智能除草小車設(shè)計-智能遙控除草機器人的設(shè)計

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文智能除草小車設(shè)計-智能遙控除草機器人-I-緒論課題研究的背景與意義在我國，為了營造一個健康、環(huán)保的人居環(huán)境，城市中的道路綠地越來越多。我國正處于人口老化階段，而植保安員多為50多歲。所以一般的割草機對于植物保護者來說是不合適的。同時，在農(nóng)業(yè)、林業(yè)等行業(yè)中，除草的工作也是必不可少的一項工作，它的工作質(zhì)量直接關(guān)系到作物的生長[2]。而這其中最耗費資源的，就是人工了。用手推型或肩膀型的鋤草工具，需要耗費大量的人力，而且效率非常低下。近年來，在我國，人工草地的機械化程度越來越高，人工草地的養(yǎng)護工作也越來越多地受到人們的關(guān)注。雖然在很大程度上減輕了人們的勞動強度和工作效率低下的問題，但是仍然沒有使人們擺脫其奴役。所以我要設(shè)計一個遠(yuǎn)程操作的割草機器，這樣就不需要人跟著也不需要在太陽下工作了。除草機系統(tǒng)設(shè)計國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析國外研究現(xiàn)狀1805年，英國人普拉克內(nèi)特發(fā)明了一種可以用來收獲和清除野草的機械，但那時候的機械都是由人力驅(qū)動，用來清除野草的。一八三○年，另一位英國的紡織業(yè)工人比爾布丁，在他的研究下，發(fā)明出了一種新型的割草器。1902年，英國倫敦恩斯發(fā)明了一種以內(nèi)燃機為驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)式鋤草機器，這種鋤草機器的工作原理被沿用至今?，F(xiàn)在，國外的一些智能型的鋤草機器，如圖1-1所示圖1-1國外智能除草機研究現(xiàn)狀在2023年，巴基斯坦的

HussainAzmat和

FatimaHafizaSundus公司已經(jīng)研制出了成本效益高、易于推廣的高效的高效除草機器。為了精準(zhǔn)地除草，人們研制了一種可自行運動的農(nóng)用自動機械裝置，該裝置裝有20W的激光器。一片田地的雜草，每秒0.07米，需要23.7小時。與此相反，傳統(tǒng)的雜草修剪方法非常費力，一公頃的土地要花上好幾天。本除草機的作業(yè)可大大地增加了除草的效果。在2022年，

ChristianTafere,

HabtamuAssega等人進行了一項關(guān)于埃塞俄比亞西北旱作低地稻田種植環(huán)境中機器人除草器的有效性的評價。結(jié)果表明，旋轉(zhuǎn)式滅草器的滅草效果最好，可達(dá)90.2%，而指推式滅草器的滅草效果可達(dá)82.8%。但是，推式鋤草機只能達(dá)到51.3%的除草效果，而星輪可以達(dá)到42%的效果[6]。因此，我們可以看出，旋轉(zhuǎn)式鋤草機具造價最低，但是節(jié)省的費用也最大，推式鋤草機具造價最大，節(jié)省的費用也最小。在2022年，

Hosseini

Homman,

FarzadAbdulali等人完成了四連桿式雜草清除裝置的多指標(biāo)優(yōu)化設(shè)計和研制。對采用最優(yōu)設(shè)計技術(shù)開發(fā)出的四臂式翻土機與采用傳統(tǒng)設(shè)計方法開發(fā)出的四臂式翻土車的工作特性進行了對比。研究發(fā)現(xiàn)，采用擬牛頓最優(yōu)法與雜交基因演算法相結(jié)合，能夠從除草效果、對作物造成的傷害及耕種深度等多個性能參數(shù)上，獲得更為高效的除草裝置[7]。國內(nèi)研究現(xiàn)狀在智能裝備、精準(zhǔn)作業(yè)和農(nóng)業(yè)的控制系統(tǒng)方面，與國外的先進水平相比，仍有一定的差距。目前，在國內(nèi)，常見的一些需要人工跟蹤的除草機，雖然在國內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，但是，這種需要脫離人工跟蹤的除草機還在測試階段，還不能實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)應(yīng)用[8]。目前，國內(nèi)平均每個人的草地面積僅為國外先進水平的30%，因此，在國內(nèi)開發(fā)出了一種新型的自動除草機[9]。近幾年，由于人們的物質(zhì)條件的改善，人們越來越關(guān)注生態(tài)的衛(wèi)生問題，在城市公路上進行了綠化建設(shè)；同時，也為國內(nèi)智能化除草機械的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。而智能化的雜草清理，在人力和工作效率上都有很大的提高。吉林省農(nóng)機研究所譚宏杰和李春勝等人研制出了一種新型的稻田自動除草裝置[10]，該裝置能高效地利用自動除草技術(shù)取代傳統(tǒng)的手工除草方法。另外，吉林省農(nóng)機研究所還對喬清旭和楊晶等人進行了有關(guān)智能鋤草機器人的研究，并探討了該機器人的發(fā)展方向[11]。在秋收季節(jié)，傳統(tǒng)的鋤草機械因為地勢的關(guān)系，不能完全的施展，因此，黑龍江省農(nóng)墾研究院王深妍和周成等人，研制出了一種六合稻田鋤草機械[12]，這種機械不但可以有效的緩解稻田雜草的生長，而且還可以提高稻田雜草的生長速度。目前常見的除草機又以下幾種類型：1.掛式除草機中國農(nóng)大工程技術(shù)學(xué)院的祝露和尤泳等人，對吊車的折彎裝置和水力仿行作了較深入的探討[13]。從而使該設(shè)備在多山地區(qū)工作時，對地勢的適應(yīng)性得到了增強。2.旋轉(zhuǎn)式除草機河北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所的劉聰、侯升林等為了明確機械化粉碎綠肥的適宜品種以及粉碎效果的因素用旋轉(zhuǎn)除草機進行研究，得出旋轉(zhuǎn)除草機粉碎過程中植株含水量越高，粉碎效果越好，綠肥地上部生物量鮮重與粉碎效果關(guān)系不密切的結(jié)論[14]。3.往復(fù)式除草機中國農(nóng)大工程技術(shù)研究院的王德成、梁方等人將往復(fù)除草器的振動特征與模型作了比較研究。往復(fù)式除草機機構(gòu)的共性缺點是：在將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為往復(fù)式運動時，都會因為切割器的往復(fù)運動而產(chǎn)生一個慣性力，從而導(dǎo)致割臺的振動，對割茬的高度有一定的影響，還會降低機械的抗疲勞強度。