输入电源，电阻R2的另一端与电阻R4的一端、MOS管Q2的第4脚相连，电阻R4的另一端与三极管Q4的集电极相连，三极管Q4的基极与电阻R6的一端以及电阻R9的一端相连，三极管Q4的发射极与电阻R9的另一端相连并接地，电阻R6的另一端与开关S2的一端以及电阻R5的另一端相连，开关S2的另一端与第三降压电路的输出端相连，MOS管Q2的G4脚还与稳压二极管D2的正极相连，稳压二极管D2的负极与输入电源、MOS管Q2的第3、2、1脚相连，MOS管Q2的第5、第6、第7以及第8脚相连且与接口J3的第1脚相连；接口J3的第2脚接地；

电阻R1的一端连接输入电源，电阻R1的另一端与电阻R3的一端、MOS管Q1的第4脚相连，电阻R3的另一端与三极管Q3的集电极相连，三极管Q3的基极与电阻R5的一端以及电阻R8的一端相连，三极管Q3的发射极与电阻R8的另一端相连并接地，MOS管Q1的G4脚还与稳压二极管D1的正极相连，稳压二极管D1的负极与输入电源、MOS管Q1的第3、2、1脚相连，MOS管Q1的第5、第6、第7以及第8脚相连且与接口J2的第1脚相连；接口J2的第2脚接地。

以上设置，采用MOS管Q2和Q1来提供四轮电机电流，当开关S2打开，接入输入电源以及3.3V电源，从而使得三极管Q4以及Q3导通，MOS管Q2和Q1的栅极即第4脚输入电压，从而MOS管Q2和Q1导通，通过接口J3和J2为车轮提供电流，采用稳压管稳定电压，防止电压烧毁mos管。其中电阻R1、R3作为分压电阻提供mos的开启电压，电阻R6、R9作为分压电阻提供三极管Q4和Q3的开启电压；电阻R2、R4作为分压电阻提供mos的开启电压，电阻R5、R8作为分压电阻提供三极管Q4和Q3的开启电压。

进一步的，电机驱动信号模块包括接口P8和P9，接口P8的第1脚、第2脚与第三降压电路的输出端相连，接口P8的第3脚与主控芯片00的PB0脚相连，接口P8的第5脚与主控芯片的PD0脚相连，接口P8的第7脚与主控芯片的PD5脚相连，接口P8的第9脚和第10脚接地，接口P8的第4脚与主控芯片的PB1脚相连，接口P8的第6脚与主控芯片的PD1脚相连；接口P8的第8脚与主控芯片00的PD6脚相连；

接口P9的第1脚、第2脚与第三降压电路的输出端相连，接口P9的第3脚与主控芯片的PC8脚相连，接口P9的第5脚与主控芯片的PD7脚相连，接口P9的第7脚与主控芯片的PD9脚相连，接口P9的第9脚和第10脚接地, 接口P9的第4脚与主控芯片的PC9脚相连，接口P9的第6脚与主控芯片的PD8脚相连；接口P9的第8脚与主控芯片的PD10脚相连。

以上设置，采用MOS管Q2和Q1来提供四轮电机电流，当开关S2打开，接入输入电源以及3.3V电源，从而使得三极管Q4以及Q3导通，MOS管Q2和Q1的栅极即第4脚输入电压，从而MOS管Q2和Q1导通，通过接口J3和J2为车轮提供电流，采用稳压管稳定电压，防止电压烧毁mos管，其中电阻R1、R3作为分压电阻提供mos的开启电压，电阻R6、R9作为分压电阻提供三极管Q4和Q3的开启电压；电阻R2、R4作为分压电阻提供mos的开启电压，电阻R5、R8作为分压电阻提供三极管Q4和Q3的开启电压。

进一步的，编码器模块包括接口P5、P6、P1、P2、电容C9、C10、C14、C15，接口P1的第1脚和第4脚分别与电容C9的两端相连，接口P1的第1脚与5V电源相连，接口P1的第4脚与接地，接口P1的第2脚和第3脚分别与主控模块的PA6脚以及PA7脚相连；接口P2的第1脚和第4脚分别与电容C10的两端相连，接口P2的第1脚与5V电源相连，接口P2的第4脚与接地，接口P2的第2脚和第3脚分别与主控模块的PB6脚以及PB7脚相连；接口P5的第1脚和第4脚分别与电容C14的两端相连，接口P5的第1脚与5V电源相连，接口P5的第4脚与接地，接口P5的第2脚和第3脚分别与主控模块的PA0脚以及PA1脚相连；接口P6的第1脚和第4脚分别与电容C15的两端相连，接口P6的第1脚与5V电源相连，接口P6的第4脚与接地，接口P6的第2脚和第3脚分别与主控模块的PB8脚以及PB9脚相连。

以上设置，当车轮输出电机旋转时霍尔传感器通过检测霍尔码盘上方波信号来判断转向并且通过主控模块输入引脚采集编码器模块的电平信号，然后通过主控模块中的计时器，计算电平信号持续的时间，根据持续时间与速度的对应关系确定四轮的实时速度。

进一步的，除草电机供电模块包括电阻R11、R12、R15、R16、三极管Q6、MOS管Q5以及接口J5，电阻R11的一端与输入电源相连，电阻R11的另一端与MOS管的栅极以及电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端与三极管Q6的集电极相连，三极管Q6的基极与电阻R15的一端、电阻R16的另一端相连，三极管Q6的发射极接地，电阻R16的另一端接地，电阻R15的另一端与主控芯片的PD15脚相连，MOS管Q5的漏极与电阻R11的一端相连，MOS管Q5的漏极与接口J5的第1脚相连，接口J5的第2脚接地。

以上设置，采用MOS管Q5进行控制，当主控模块的PD15引脚有高电平信号时，三极管Q6导通，除草刀片电机开始工作，电阻R11、R12作为分压电阻为MOS管Q5提供开启电压，电阻R15、R16作为分压电阻为三极管Q6提供开启电压，当三极管Q6导通时，24V的输入电源电压进入MOS管Q5，电流流经除草刀片电机，除草刀片电机开始运作。

进一步的，ESP32模块06包括接口P7以及电容C16，接口P7的第1脚和第2脚分别与主控芯片的PB10 TX以及PB11 RX相连，接口P7的第3脚接地，接口P7的第4脚外接5V电源

以上设置，通过主控模块与接口P7通过第1脚和第2脚进行发送和接收，而接口P7的型号为ESP32，该型号的芯片为是一块集成了WIFI通讯功能的微控制器串口速率高并且支持WIFI，蓝牙多种通讯方式。从而方便实现联网，进行客户端与终端的数据交换使用PB10、PB11两个引脚进行简单的收发数据测试。

进一步的，陀螺仪模块包括接口P3、电阻R13、电阻R14，接口P3的第3脚和第4脚外接5V电源，接口P3的第5脚和第7脚分别与主控模块的PC10 TX脚和PC11 RX脚相连，接口P3的第10脚和第9脚接地，接口P3的第6脚与电阻R13的一端以及主控模块的PE3脚相连，接口P3的第4脚与电阻R14的一端以及主控模块的PE4脚相连，电阻R13和电阻R14的另一端与第三降压电路的输出端相连。

以上设置，陀螺仪模块通过第三降压电路提供输入电源，从而无需额外设置输入电源，使得电路结构简单，同时陀螺仪电路通过两个引脚进行传感器信号的发送与接收，然后通过另外两个引脚控制除草机刀片进行除草，方便控制，电阻R11、R12作为分压电阻为MOS管Q5提供开启电压，电阻R15、R16作为分压电阻为三极管Q6提供开启电压，当三极管Q6导通时，24V的输入电源电压进入MOS管Q5，电流流经除草刀片电机，除草刀片电机开始运作。

进一步的，还包括步进电机接口模块，步进机电机接口模块08包括接口P10，接口P10与主控模块的PD11脚、PD12脚、PD13脚、PD14脚相连。

以上设置，通过增设步进电机接口模块，从而方便对步进电机进行测试。

进一步的，通信模块包括芯片U6、电容C18、电容C19、电容C17、USB1，芯片U6的第16脚与5V电源、电容C18的一端、电容C19的一端相连，电容C18的另一端、电容C19的另一端接地，芯片U6的第1脚接地，芯片U6的第2脚和第3脚分别与主控模块的PA10和PA9相连，芯片U6的第4脚与电容C17的一端相连，电容C17的另一端接地，芯片U6的第5脚与USB1的第3脚相连，芯片U6的第6脚与USB1的第2脚相连，USB1的第5脚接地，USB1的第1脚外接5V电源。