因此，對整個設(shè)備的壽命產(chǎn)生了很大的影響。如附圖2所示，為國產(chǎn)往復(fù)除草裝置。圖1-2往復(fù)式除草機4.草坪除草機需要按照草坪的留茬高度進行修剪。在一些特殊地方不方便使用。5.推車式除草機不再需要把除草機背在身上，改成推車的形式如圖3。既方便又輕巧靈活。圖1-3推車式除草機研究的主要內(nèi)容和方法研究對象：除草機系統(tǒng)設(shè)計研究的內(nèi)容：1.查閱資料了解遙控除草機使用環(huán)境和工作原理；2.在結(jié)構(gòu)方面了解遙控除草機的結(jié)構(gòu)組成并繪制出遙控除草機的三維建模；3.計算出遙控除草機機械結(jié)構(gòu)參數(shù)；4.根據(jù)計算出的結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇遙控除草機主要結(jié)構(gòu)件；5.根據(jù)三維模型完成遙控除草機二維工程圖繪制(圖紙繪制量不少于1張A0)；6.控制部分完成遙控除草機主要元器件選型、I/O口分配、電路原理圖和程序的編程；7.根據(jù)已完成的控制部分對遙控除草機的模型進行仿真驗證。除草機系統(tǒng)總體方案設(shè)計除草機系統(tǒng)總體方案設(shè)計除草機機械結(jié)構(gòu)方案設(shè)計遙控除草機機械結(jié)構(gòu)主要包括除草機行走差速裝置、除草裝置、以及除草刀片升降裝置組成機械結(jié)構(gòu)。方案簡圖如圖2-1遙控除草機機械結(jié)構(gòu)簡圖所示。圖2-1遙控除草機機械結(jié)構(gòu)簡圖除草機外形尺寸規(guī)格遙控除草機外形尺寸，長960mm、寬800mm、高635mm，因為除草機需要小巧靈活，以及適應(yīng)狹窄環(huán)境下的除草工作，以及各種其余路面進行工作，如果除草機發(fā)生故障也可以進行人工手動搬運維修，這些是設(shè)計除草機的主要優(yōu)點，也可以參考現(xiàn)有除草機的外形尺寸，其尺寸大小都不是很大。除草機除草方法以及行駛轉(zhuǎn)向方法除草機行駛除草方法為刀片通過蝸輪蝸桿減速器帶動刀片旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)除草功能，除草機行進功能以及轉(zhuǎn)向功能采用差速轉(zhuǎn)向以及四輪同步轉(zhuǎn)動實現(xiàn)行進[16]，提高除草機在草地中的通過性。4輪差速輪運動示意圖如下：(1)轉(zhuǎn)向示意圖如圖2-2除草機差速轉(zhuǎn)向示意圖所示。輪1輪2向后轉(zhuǎn)動，輪3輪4向前轉(zhuǎn)動實現(xiàn)向左轉(zhuǎn),輪1輪2向前轉(zhuǎn)動，輪3輪4向后轉(zhuǎn)動實現(xiàn)向右轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向原理，如果轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動時間較長可實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)圈。圖2-2除草機差速轉(zhuǎn)向示意圖(2)除草機行進后退示意圖如圖2-3除草機前進倒退示意圖所示。輪1輪2輪3輪4向后轉(zhuǎn)動實現(xiàn)后退，輪1輪2輪3輪4向前轉(zhuǎn)動實現(xiàn)前進。圖2-3除草機前進倒退示意圖除草機驅(qū)動系統(tǒng)方案設(shè)計(1)液壓傳動方案液壓傳動，指以液體為介質(zhì)進行能量傳遞和控制的一種傳動方式。這種方案的主要優(yōu)點是具有良好的潤滑性、易于實現(xiàn)各種傳動控制、質(zhì)量和體積小、簡化電氣系統(tǒng)、操作安全、運行可靠等。但存在著效率損失、受溫度影響較大、液體泄漏、成本較高等缺點。(2)機械傳動方案機械傳動，指利用機械方式傳遞動力和運動的傳動。它主要分為兩類：一是靠機件間的摩擦力傳遞動力的摩擦傳動(如帶傳動)，二是靠主動件與從動件嚙合或借助中間件嚙合傳遞動力或運動的嚙合傳動(如齒輪)。它的主要優(yōu)點是運動準(zhǔn)確可靠、動作頻率高，但結(jié)構(gòu)較大，動作程序不可變。(3)電力傳動方案電力傳動，指使用電機將電能轉(zhuǎn)化為機械能，以驅(qū)動機器工作的傳動。其機械結(jié)構(gòu)簡單。對比三種方案，除草機以小型化為主，液壓傳動方案必須配備液壓泵站，以及液壓管路，及其占用除草機內(nèi)部空間，增加小車負(fù)載浪費有效資源，機械傳動方案，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本價格高，照成經(jīng)濟浪費，電力傳動方案比較適用于除草機，因為現(xiàn)有電機有大扭矩直流電機，可以直接驅(qū)動負(fù)載滿足除草機的功能需求。除草機除草結(jié)構(gòu)系統(tǒng)方案(1)除草機滾刀除草機滾刀類似與滾筒，只不過其滾筒表面替換成刀片性質(zhì)，其割草由徑向旋轉(zhuǎn)帶動滾刀，進行割草作業(yè)[18]。(2)除草機一字行旋轉(zhuǎn)刀除草機一字型旋轉(zhuǎn)刀，整體刀片成一字型，通過鏈接法蘭軸，鏈接減速機實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)除草作業(yè)。如圖2-4一字型割草機刀所示。圖2-4一字型割草機刀刀具對比結(jié)論：通過對于兩款除草刀的對比，旋轉(zhuǎn)滾刀除草效率底，占用空間大，電機損耗濾比較大，旋轉(zhuǎn)滾刀容易纏草，效果不佳，一字型刀，負(fù)載輕結(jié)構(gòu)強度高，鏈接結(jié)構(gòu)簡單，符合遙控除草機的結(jié)構(gòu)要求。除草機除草滾刀升降結(jié)構(gòu)除草機滾刀升降機構(gòu)采用電動缸帶動三角型滑塊接觸滾輪，實現(xiàn)刀具升降位移，滾刀提升架采用彈簧回縮實現(xiàn)加力效果，其結(jié)構(gòu)如圖2-5滾刀升降結(jié)構(gòu)圖所示。圖2-5滾刀升降結(jié)構(gòu)圖除草機控制系統(tǒng)方案(1)PLC控制系統(tǒng)方案PLC控制系統(tǒng)是在順序控制器的基礎(chǔ)上引入了大量的現(xiàn)代技術(shù)而形成的控制裝置，目的是用來取代繼電器、執(zhí)行邏輯等順序控制功能，建立柔性的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。