以上设置，通过设置通信模块，从而方便将外部终端发送的信号传送给主控模块，同时通过增设USB1方便从USB上读取数据。

附图说明

图1为割草装置的控制电路的供电模块示意图。

图2为割草装置的控制电路的电机驱动供电模块示意图。

图3为割草装置的控制电路的电机驱动信号模块示意图。

图4为割草装置的控制电路的编码器模块示意图。

图5为割草装置的控制电路的割草机割草电机电流驱动电路模块示意图。

图6为割草装置的控制电路的ESP32模块示意图。

图7为割草装置的控制电路的陀螺仪模块示意图。

图8为割草装置的控制电路的步进电机接口示意图。

图9为割草装置的控制电路的CH340C模块示意图。

图10为割草装置的控制电路的调试接口示意图。

图11为割草装置的控制电路的芯片示意图。

图12为本实用新型的电路连接框图。

图13为本实用新型中编码器模块与车轮驱动电机连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明。

如图1-12所示，一种割草装置的控制电路包括主控模块00、供电模块01、电机驱动电源模块02、电机驱动信号模块03、编码器模块04、除草电机供电模块05、ESP32 模块06、陀螺仪模块07、通信模块09和调试接口模块10。

供电模块01分别与主控模块00、电机驱动电源模块02、除草电机供电模块05以及ESP32模块06相连，主控模块00与陀螺仪模块07、电机驱动信号模块03、编码器模块04、ESP32 模块06、陀螺仪模块07、通信模块09相连，电机驱动电源模块02用于给车轮驱动电机供电，除草电机供电模块05用于给除草刀片电机供电，电机驱动信号模块03用于给车轮驱动电机提供驱动信号。

如图1所示，供电模块01包括输入电源模块010、第一降压电路011、第二降压电路012和第三降压电路013，其中输入电源模块010的输入端连接输入电源，输入电源模块010的输出端与第一降压电路011以及第二降压电路012的输入端相连，第一降压电路011的输出端输出12V电压，第二降压电路012的输出端与主控模块的电源端以及PC1端相连，第三降压电路的输入端与5V电源相连，第三降压电路的输出端与电机驱动电源模块以及电机驱动信号模块、陀螺仪模块07相连。

输入电源模块010包括开关S1以及接口J1，其中开关S1的一端与输入电源相连，开关S1的另一端与接口J1的第1脚以及输出端VCC-INPUT 24V相连，接口J1的第2脚接地。

第一降压电路011包括极性电容E1、芯片U3、电容C7，极性电容E1的正极与输入电源以及芯片U3的第1脚相连，极性电容E1的负极以及芯片U3的第4脚接地，芯片U3的第3脚与电容C7的一端以及接口J4的第2脚相连，接口J4的第1脚接地，电容C7的另一端接地。

第二降压电路012包括芯片U1、极性电容C1、极性电容C2和电容C3、芯片U2、极性电容C5、极性电容C6、电容C4、电阻R7和电阻R10，芯片U1的第1脚与极性电容C1的正极以及输入电源相连，芯片U1的第2脚接地，芯片U1的第3脚与极性电容C2的正极以及电容C3的一端相连，极性电容C2的负极以及电容C3的另一端接地，电容C3的一端与主控模块00相连，芯片U2的第3脚与极性电容C6的正极、电容C4的一端相连，极性电容C6的负极以及电容C4的另一端接地，芯片U2的第2脚接地，芯片U2的第1脚与极性电容C5的正极以及电阻R7的一端相连并连接到输入电源，电阻R7的另一端与电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端以及极性电容C5的负极接地，电阻R10的一端与ESP32 模块的PC1端相连。

第三降压电路013包括芯片U4、电容C12、电容C13，芯片U4的第1脚以及第3脚与5V电源相连，芯片U4的第2脚接地，芯片U4的第4脚与电容C13的一端相连，电容C13的另一端接地且与电容C12的一端相连，电容C12的另一端与芯片U4的第5脚相连且输出3.3V电源。

本实施例中，芯片U1、U2型号为CJ7805，芯片U3的型号为CJ7812，芯片U4的型号为MIC5219。

供电电路的工作原理为：采用24V输入电源，使用CJ7812、CJ7805和MIC5219芯片分别降压至12V、5V和3.3V供电，分别给电机、主控模块、其他接口供电，同时采用多接口进行电源转接。其中，C1、C5、C7为滤波电容，减少输入信号的噪声，而C2、C3、C4、C6、E1为补偿电容，防止电压不足，ESP32 模块的PC1引脚作为监控引脚，当R7、R10之间的电压较低时，从而通过该引脚进行电压信号的反馈。