其主要優(yōu)點是通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、編程簡單等特點。但是各個品牌的PLC軟件硬件體系不兼容，結(jié)構(gòu)封閉，并且價格昂貴[17]。(2)單片機控制系統(tǒng)方案單片機系統(tǒng)是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。其主要優(yōu)點是體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、集成度高、存儲容量大、外部擴展能力強、控制功能強等優(yōu)點。通過對比，PLC適用于大型智能化設(shè)備，單片機可以使用小型設(shè)備的控制，PLC成本過高，單片機可進行批量生產(chǎn)，價格低，PLC無法實現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控，單片機可以通過同學(xué)模塊實現(xiàn)遙控控制符合除草機控制要求，所以采用單片機作為除草機的控制系統(tǒng)方案。本章小結(jié)本章介紹了遙控除草機的機械結(jié)構(gòu)方案，以及智能驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計方案、滾刀升降結(jié)構(gòu)方案設(shè)計、以及控制系統(tǒng)方案設(shè)計。通過對方案的對比選擇出最適合的方案來完成其結(jié)構(gòu)的確定，并且完成論文第2章的書寫。除草機總體方案設(shè)計除草機的結(jié)構(gòu)部分主要包括行走機構(gòu)、除草宣傳刀機構(gòu)、和旋轉(zhuǎn)刀提升機構(gòu)，再除草機結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)先使用結(jié)果最強的軟件SW軟件進行機械設(shè)計，現(xiàn)階段機械三維軟件的主要用途就是使機械設(shè)計人員重繁重的二維設(shè)計工作中解救出來，進行三維建模可以至關(guān)的看出機械設(shè)計的整體比例問題以及外觀美觀度和零部件設(shè)計的，求可以讓機械設(shè)計人員更好更細(xì)致的進行機械設(shè)計工作。除草機驅(qū)動結(jié)構(gòu)設(shè)計小車驅(qū)動機構(gòu)有4組差速驅(qū)動輪組成，可以根據(jù)各驅(qū)動輪的差速轉(zhuǎn)向以及方向切換實現(xiàn)除草機的各個方向以及原地轉(zhuǎn)圈的功能性要求，小車驅(qū)動裝置主要有驅(qū)動輪、直流大扭矩電機、電機固定板組成。除草機驅(qū)動結(jié)構(gòu)設(shè)計在進行設(shè)計之前，需要參考相關(guān)數(shù)據(jù)并制定一些參數(shù)，下面是已知的除草機設(shè)計參數(shù)，如表3-1除草機主要參數(shù)表所示：表3-1除草機主要參數(shù)表項目行駛速度除草機刀片轉(zhuǎn)速除草機刀片調(diào)節(jié)距離除草機0.6m/s1000r/min30-90mm(1)除草機行駛總負(fù)載計算，根據(jù)已知的驅(qū)動輪質(zhì)量和除草機車上負(fù)載計算負(fù)載質(zhì)量：(2)除草機驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速計算，根據(jù)已知的除草機行駛速度和除草機驅(qū)動輪直徑為250mm計算驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速：(3)除草機行駛加速度計算，根據(jù)已知的除草機行駛速度計算除草機的加速度：(4)除草機加速距離計算，根據(jù)已知的除草機行駛速度和上式中計算出的加速度計算除草機的加速距離：(5)除草機行駛阻力，根據(jù)已知除草機總負(fù)載計算除草機的滾動摩擦阻力：(6)加速阻力計算，根據(jù)已知除草機總負(fù)載和加速度計算除草機的加速摩擦阻力：(7)假定除草機爬坡最大角度為30度，根據(jù)已知的除草機總負(fù)載計算除草機爬坡阻力距：(8)除草機行駛牽引力計算，根據(jù)已知的滾動阻力、加速阻力和坡度阻力計算除草機行駛中受到的總牽引力：(9)行駛阻力距計算，根據(jù)上式中求出的總牽引力和驅(qū)動輪的直徑計算出除草機行駛阻力矩：(10)負(fù)載扭矩求解計算，根據(jù)已知阻力矩等于扭矩計算出除草機的負(fù)載扭矩：(11)行駛電機電機功率確定，根據(jù)上式中計算出的負(fù)載扭矩等數(shù)值計算出除草機行駛電機的電機功率：(12)電機額定功率計算，根據(jù)已知的電機功率和轉(zhuǎn)化率求出電機的額定功率：(13)電機輸出扭矩，根據(jù)上式中得出的行駛阻力矩和轉(zhuǎn)換率求出行駛電機的輸出扭矩：根據(jù)計算公式所得，電機選取750w直流無刷電機，鏈接輪轂，直接驅(qū)動，扭矩要求139.6N·m，根據(jù)計算要求選取PM-YUL-1/2HP，并配有行星齒輪減速機。除草機除草機構(gòu)設(shè)計除草機除草機構(gòu)電機選型計算旋轉(zhuǎn)刀片電機是除草機的主要核心部位零部件，除草機構(gòu)的穩(wěn)定性直接影響除草機的結(jié)構(gòu)性能，也是決定除草機是否是一個合格的產(chǎn)品，所以要對電機進行計算。(1)通過三維軟件對刀片質(zhì)量進行評估測量刀片質(zhì)量為1.547Kg，轉(zhuǎn)動慣量為0.043kg·m2(2)計算除草刀角速度，由表3-1所知，根據(jù)除草刀轉(zhuǎn)速為1000r/min計算角速度：(3)計算除草刀角加速度，根據(jù)上式中得出的角速度計算除草機刀的角加速度：(4)計算除草刀負(fù)載扭矩，根據(jù)上市中得出的角加速度計算刀的負(fù)載扭矩：(5)負(fù)載扭矩折算到電機扭矩，計算減速比，電機轉(zhuǎn)速為3000r/min,輸出轉(zhuǎn)速為1000r/min,所以選取減速比為3的減速機，減速機選取蝸輪蝸桿減速機，由于除草刀由旋轉(zhuǎn)慣性，配合蝸輪蝸桿減速機自鎖性，能更好的控制除草刀的停止。(6)計算直流無刷電機功率(7)根據(jù)計算結(jié)果選取1.2K直流無刷電機，其輸出轉(zhuǎn)速為3000r/min,減速機1:3蝸輪蝸桿減速機型號為NMRV040/10/FA1/56C/B3型減速機。除草機刀片鏈接軸設(shè)計實心軸扭轉(zhuǎn)強度條件為：(3-1)上述式3-1中：T為軸多受的扭矩，N·mm為軸的抗扭截面系數(shù)，n為軸的轉(zhuǎn)速，r/minP為軸傳遞的功率，KWd為計算截面處軸的直徑，mm為許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，Mpa，值按軸的不同材料選取，常用軸的材料及值見下表3-2軸的材料和許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力表所示。表3-2軸的材料和許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力表軸的材料Q235，2035451Cr18Ni9Ti40Cr，35SiMn,2Cr13，42SiMn12-2020-3030-4015-2540-52A160-135135-118118-107148-125100.7-98(1)求刀具鏈接軸最小軸直徑，根據(jù)表中已知數(shù)值計算出連接軸的最小直徑：(2)根據(jù)最小軸直徑設(shè)計鏈接軸各部位尺寸如圖3-1連接軸簡圖所示。圖3-1連接軸簡圖D1段直徑為12mm，取主要作用是緊固軸防止軸脫出減速機，L2長度為20mm，D2為插入蝸輪蝸桿減速機部分，其直徑為18mm，L3長度為78mm，D3為減速機深入孔端部固定軸肩其直徑為29mm，長度為20mm，D4直徑為24mm，長度為145mm，最大端部為與除草刀鏈接部位，其尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計與除草刀配套。鏈接軸強度核校(1)軸強度核校采用剛度核校公式，校核公式3-2：(3-2)當(dāng)提升旋轉(zhuǎn)軸的剛度符合設(shè)計要求，通過查表所得。-許用應(yīng)力-軸的危險斷面抗彎斷面系數(shù)(2)實心軸危險斷面抗彎的計算，根據(jù)D1段的直徑計算出實心軸危險斷面抗彎的數(shù)值：(3)危險斷面上最大扭矩計算，根據(jù)上述式中的數(shù)值計算出危險斷面上能承受的最大扭矩：P-該軸傳遞的最大功率nj-該軸的計算轉(zhuǎn)速(4)施加在軸上圓周力以及切向力計算，根據(jù)上述式中得出的最大扭矩和軸的直徑計算出切向力和圓周力：切向力：圓周力：(5)合力計算，根據(jù)切向力和圓周力計算出合力：(6)彎矩數(shù)值計算，根據(jù)合理和軸的長度計算出彎矩數(shù)值：(7)軸剛度校核計算，根據(jù)上述式中得出的彎矩和扭矩進行軸的剛度校核：計算所得結(jié)果，除草刀結(jié)構(gòu)強度滿足強度要求。除草機刀片提升機構(gòu)提升除草機構(gòu)采用電動缸帶動三角塊，配合接觸輪，實現(xiàn)刀具上升下降的功能，所以本節(jié)針對電動缸進行計算。(1)電動缸性能指標(biāo)：電動缸行程為50mm；電動缸初始安裝長度300mm；電動缸速度為5mm/s；電動缸額定電壓為36V；-40℃-55℃正常工作。(2)淋雨試驗：6mm/h；沖擊實驗：加速度30g；三防要求：濕熱、鹽霧、霉菌；符合空投和空載運輸要求。(3)工作原理為：伺服電機旋轉(zhuǎn)，通過減速器、蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)帶動絲杠副旋轉(zhuǎn)；絲杠螺母徑向限位，在絲杠旋轉(zhuǎn)力矩的驅(qū)動下，絲杠螺母與電動高低機推桿一起做往復(fù)直線運動。(4)計算負(fù)載力，根據(jù)已知的除草機升降總負(fù)載重量計算出升降系統(tǒng)的總負(fù)載力：(5)由于三角滑塊與接觸輪式滾動摩擦，所以電動缸負(fù)載推力也以滾動摩擦計算：(6)預(yù)選電動缸型號為QZD60-S50型電動缸，電動缸的傳動原理為滾珠絲杠傳動，該型號電動缸基本額定動載荷為[Ca]=15400N、基本額定靜載荷為[Coa]=33100N，導(dǎo)程Ph=6mm。(7)計算絲母預(yù)緊力，根據(jù)上述式中的電動缸額定動載荷計算出絲母的預(yù)緊力：(8)計算軸向動載荷，根據(jù)上述式中得出的電動缸負(fù)載推力和絲母的預(yù)緊力計算出需要的軸向動載荷：(9)計算絲杠副理論要求轉(zhuǎn)速，根據(jù)已知的數(shù)值計算出絲杠副要求轉(zhuǎn)速的理論值：(10)計算絲杠實際額定壽命（總轉(zhuǎn)數(shù))，根據(jù)上述式中電動缸額定動載荷、摩擦力和總的軸向動載荷計算出絲杠的實際額定壽命：根據(jù)計算結(jié)果可知絲杠副額定壽命滿足可以使用要求。(11)計算滾珠絲杠臨界壓縮載荷校核：綜合上訴計算，該型號滾珠絲杠副可以滿足使用要求。(12)計算滾珠絲杠轉(zhuǎn)速，根據(jù)已知的速度和導(dǎo)程計算出滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速：(13)絲杠副的效率，根據(jù)上述式中的數(shù)值計算出電動缸中絲杠副的效率：(14)絲杠副的額定輸出轉(zhuǎn)矩為，根據(jù)上述式中得出的軸向動載荷和導(dǎo)程計算出電動缸中絲杠副的額定輸出轉(zhuǎn)矩：刀片提升電動缸內(nèi)部絲杠副傳動滿足于除草刀片提升負(fù)載的要求。本章小結(jié)本章針對于除草機驅(qū)動結(jié)構(gòu)進行設(shè)計、以及除草機刀片結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，完成除草機結(jié)構(gòu)的主要部分選型計算，豐富優(yōu)化除草機功能性結(jié)構(gòu)特征，使其更加貼合實際，用理論計算豐富除草機的設(shè)計，并書寫第3章論文內(nèi)容。除草機系統(tǒng)硬件設(shè)計單片機控制方案設(shè)計本設(shè)計所研究的除草機硬件設(shè)計按照功能大致可以分為以下幾個部分：單片機部分、割草部分、刀具升降部分、電機驅(qū)動控制模塊部分和無線模塊。硬件總體結(jié)構(gòu)框圖如圖4-1硬件總體結(jié)構(gòu)框圖所示。圖4-1硬件總體結(jié)構(gòu)框圖所設(shè)計的除草機系統(tǒng)控制以STC8F1K08S2單片機為核心。實現(xiàn)除草機的啟動和停止、割草的啟動和停止和刀具的上下移動。其中，整個系統(tǒng)內(nèi)部配有無線模塊。通過無線模塊的應(yīng)用，可以實現(xiàn)對除草機的遠(yuǎn)程遙控，根據(jù)在遙控器上連接單片機的按鍵，實現(xiàn)除草機的各項功能。電子器件選型通過分析滿足控制系統(tǒng)需要的功能，選定出如表4-1電子器件選型表所示的元器件作為電器原件。