如图2所示，电机驱动模块02包括MOS管Q2、MOS管Q1、电阻R1、电阻R3、电阻R2、电阻R4、三极管Q3、三极管Q4、电阻R6、电阻R9、电阻R5、电阻R8、稳压二极管D1、稳压二极管D2、接口J2、接口J3和开关S2，电阻R2的一端连接输入电源，电阻R2的另一端与电阻R4的一端、MOS管Q2的第4脚相连，电阻R4的另一端与三极管Q4的集电极相连，三极管Q4的基极与电阻R6的一端以及电阻R9的一端相连，三极管Q4的发射极与电阻R9的另一端相连并接地，电阻R6的另一端与开关S2的一端以及电阻R5的另一端相连，开关S2的另一端与第三降压电路的输出端相连，MOS管Q2的G4脚还与稳压二极管D2的正极相连，稳压二极管D2的负极与输入电源、MOS管Q2的第3、2、1脚相连，MOS管Q2的第5、第6、第7以及第8脚相连且与接口J3的第1脚相连；接口J3的第2脚接地。

电阻R1的一端连接输入电源，电阻R1的另一端与电阻R3的一端、MOS管Q1的第4脚相连，电阻R3的另一端与三极管Q3的集电极相连，三极管Q3的基极与电阻R5的一端以及电阻R8的一端相连，三极管Q3的发射极与电阻R8的另一端相连并接地，MOS管Q1的G4脚还与稳压二极管D1的正极相连，稳压二极管D1的负极与输入电源、MOS管Q1的第3、2、1脚相连，MOS管Q1的第5、第6、第7以及第8脚相连且与接口J2的第1脚相连；接口J2的第2脚接地。本实施例中，MOS管Q1和Q2采用型号为TPCA8103，且接口J2和J3分别与车轮的驱动电机相连；三极管Q4和Q3的型号为SS8050。

电机驱动模块的工作原理：采用MOS管Q2和Q1来提供四轮电机电流，当开关S2打开，接入输入电源以及3.3V电源，从而使得三极管Q4以及Q3导通，MOS管Q2和Q1的栅极即第4脚输入电压，从而MOS管Q2和Q1导通，通过接口J3和J2为车轮提供电流，采用稳压管稳定电压，防止电压烧毁mos管。其中电阻R1、R3作为分压电阻提供mos的开启电压，电阻R6、R9作为分压电阻提供三极管Q4和Q3的开启电压；电阻R2、R4作为分压电阻提供mos的开启电压，电阻R5、R8作为分压电阻提供三极管Q4和Q3的开启电压。

如图3所示，电机驱动信号模块03包括接口P8和P9，接口P8的第1脚、第2脚与第三降压电路的输出端相连，接口P8的第3脚与主控芯片00的PB0脚相连，接口P8的第5脚与主控芯片00的PD0脚相连，接口P8的第7脚与主控芯片00的PD5脚相连，接口P8的第9脚和第10脚接地，接口P8的第4脚与主控芯片00的PB1脚相连，接口P8的第6脚与主控芯片00的PD1脚相连；接口P8的第8脚与主控芯片00的PD6脚相连。

接口P9的第1脚、第2脚与第三降压电路的输出端相连，接口P9的第3脚与主控芯片00的PC8脚相连，接口P9的第5脚与主控芯片00的PD7脚相连，接口P9的第7脚与主控芯片00的PD9脚相连，接口P9的第9脚和第10脚接地, 接口P9的第4脚与主控芯片00的PC9脚相连，接口P9的第6脚与主控芯片00的PD8脚相连；接口P9的第8脚与主控芯片00的PD10脚相连。本实施例中，接口P8、P9分别与车轮的驱动电机相连。

本电机驱动信号模块的工作原理：接口P8和P9根据主控模块相连的引脚的高低电平，判断车轮正反转并执行命令。接口P8的PC6、PC7为电机驱动信号模块相连的两组车轮驱动电机的使能脚，为高电平时有效，即为高电平时则进行电机正反转控制；接口P8把PD0、PD5作为一组输出可以控制一组车轮中一车轮驱动电机的正反转，把PD1、PD6作为另一组输出可以控制另一个车轮驱动电机的正反转；接口P9把PD7、PD9作为一组输出可以控制一组车轮中另一车轮驱动电机的正反转，把PD8、PD10作为另一组输出可以控制另一车轮驱动电机的正反转。