表4-1電子器件選型單片機型號STC8F1K08S2電源芯片XL1507-5.0無線模塊LC12S/靈-TR2/2.4G驅(qū)動電機PM-YUL-1/2HP升降電機QZD60-S50型電機割草電機直流電機電機驅(qū)動器CCM96SK割草電機升降限位開關(guān)歐姆龍SS-5GL繼電器松樂SDR-24VDC-SL-C按鍵1212輕觸按鍵其中考慮到單片機需要安裝在遙控器中，選擇STC8F1K08S2作為單片機主控制器；控制除草機運動的驅(qū)動電機根據(jù)其計算結(jié)果以及功能分析，選擇了型號為PM-YUL-1/2HP的電機和CCM96SK型號的驅(qū)動器；控制刀具升降的電機，根據(jù)其電動缸的要求，選擇了型號QZD60-S50型電動缸的電機；控制除草機進行割草工作的電機選擇了直流電機以及CCM96SK電機控制模塊；根據(jù)割草機刀具的升降移動選擇了型號為歐姆龍SS-5GL的升降限位開關(guān)；根據(jù)選擇的升降限位開關(guān)選擇型號為松樂SDR-24VDC-SL-C的繼電器；最后選擇了12×12輕觸按鍵進行控制整個系統(tǒng)。主控制器-STC8F1K08S2單片機STC8F1K08S2是一種超高速8051內(nèi)核，比傳統(tǒng)8051約快12倍以上的單片機。它的指令代碼可以完全兼容傳統(tǒng)8051，它有著多達(dá)16個中斷源并且搭載著4級中斷優(yōu)先級，還可以支持在線仿真。它的工作電壓為1.9V~5.5V，工作溫度在-40℃~85℃完全滿足除草機的戶外條件。它用于存儲用戶代碼有最大11K字節(jié)的FLASH空間，它還能128字節(jié)內(nèi)部直接和間接訪問RAM，1024字節(jié)內(nèi)部擴展RAM，并且外部最大可擴展64K字節(jié)RAM。它還有時鐘控制、數(shù)字外設(shè)和模擬外設(shè)等功能[19]。如圖4-2單片機STC8F1K08S2實物圖所示。圖4-2單片機STC8F1K08S2實物圖無線模塊-LC12S/靈-TR2/2.4G模塊LC12S采用2.4GS技術(shù)，特點是免開發(fā)、視距100米、收發(fā)一體無需切換、串口透明傳輸。提供通信協(xié)議,可迅速調(diào)試成功。用戶只需要了解串口通信，無需復(fù)雜的無線通訊知識，就能完成無線通信產(chǎn)品的開發(fā)。它有2.4GHzISM頻段，128個頻道可調(diào)，最大輸出功率12dBm。并且通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換及射頻收發(fā)切換自動完成，簡單易用。通訊速率0.6kbps-38.4kbps，用戶可通過AT指令配置。小體積SMD封裝，無需天線，安裝方便。如圖4-3LC12S模塊所示。圖4-3LC12S模塊I/O口分配設(shè)計通過分析滿足單片機控制系統(tǒng)需要的功能，設(shè)計單片機I/O口分配。主控板I/O口分配如表4-2主控板I/O口分配表所示。表4-2主控板I/O口分配表I/O口器件名稱器件引腳P1.2上限位開關(guān)歐姆龍信號輸出AP1.3下限位開關(guān)歐姆龍信號輸出AP1.1繼電器驅(qū)動PIN1P1.0割草升降電機脈沖PIN2P3.7割草升降電機方向PIN3P3.6左前輪電機方向PIN4P3.5左后輪電機方向PIN5P3.4右前輪電機方向PIN6P3.2右后輪電機方向PIN7P3.2所有車輪電機脈沖PIN8P3.1下載及2.4G模塊通訊腳TXDP3.0下載及2.4G模塊通訊腳RXDP1.62.4G模塊設(shè)置腳2.4G_SETP1.72.4G模塊片選腳2.4G_CSP5.4狀態(tài)指示LED燈TES0遙控板單片機I/O口分配如表4-3遙控板單片機I/O口分配表所示。表4-3遙控板單片機I/O口分配表I/O口器件名稱器件引腳P3.3前進按鍵PIN1P3.5后退按鍵PIN1P3.4左轉(zhuǎn)按鍵PIN1P3.6右轉(zhuǎn)按鍵PIN1P1.0割草按鍵PIN1P1.1割草電機上升按鍵PIN1P3.7割草電機下降按鍵PIN1P3.1下載及2.4G模塊通訊腳TXDP3.0下載及2.4G模塊通訊腳RXDP1.62.4G模塊設(shè)置腳2.4G_SETP1.72.4G模塊片選腳2.4G_CSP5.4狀態(tài)指示LED燈TES0電路原理圖設(shè)計主控板單片機外圍電路原理圖根據(jù)上述設(shè)計的單片機I/O口分配表，設(shè)計控制系統(tǒng)的硬件連線，繪制的主控板單片機外圍電路原理圖如圖4-4主控板單片機外圍電路原理圖所示。圖4-4主控板單片機外圍電路原理圖(1)電源電路部分XL1507為核心，將輸入電壓轉(zhuǎn)為5.0V及1117轉(zhuǎn)為3.3V，如下圖4-5電源電路部分所示。圖4-5電源電路部分(2)限位開關(guān)驅(qū)動電路及接口部分限位開關(guān)上拉電阻4.7K，觸發(fā)時被下拉為0V，單片機檢測到低電平則控制割草升降電機進行相應(yīng)限位動作，如圖4-6限位開關(guān)驅(qū)動電路及接口部分所示。圖4-6限位開關(guān)驅(qū)動電路及接口部分(3)下載接口電路部分通過USB-TTL專用下載器下載目標(biāo)程序或調(diào)試，如圖4-7下載接口電路部分所示。圖4-7下載接口電路部分(4)指示燈電路部分通過不通頻率閃爍來表示基本運行和通訊狀態(tài)，如圖4-8指示燈電路部分所示。圖4-8指示燈電路部分(5)2.4G模塊電路部分選用蜂鳥科技的LC12S/靈-TR2/2.4G模塊實現(xiàn)實時遙控操作如圖4-92.4G模塊電路部分所示。圖4-92.4G模塊電路部分(6)單片機核心電路部分此部分是單片機的核心電路部分，如圖4-10單片機核心電路部分所示。圖4-10單片機核心電路部分(7)驅(qū)動電路部分Q1用來驅(qū)動割草電機運行繼電器總電源，Q2/Q3分別用來驅(qū)動割草升降電機驅(qū)動器的脈沖和方向，Q4~Q7分別用來控制4個車輪電機驅(qū)動器的方向，Q8用來驅(qū)動4個車輪電機驅(qū)動器的脈沖，4輪共用，如圖4-11驅(qū)動電路部分所示。圖4-11驅(qū)動電路部分(8)繼電器電路部分用來控制割草電機運行總電源，如圖4-12繼電器電路部分所示。圖4-12繼電器電路部分遙控板單片機外圍電路原理圖根據(jù)上述設(shè)計的單片機I/O口分配表，設(shè)計控制系統(tǒng)的硬件連線，繪制的遙控板單片機外圍電路原理圖如圖4-13遙控板單片機外圍電路原理圖所示。圖4-13遙控板單片機外圍電路原理圖(1)電源電路部分使用外部2節(jié)5號1.5V普通電池作為電源，通過按鈕S1控制通斷，如圖4-14電源電路部分所示。