如图4所示，编码器模块04包括接口P5、P6、P1、P2、电容C9、C10、C14、C15，接口P1的第1脚和第4脚分别与电容C9的两端相连，接口P1的第1脚与5V电源相连，接口P1的第4脚与接地，接口P1的第2脚和第3脚分别与主控模块00的PA6脚以及PA7脚相连；接口P2的第1脚和第4脚分别与电容C10的两端相连，接口P2的第1脚与5V电源相连，接口P2的第4脚与接地，接口P2的第2脚和第3脚分别与主控模块00的PB6脚以及PB7脚相连；接口P5的第1脚和第4脚分别与电容C14的两端相连，接口P5的第1脚与5V电源相连，接口P5的第4脚与接地，接口P5的第2脚和第3脚分别与主控模块00的PA0脚以及PA1脚相连；接口P6的第1脚和第4脚分别与电容C15的两端相连，接口P6的第1脚与5V电源相连，接口P6的第4脚与接地，接口P6的第2脚和第3脚分别与主控模块00的PB8脚以及PB9脚相连。本实施例中，接口P1、P2、P5、P6采用霍尔编码器，且接口P1、P2、P5、P6分别连接四个车轮上的霍尔元件，霍尔元件包括霍尔码盘041以及霍尔传感器042，霍尔码盘041与车轮输出电机040相连，霍尔传感器042设置在霍尔码盘041的一侧边缘，霍尔传感器与编码器模块04相连。

本编码器的工作原理：当车轮输出电机旋转时霍尔传感器通过检测霍尔码盘上方波信号来判断转向并且通过主控模块00输入引脚采集编码器模块的电平信号，然后通过主控模块00中的计时器，计算电平信号持续的时间，根据持续时间与速度的对应关系确定四轮的实时速度。

如图5所示，除草电机供电模块05包括电阻R11、R12、R15、R16、三极管Q6、MOS管Q5以及接口J5，电阻R11的一端与输入电源相连，电阻R11的另一端与MOS管的栅极以及电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端与三极管Q6的集电极相连，三极管Q6的基极与电阻R15的一端、电阻R16的另一端相连，三极管Q6的发射极接地，电阻R16的另一端接地，电阻R15的另一端与主控芯片00的PD15脚相连，MOS管Q5的漏极与电阻R11的一端相连，MOS管Q5的漏极与接口J5的第1脚相连，接口J5的第2脚接地。本实施例中MOS管Q5的型号为AO4407Ap，除草刀片电机通过接口J5与除草电机供电模块05相连。

除草电机供电模块05的工作原理：采用MOS管Q5进行控制，当主控模块00的PD15引脚有高电平信号时，三极管Q6导通，除草刀片电机开始工作，电阻R11、R12作为分压电阻为MOS管Q5提供开启电压，电阻R15、R16作为分压电阻为三极管Q6提供开启电压，当三极管Q6导通时，24V的输入电源电压进入MOS管Q5，电流流经除草刀片电机，除草刀片电机开始运作。

如图6所示，ESP32模块06包括接口P7以及电容C16，接口P7的第1脚和第2脚分别与主控芯片00的PB10 TX以及PB11 RX相连，接口P7的第3脚接地，接口P7的第4脚外接5V电源。

ESP32模块06的工作原理：通过主控模块00与接口P7通过第1脚和第2脚进行发送和接收，而接口P7的型号为ESP32，该型号的芯片为是一块集成了WIFI通讯功能的微控制器串口速率高并且支持WIFI，蓝牙多种通讯方式。从而方便实现联网，进行客户端与终端的数据交换使用PB10、PB11两个引脚进行简单的收发数据测试。

如图7所示，陀螺仪模块07包括接口P3、电阻R13、电阻R14，接口P3的第3脚和第4脚外接5V电源，接口P3的第5脚和第7脚分别与主控模块00的PC10 TX脚和PC11 RX脚相连，接口P3的第10脚和第9脚接地，接口P3的第6脚与电阻R13的一端以及主控模块的PE3脚相连，接口P3的第4脚与电阻R14的一端以及主控模块的PE4脚相连，电阻R13和电阻R14的另一端与第三降压电路的输出端相连。本实施例中，接口P3的型号为Header 6X2。

陀螺仪模块07的工作原理：通过接口P3外接陀螺仪，通过陀螺仪实时控制割草机的行走平衡，并对行走状态进行反馈。然后通过PC10、PC11两个引脚与主控模块进行通信，实现割草机行走姿势的及时反馈，具体陀螺仪检测行走姿势的工作原理为现有技术在此不再累述。

如图8所示，步进机电机接口模块08包括接口P10，接口P10与主控模块00的PD11脚、PD12脚、PD13脚、PD14脚相连。

步进电机接口模块08的工作原理：其为保留接口，以便后续调试。

如图9所示，通信模块09包括芯片U6、电容C18、电容C19、电容C17、USB1，芯片U6的第16脚与5V电源、电容C18的一端、电容C19的一端相连，电容C18的另一端、电容C19的另一端接地，芯片U6的第1脚接地，芯片U6的第2脚和第3脚分别与主控模块00的PA10和PA9相连，芯片U6的第4脚与电容C17的一端相连，电容C17的另一端接地，芯片U6的第5脚与USB1的第3脚相连，芯片U6的第6脚与USB1的第2脚相连，USB1的第5脚接地，USB1的第1脚外接5V电源。本实施例中，芯片U6的型号为CH340C，USB1的型号为MINI 5PTP。

通信模块09的工作原理：通信模块09连接上位机树莓派及下位机主控模块，达到实时通信的目的。采用PA9、PA10两个串口引脚作为通信方便进行实时通信。

如图10所示，保留调试接口10，保留调试接口10包括接口JP1，接口JP1的第1脚外接5V电源，接口JP1的第2脚和第3脚分别与主控模块00的PA9、PA10相连，接口JP1的第4脚接地。以上保留调试接口10便于后续通过外接接口JP1对主控模块进行测试。

如图11所示，主控模块11包括芯片U5，其中芯片U5的第1脚与第二降压电路的输出端相连，芯片U5的第3脚、第4脚和第42脚接地，芯片U5的PD15脚与除草电机供电模块相连，芯片U5的PB6、PB7、PA6、PA7、PA0、PA1脚与编码器相连，芯片U5的PB0、PB1、PC8、PC9、PD0、PD1、PD5、PD6、PD7、PD9脚与电机驱动信号模块相连，芯片U5的PC11 RX以及PC10 TX脚与陀螺仪相连，芯片U5的PA10、PA9与通信模块相连，芯片U5的PD12、PD13、PD10、PD11脚与步进电机模块相连。芯片U5芯片U5的型号为STM32f103vet6芯片，采用该型号的芯片，数据处理能力强。

本实用新型的工作原理：外部设备上的控制指令通过通信模块发送给芯片U5，芯片U5接收外部指令并进行指令控制，外部指令包括车轮行走，车轮正转反转、车轮速度检测、车轮姿势检测、除草动作等，当接收到车轮姿势检测时，陀螺仪发送的车轮行走姿态信号，当接收到车轮速度检测时，接收编码器模块发送的车轮实时速度检测数据，当接收到车轮正转反转时，发送车轮驱动电机正反转信号给电机驱动信号模块，当接收到除草动作指令时，发送驱动信号给除草电机供电模块，当需要进行外部数据采集时，接收ESP32模块发送的通信数据，通过外部指令控制车轮行走到指定位置，然后通过车轮正转反转实现前进或后退以及转向等操作，当移动到指定位置，控制割草装置进行姿势调整到待割草位置，然后控制除草电机驱动进行割草动作。

Claims (10)

1.一种割草装置的控制电路，其特征在于：包括主控模块、供电模块、电机驱动电源模块、电机驱动信号模块、编码器模块、除草电机供电模块、ESP32模块、陀螺仪模块和通信模块；

供电模块分别与主控模块、电机驱动电源模块、除草电机供电模块以及ESP32模块相连，主控模块与陀螺仪模块、电机驱动信号模块、编码器模块、ESP32 模块、陀螺仪模块、通信模块相连，电机驱动电源模块用于给车轮驱动电机供电，除草电机供电模块用于给除草刀片电机供电，电机驱动信号模块用于给车轮驱动电机提供驱动信号；主控模块用于与通信模块进行数据传输与接收外部指令、接收陀螺仪发送的车轮行走姿态信号、接收ESP32模块发送的通信数据、接收编码器模块发送的车轮实时速度检测数据，还用于根据外部指令发送车轮驱动电机正反转信号给电机驱动信号模块，根据外部指令发送驱动信号给除草电机供电模块。