圖4-14電源電路部分(2)按鍵電路部分7個12×12規(guī)格輕觸按鍵分別控制車輛的前后左右運動，及割草電機的升降和啟停，如圖4-15按鍵電路部分所示。圖4-15按鍵電路部分(3)指示燈電路部分通過不通頻率閃爍來表示基本運行和通訊狀態(tài)，如圖4-16指示燈電路部分所示。圖4-16指示燈電路部分(4)2.4G模塊電路部分選用蜂鳥科技的LC12S/靈-TR2/2.4G模塊實現(xiàn)實時遙控操作如圖4-172.4G模塊電路部分所示。圖4-172.4G模塊電路部分(5)單片機核心電路部分此部分是單片機的核心電路部分，與主控板同型號單片機如圖4-18單片機核心電路部分所示。圖4-18單片機核心電路部分本章小結(jié)本章進行了了控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，介紹了單片機的控制方案，各元器件的選型和電路連線的設(shè)計。通過對預(yù)實現(xiàn)功能的分析，完成了控制系統(tǒng)的總體硬件方案，介紹了單片機要完成的控制任務(wù)；通過對所需I/O數(shù)量的估算，選定了STC8F1KO8S2作為單片機主控制器；根據(jù)第三章的計算數(shù)值與功能要求，選擇了PM-YUL-1/2HP的驅(qū)動電機和CCM96SK型號的驅(qū)動器；根據(jù)工作條件選擇了直流電機以及CCM96SK電機控制模塊；根據(jù)工作要求，選擇了蜂鳥科技的LC12S/靈-TR2/2.4G模塊作為遙控信號的收發(fā)。通過對設(shè)計的電氣模型進行分析，完成了系統(tǒng)整體和各部分電路的設(shè)計。由此完成了智能遙控割草機的控制系統(tǒng)硬件設(shè)計的相關(guān)問題。除草機控制系統(tǒng)軟件設(shè)計程序總體設(shè)計軟件使用KEIL，針對所需要完成的功能，進行控制系統(tǒng)的總體軟件設(shè)計。需要完成的功能為割草工作、人機交互工作，其中割草工作模塊包含著4車輪電機運行和割草電機、升降電機控制幾個子程序，人機交互模塊包含遙控信號通訊模塊驅(qū)動。主控部分如下圖5-1主控軟件總體框架結(jié)構(gòu)圖所示，遙控部分如圖5-2遙控軟件總體框架結(jié)構(gòu)圖所示。圖5-1主控軟件總體框架結(jié)構(gòu)圖圖5-2遙控軟件總體框架結(jié)構(gòu)圖程序運行邏輯概述：主控：上電；系統(tǒng)初始化各引腳和資源配置；所有電機全部靜止；無線通訊端口實時監(jiān)測接收到的數(shù)據(jù)；并對收到的數(shù)據(jù)進行驗證和功能解析；識別出2.4G遙控7個按鍵的操作；針對識別的信息進行車子的前進、后退、左右轉(zhuǎn)動和割草電機、升降電機的運行控制；并對限位開關(guān)實時監(jiān)測，以防過升或過降。遙控：上電；系統(tǒng)初始化各引腳和資源配置；按鍵監(jiān)測，如有有效觸發(fā)；生成執(zhí)行邏輯信息；驅(qū)動2.4G發(fā)送按鍵邏輯命令。關(guān)鍵程序設(shè)計主函數(shù)程序本次設(shè)計的主函數(shù)程序的作用是通過調(diào)用大量的函數(shù)來完成了上一節(jié)所設(shè)計的運動流程，并且協(xié)調(diào)好各個器件的之間的工作時間和順序。其程序如下：(1)引腳定義程序如下：sbitTES0=P3^7; //OUT//指示燈sbitEN_A=P3^2; //T/R485 1/OUT0/INsbitMCUPX=P1^2; //IN//刀具降低sbitMCDWX=P1^1; //IN//刀具升高sbitMLXX=P1^4; //IN//向左轉(zhuǎn)sbitMRXX=P1^6; //IN//向右轉(zhuǎn)sbitMQXX=P1^5; //IN//前進sbitMHXX=P1^3; //IN//后退sbitMCXX=P1^7; //IN//割草sbitM0LP=P2^7; //OUT//左前輪電機脈沖sbitM0LC=P2^6; //OUT//左前輪電機方向sbitM0RP=P2^5; //OUT//右前輪電機脈沖sbitM0RC=P2^4; //OUT//右前輪電機方向sbitM1LP=P2^3; //OUT//左后輪電機脈沖sbitM1LC=P2^2; //OUT//左后輪電機方向sbitM1RP=P2^1; //OUT//右后輪電機脈沖sbitM1RC=P2^0; //OUT//右后輪電機方向sbitMCCX=P0^7; //OUT//割草機電機sbitMCXP=P0^6; //OUT//刀具升降機脈沖sbitMCXC=P0^5; //OUT//刀具升降機方向(2)初始化及主函數(shù)，主函數(shù)為空，左右邏輯在定時器0溢出中斷里執(zhí)行的程序如下：#include"TES_2.h" uinti2=0,i4=0;voidmain()//主函數(shù){ init();//初始化 while(1)//主運行函數(shù)，可以為空 { // EEPROM_BOX(); }}voidinit(){ GPIO_init();// EEPROM_init();// LVD_init();// EXIT_init(); uart_init(ZNN_i,ZEE_i); tim0_init(); EA=1//中斷}(3)管腳初始化，所有電機靜默，指示燈關(guān)閉程序如下：voidGPIO_init(void){// P0M1=0;// P0M0=0X00;// P1M1=0;// P1M0=0x00;// P2M1=0;// P2M0=0X00;// P3M1=0;// P3M0=0X0E;// P5M1=0;// P5M0=0x30;// // RST_STC=0; // TES0=0; M0LP=1; M0LC=1; M0RP=1; M0RC=1; M1LP=1; M1LC=1; M1RP=1; M1RC=1;}(4)定時器0初始，并開啟定時中斷程序如下：voidtim0_init(void){ if(1)//TIM0_EN { TMOD|=0x01;//方式1 TH0=0XEE; TL0=0; TR0=1;//定時器0使能 ET0=1;//定時器0中斷使能 }}(5)串口初始，設(shè)置波特率115200，無校驗；用于2.4G模塊信息收發(fā)程序如下：voiduart_init(u8bound,u8PSEE)//{ if(USART_EN) { TMOD=0X00; SCON=0x50;// AUXR=0x40;//定時器1為串口1波特率發(fā)生器T1加倍12T switch(bound) //波特率設(shè)定11.0592M晶振T1加倍 { case0:TH1=BRT0>>8;TL1=BRT0;vvi=40;break; //1200 case1:TH1=BRT1>>8;TL1=BRT1;vvi=20;break;//2400 case2:TH1=BRT2>>8;TL1=BRT2;vvi=10;break; //4800 case3:TH1=BRT3>>8;TL1=BRT3;vvi=2;break; //9600 case4:TH1=BRT4>>8;TL1=BRT4;vvi=2;break; //14400 case5:TH1=BRT5>>8;TL1=BRT5;vvi=2;break;//19200 case6:TH1=BRT6>>8;TL1=BRT6;vvi=2;break; //57600 case7:TH1=BRT7>>8;TL1=BRT7;vvi=2;break; //115200 default:TH1=BRT3>>8;TL1=BRT3;vvi=5;break; //9600 } if(!vvi) vvi=1; switch(PSEE) //奇偶校驗設(shè)定 { case0:c=0;break; //無(兩個停止位) case1:c=1;break; //奇(一個停止位) case2:c=2;break; //偶(一個停止位) default:c=0;break; //無 } TR1=1; //啟動定時器T1 IE|=0X10; //允許接受中斷 ES=1; //開啟USART1中斷 }}(6)串口數(shù)據(jù)發(fā)送子函數(shù)程序如下：voidDATA_Fss(u8DATA0){ u32i32; TI=0; ACC=DATA0; if(!c) { TB8=1; } else { if(c==1) { TB8=!P; } else { if(c==2) { TB8=P; } else { TB8=1; } } } i32=0; FAS_i=1; SBUF=DATA0; while(FAS_i&&i32<0xa00) //限時等待發(fā)送完成 { delay_us(40); i32++; } TI=0;}(7)串口數(shù)據(jù)接收完成判斷函數(shù)程序如下：voidACK_USART(void)//接受完成判斷，放入定時器{ if(vvi02<vvi) { vvi02++; } else { if(i) { vvi04=i; ACK_i=1; // TES0^=1; } i=0; vvi02=0; }}(8)串口數(shù)據(jù)接收中斷，并按順序緩存程序如下：voidINTX4(void)interrupt4 //串口中斷 {if(RI){ vvi02=0; if(i<USART_REC_LEN&&!ACK_i)//未響應(yīng)完成不讀取新數(shù)據(jù) { readDat[i]=SBUF; i++; } }FAS_i=0;RI=0;//清零接收標(biāo)志TI=0; //清零發(fā)送標(biāo)志 }(9)定時器中斷函數(shù)，車輛運動邏輯和割草電機運行控制都在此中斷內(nèi)執(zhí)行程序如下：voidINTX1(void)interrupt1//定時器0中斷晶振12M時為1ms{ TH0=0XE0;//定時器0高8位初始值 TL0=0X00;//定時器0低8位初始值//定時周期10000機器周期若為12M晶振則定時1ms if(i2<10)//0.1S i2++; else { i2=0; // // // if(i4<4)//1S i4++; else { i4=0; // TES0^=1; // } } RUN_BOX(); // // ACK_USART();} (10)各電機運行邏輯函數(shù)程序如下：voidRUN_BOX(void){ if(MLXX&&MRXX&&MQXX&&MHXX) { M0LP=1; M0LC=1; M0RP=1; M0RC=1; M1LP=1; M1LC=1; M1RP=1; M1RC=1; } if(!MLXX&&MRXX&&MQXX&&MHXX)//左轉(zhuǎn) { M0LP^=1;//左前輪脈沖 M0LC=0;//左前輪反轉(zhuǎn) M1LP^=1;//左后輪脈沖 M1LC=0;//左后輪反轉(zhuǎn) M0RP^=1;//右前輪脈沖 M0RC=1;//右前輪正轉(zhuǎn) M1RP^=1;//右后輪脈沖 M1RC=1;//右后輪正轉(zhuǎn) } if(MLXX&&!MRXX&&MQXX&&MHXX)//右轉(zhuǎn) { M0LP^=1;//左前輪脈沖 M0LC=1;//左前輪正轉(zhuǎn) M1LP^=1;//左后輪脈沖 M1LC=1;//左后輪正轉(zhuǎn) M0RP^=1;//右前輪脈沖 M0RC=0;//右前輪反轉(zhuǎn) M1RP^=1;//右后輪脈沖 M1RC=0;//右后輪反轉(zhuǎn) } if(MLXX&&MRXX&&!MQXX&&MHXX)//前進 { M0LP^=1;//左前輪脈沖 M0LC=1;//左前輪正轉(zhuǎn) M1LP^=1;//左后輪脈沖 M1LC=1;//左后輪正轉(zhuǎn) M0RP^=1;//右前輪脈沖 M0RC=1;//右前輪正轉(zhuǎn) M1RP^=1;//右后輪脈沖 M1RC=1;//右后輪正轉(zhuǎn) } if(MLXX&&MRXX&&MQXX&&!MHXX)//后退 { M0LP^=1;//左前輪脈沖 M0LC=0;//左前輪反轉(zhuǎn) M1LP^=1;//左后輪脈沖 M1LC=0;//左后輪反轉(zhuǎn) M0RP^=1;//右前輪脈沖 M0RC=0;//右前輪反轉(zhuǎn) M1RP^=1;//右后輪脈沖 M1RC=0;//右后輪反轉(zhuǎn) } MCCX=MCXX;//割草電機 if(MCUPX&&MCDWX) { MCXP=1; MCXC=1; } if(!MCUPX&&MCDWX)//刀具升降電機/升 { MCXP^=1; MCXC=1; } if(MCUPX&&!MCDWX)//刀具升降電機/降 { MCXP^=1; MCXC=0; }}車輛運動邏輯(4個車輪電機)：前進時所有電機正轉(zhuǎn)，后退時所有電機反轉(zhuǎn)，左轉(zhuǎn)時左側(cè)前后電機反轉(zhuǎn)并且右側(cè)前后電機正轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)時左側(cè)前后電機正轉(zhuǎn)并且右側(cè)前后電機反轉(zhuǎn)。割草電機：由割草按鈕信號直接控制：按1次開，再按1次關(guān)。