2.根据权利要求1所述的一种割草装置的控制电路，其特征在于：供电模块包括输入电源模块、第一降压电路、第二降压电路和第三降压电路，输入电源模块的输入端连接输入电源，输入电源模块的输出端与第一降压电路以及第二降压电路的输入端相连，第一降压电路的输出端输出12V电压，第二降压电路的输出端与主控模块的电源端以及PC1端相连，第三降压电路的输入端与5V电源相连，第三降压电路的输出端与电机驱动电源模块以及电机驱动信号模块、陀螺仪模块相连；

输入电源模块包括开关S1以及接口J1，其中开关S1的一端与输入电源相连，开关S1的另一端与接口J1的第1脚以及输出端VCC-INPUT 24V相连，接口J1的第2脚接地；

第一降压电路包括极性电容E1、芯片U3、电容C7，极性电容E1的正极与输入电源以及芯片U3的第1脚相连，极性电容E1的负极以及芯片U3的第4脚接地，芯片U3的第3脚与电容C7的一端以及接口J4的第2脚相连，接口J4的第1脚接地，电容C7的另一端接地；

第二降压电路包括芯片U1、极性电容C1、极性电容C2和电容C3、芯片U2、极性电容C5、极性电容C6、电容C4、电阻R7和电阻R10，芯片U1的第1脚与极性电容C1的正极以及输入电源相连，芯片U1的第2脚接地，芯片U1的第3脚与极性电容C2的正极以及电容C3的一端相连，极性电容C2的负极以及电容C3的另一端接地，电容C3的一端与主控模块相连，芯片U2的第3脚与极性电容C6的正极、电容C4的一端相连，极性电容C6的负极以及电容C4的另一端接地，芯片U2的第2脚接地，芯片U2的第1脚与极性电容C5的正极以及电阻R7的一端相连并连接到输入电源，电阻R7的另一端与电阻R10的一端相连，电阻R10的另一端以及极性电容C5的负极接地，电阻R10的一端与ESP32 模块的PC1端相连；

第三降压电路包括芯片U4、电容C12、电容C13，芯片U4的第1脚以及第3脚与5V电源相连，芯片U4的第2脚接地，芯片U4的第4脚与电容C13的一端相连，电容C13的另一端接地且与电容C12的一端相连，电容C12的另一端与芯片U4的第5脚相连且输出3.3V电源。

3.根据权利要求1所述的一种割草装置的控制电路，其特征在于：电机驱动模块包括MOS管Q2、MOS管Q1、电阻R1、电阻R3、电阻R2、电阻R4、三极管Q3、三极管Q4、电阻R6、电阻R9、电阻R5、电阻R8、稳压二极管D1、稳压二极管D2、接口J2、接口J3和开关S2，电阻R2的一端连接输入电源，电阻R2的另一端与电阻R4的一端、MOS管Q2的第4脚相连，电阻R4的另一端与三极管Q4的集电极相连，三极管Q4的基极与电阻R6的一端以及电阻R9的一端相连，三极管Q4的发射极与电阻R9的另一端相连并接地，电阻R6的另一端与开关S2的一端以及电阻R5的另一端相连，开关S2的另一端与第三降压电路的输出端相连，MOS管Q2的G4脚还与稳压二极管D2的正极相连，稳压二极管D2的负极与输入电源、MOS管Q2的第3、2、1脚相连，MOS管Q2的第5、第6、第7以及第8脚相连且与接口J3的第1脚相连；接口J3的第2脚接地；

电阻R1的一端连接输入电源，电阻R1的另一端与电阻R3的一端、MOS管Q1的第4脚相连，电阻R3的另一端与三极管Q3的集电极相连，三极管Q3的基极与电阻R5的一端以及电阻R8的一端相连，三极管Q3的发射极与电阻R8的另一端相连并接地，MOS管Q1的G4脚还与稳压二极管D1的正极相连，稳压二极管D1的负极与输入电源、MOS管Q1的第3、2、1脚相连，MOS管Q1的第5、第6、第7以及第8脚相连且与接口J2的第1脚相连；接口J2的第2脚接地。