割草升降電機：由升降按鈕信號直接控制：按升則升，松開立即停；按降則降，松開立即停；全桉無效。模型仿真驗證Proteus是LabCenterElectronics公司的一種EDA畫圖工具軟件，此軟件具有十分強大的模型繪制和仿真功能，是一款非常完美的電子設(shè)計系統(tǒng)[20]。電路仿真的過程：由于本次設(shè)計選取的元器件是以國內(nèi)市場為主，并且本次設(shè)計所選取的主控制器非常見芯片，所以Proteus上沒有其元器件的仿真模型。因此本文選取常見的52單片機為主控制器進行仿真。Proteus缺少的元器件，利用一個LED模擬進行總體控制系統(tǒng)的電氣仿真。此仿真模型為車輛主控部分，以LED模擬電機，按鍵模擬遙控邏輯信號，根據(jù)設(shè)計好的I/O口分配表和電氣原理圖建立出Proteus環(huán)境下的仿真模型如圖5-3仿真模型所示。因為遙控的無線信號無法仿真，所以以圖中7個按鍵代表遙控的7個按鍵操作，按下觸發(fā)。圖5-3仿真模型除草機刀具升降仿真當(dāng)啟動時，綠色LED指示燈開始閃爍。在升的按鍵被按下時，升降電機脈沖黃色LED燈開始閃爍。此時除草機的刀具進行升高工作。仿真模型如圖5-4刀具升高仿真所示。圖5-4刀具升高仿真當(dāng)降的按鍵被按下時，升降電機脈沖黃色LED燈開始閃爍，同時升降電機方向綠色LED燈開始亮。此時升降電機開始反轉(zhuǎn)，除草機的刀具進行降低工作。仿真模型如圖5-5刀具降低仿真所示。圖5-5刀具降低仿真除草機割草仿真當(dāng)啟動時，綠色LED指示燈開始閃爍。在割草按鍵被按下時，割草電機運行的紅色LED燈開始亮。此時除草機刀具旋轉(zhuǎn)進行割草工作。仿真模型如圖5-6除草機割草仿真所示。圖5-6除草機割草仿真除草機驅(qū)動割草仿真(1)前進割草當(dāng)啟動時，綠色LED指示燈開始閃爍。在前按鍵和割草按鍵同時被按下時，左前輪、右前輪、左后輪和右后輪電機脈沖黃色LED燈開始閃爍；割草電機運行紅色LED燈開始亮。此時除草機進行前進割草工作。仿真模型如圖5-7除草機前進割草所示。圖5-7除草機前進割草(2)后退割草當(dāng)啟動時，綠色LED指示燈開始閃爍。在后按鍵和割草按鍵同時被按下時，左前輪、右前輪、左后輪和右后輪電機脈沖黃色LED燈開始閃爍；左前輪、右前輪、左后輪和右后輪電機方向綠色LED燈開始亮；割草電機運行紅色LED燈開始亮。此時4個驅(qū)動電機進行反轉(zhuǎn)，除草機進行后退割草工作。仿真模型如圖5-8除草機后退割草所示。圖5-8除草機后退割草(3)左轉(zhuǎn)割草當(dāng)啟動時，綠色LED指示燈開始閃爍。在左按鍵和割草按鍵同時被按下時，左前輪、右前輪、左后輪和右后輪電機脈沖黃色LED燈開始閃爍；左前輪和左后輪電機方向綠色LED燈開始亮；割草電機運行紅色LED燈開始亮。此時左前輪和左后輪驅(qū)動電機進行反轉(zhuǎn)，除草機進行左轉(zhuǎn)割草工作。仿真模型如圖5-9除草機左轉(zhuǎn)割草所示。圖5-9除草機左轉(zhuǎn)割草(4)右轉(zhuǎn)割草當(dāng)啟動時，綠色LED指示燈開始閃爍。在右按鍵和割草按鍵同時被按下時，左前輪、右前輪、左后輪和右后輪電機脈沖黃色LED燈開始閃爍；右前輪和右后輪電機方向綠色LED燈開始亮；割草電機運行紅色LED燈開始亮。此時右前輪和右后輪驅(qū)動電機進行反轉(zhuǎn)，除草機進行右轉(zhuǎn)割草工作。仿真模型如圖5-10除草機右轉(zhuǎn)割草所示。圖5-10除草機右轉(zhuǎn)割草本章小結(jié)本章主要完成了整體系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計和仿真實驗。針對遙控割草車電氣控制任務(wù)。介紹了單片機框架程序的編程，其中包括各主要器件的驅(qū)動程序和數(shù)據(jù)的計算程序。針對設(shè)計的電氣系統(tǒng)，建立了Proteus環(huán)境下的仿真模型，對車輛控制系統(tǒng)的功能進行了仿真驗證。結(jié)論本文應(yīng)用單片機對除草機系統(tǒng)進行了設(shè)計，其中包括機械結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計和控制系統(tǒng)模型的建立，并對控制系統(tǒng)的功能進行了仿真驗證。利用SolidWorks軟件進行了除草機機械結(jié)構(gòu)的三維建模，通過AltiumDesigner進行了電氣模型的設(shè)計，利用Proteus對控制系統(tǒng)進行了電氣模型的仿真。在設(shè)計除草機的控制系統(tǒng)的過程中，主要實現(xiàn)了以下成果：1.根據(jù)所設(shè)計的遙控除草機，確立了機械結(jié)構(gòu)和控制方向的總體方案，確立了所設(shè)計遙控除草機的具體工作流程，選定了以C51為內(nèi)核的8位單片機STC8F1K08S2。2.在機械結(jié)構(gòu)方面的對除草機驅(qū)動結(jié)構(gòu)進行設(shè)計、除草機刀片結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，并且完成除草機結(jié)構(gòu)的主要部分選型計算，3.在控制方向中針對所要實現(xiàn)的功能，設(shè)計出了合適的單片機控制系統(tǒng)，對程序進行了合理的編程，實現(xiàn)了除草機的遠(yuǎn)程精確控制并且很好的協(xié)調(diào)了電機驅(qū)動模塊，按鍵掃描模塊和遙控模塊三者之間的工作時間和順序。4.利用AltiumDesigner建立了控制系統(tǒng)的電氣模型，并且在Proteus環(huán)境下對模型進行了仿真驗證，結(jié)果表明，所設(shè)計的控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)除草機的所有功能。由于受到時間和研究水平的限制，本文在以下方面還應(yīng)提高，做進一步的研究：1.電路電磁兼容情況還應(yīng)改進，可以考慮應(yīng)用LORA通信技術(shù)進行升級改進。2.由于軟件的限制，只能進行簡化的仿真，可以考慮制作出實物進行驗證。致謝光陰似箭，日月如梭，轉(zhuǎn)眼間本人到了要與校園說再見的時候。隨著本篇本科畢業(yè)設(shè)計論文的最后落筆，本人的大學(xué)生活也即將劃上一個圓滿的句號?；貞涍@幾年生活的點點滴滴，從剛?cè)雽W(xué)是對大學(xué)生活的無限憧憬到現(xiàn)在對校園老師同學(xué)們的無限情懷，從奔波于教室、寢室、食堂、圖書館的四點一線的來去匆匆到業(yè)余生活的五彩繽紛，一切都