4.根据权利要求1所述的一种割草装置的控制电路，其特征在于：电机驱动信号模块包括接口P8和P9，接口P8的第1脚、第2脚与第三降压电路的输出端相连，接口P8的第3脚与主控芯片的PB0脚相连，接口P8的第5脚与主控芯片的PD0脚相连，接口P8的第7脚与主控芯片的PD5脚相连，接口P8的第9脚和第10脚接地，接口P8的第4脚与主控芯片的PB1脚相连，接口P8的第6脚与主控芯片的PD1脚相连；接口P8的第8脚与主控芯片的PD6脚相连；

接口P9的第1脚、第2脚与第三降压电路的输出端相连，接口P9的第3脚与主控芯片的PC8脚相连，接口P9的第5脚与主控芯片的PD7脚相连，接口P9的第7脚与主控芯片的PD9脚相连，接口P9的第9脚和第10脚接地, 接口P9的第4脚与主控芯片的PC9脚相连，接口P9的第6脚与主控芯片的PD8脚相连；接口P9的第8脚与主控芯片的PD10脚相连。

5.根据权利要求1所述的一种割草装置的控制电路，其特征在于：编码器模块包括接口P5、P6、P1、P2、电容C9、C10、C14、C15，接口P1的第1脚和第4脚分别与电容C9的两端相连，接口P1的第1脚与5V电源相连，接口P1的第4脚与接地，接口P1的第2脚和第3脚分别与主控模块的PA6脚以及PA7脚相连；接口P2的第1脚和第4脚分别与电容C10的两端相连，接口P2的第1脚与5V电源相连，接口P2的第4脚与接地，接口P2的第2脚和第3脚分别与主控模块的PB6脚以及PB7脚相连；接口P5的第1脚和第4脚分别与电容C14的两端相连，接口P5的第1脚与5V电源相连，接口P5的第4脚与接地，接口P5的第2脚和第3脚分别与主控模块的PA0脚以及PA1脚相连；接口P6的第1脚和第4脚分别与电容C15的两端相连，接口P6的第1脚与5V电源相连，接口P6的第4脚与接地，接口P6的第2脚和第3脚分别与主控模块的PB8脚以及PB9脚相连。

6.根据权利要求1所述的一种割草装置的控制电路，其特征在于：除草电机供电模块包括电阻R11、R12、R15、R16、三极管Q6、MOS管Q5以及接口J5，电阻R11的一端与输入电源相连，电阻R11的另一端与MOS管的栅极以及电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端与三极管Q6的集电极相连，三极管Q6的基极与电阻R15的一端、电阻R16的另一端相连，三极管Q6的发射极接地，电阻R16的另一端接地，电阻R15的另一端与主控芯片的PD15脚相连，MOS管Q5的漏极与电阻R11的一端相连，MOS管Q5的漏极与接口J5的第1脚相连，接口J5的第2脚接地。

7.根据权利要求1所述的一种割草装置的控制电路，其特征在于：ESP32模块06包括接口P7以及电容C16，接口P7的第1脚和第2脚分别与主控芯片的PB10 TX以及PB11 RX相连，接口P7的第3脚接地，接口P7的第4脚外接5V电源。

8.根据权利要求1所述的一种割草装置的控制电路，其特征在于：陀螺仪模块包括接口P3、电阻R13、电阻R14，接口P3的第3脚和第4脚外接5V电源，接口P3的第5脚和第7脚分别与主控模块的PC10 TX脚和PC11 RX脚相连，接口P3的第10脚和第9脚接地，接口P3的第6脚与电阻R13的一端以及主控模块的PE3脚相连，接口P3的第4脚与电阻R14的一端以及主控模块的PE4脚相连，电阻R13和电阻R14的另一端与第三降压电路的输出端相连。

9.根据权利要求1所述的一种割草装置的控制电路，其特征在于：还包括步进电机接口模块，步进机电机接口模块08包括接口P10，接口P10与主控模块00的PD11脚、PD12脚、PD13脚、PD14脚相连。

10.根据权利要求1所述的一种割草装置的控制电路，其特征在于：通信模块包括芯片U6、电容C18、电容C19、电容C17、USB1，芯片U6的第16脚与5V电源、电容C18的一端、电容C19的一端相连，电容C18的另一端、电容C19的另一端接地，芯片U6的第1脚接地，芯片U6的第2脚和第3脚分别与主控模块的PA10和PA9相连，芯片U6的第4脚与电容C17的一端相连，电容C17的另一端接地，芯片U6的第5脚与USB1的第3脚相连，芯片U6的第6脚与USB1的第2脚相连，USB1的第5脚接地，USB1的第1脚外接5V电源。

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