一种基于STM32的林间信息采集机器人制造技术

本发明专利技术涉及采集并监测森林信息技术领域，且使用STM32单片机作为主控制单元，以收集通过传感器森林信息如光强度传感器，温度和湿度传感器和火焰传感器的机器人，并利用STM32单片机的定时器,数模转换接口等来采集环境的信息,通过串口发送给基站,并通过UWB实现机器人在林间的实时定位，本发明专利技术机器人以STM32作为主控制单元，通过摄像头等传感器采集信息的四轮移动机器人，机器人地盘部分具有一定的越障能力，从而实现再林地穿梭的功能，林业信息采集机器人的设计实现解放劳动力，降低成本，准确和快速的森林信息的收集。

A robot for collecting forest information based on stm32

【技术实现步骤摘要】
一种基于STM32的林间信息采集机器人
本专利技术属于机器人设计领域，涉及一种基于STM32的林间信息采集机器人
技术介绍
根据现有的研究数据，目前我国大部分森林生态区存在环境监测系统不完善，生物多样性保护不完善，生态系统健康管理体系不完善等问题，以改善自然灾害防治体系。在森林环境监测方面，由于缺乏对环境监测的强有力的法律支持和支持，以及形成监测队伍和岗位和完整技术体系的困难，缺乏稳定的林业环境监测技术人员，加上缺乏统一的林业生态监测监管和生态监测设备等各种社会发展，中国的生态监测处于落后状态。此外，中国的生态监测工作起步较晚。与其他发达国家的发展相比，中国的生态监测在理论研究上还比较薄弱。许多研究只能借用国外相关理论，不能形成统一和完善。科学的概念体系。但是，随着科学技术信息的快速发展和政府对森林生态环境问题的重视以及监测技术的种类和手段的不断变化。目前，中国已建立多个生态监测站，采用先进的科学监测技术监测作物产量和林业地理信息预测，为水土流失和土地退化提供准平行信息，并提供宏观生态监测。但是微观的数据采集还需要人力背负仪器设备到现场采集，增加采集信息的难度以及浪费人力资源，从而增加采集信息成本。基于目前我国森林生态环境检测技术较为薄弱的现状,本文设计基于STM32单片机的森林信息采集机器人，机器人以STM32作为主控制单元，通过摄像头等传感器采集信息的四轮移动机器人，机器人地盘部分具有一定的越障能力，从而实现再林地穿梭的功能，林业信息采集机器人的设计实现解放劳动力，降低成本，准确和快速的森林信息的收集。<br>
技术实现思路
机械结构设计：因为本文所设计的机器人主要在林间活动，可能会有各种复杂地形，所以选择最传统可靠的轮式设计。轮式移动机器人在移动机器人应用中占很大一部分比例，其整体形式多种多样，但其移动部分大同小异，一般叫做移动底盘。轮式移动底盘一般包含主控制器、电机(马达)、电机驱动器、传感器、轮子、机械底盘。主控制器主要负责机器人移动的控制，包括了传感器数据的采集，走行决策以及路径的规划。电机在轮式机器人中直接用来提供移动的动力，常用的直流电机分为有刷和无刷直流电机，有刷电机控制简单，不过相对于控制复杂的无刷电机，还具有寿命短、噪音大、耗电多等缺点。电机驱动器的存在可以使主控制器忽略电机是有刷的还是无刷的，让控制变得简单。如果要进行伺服控制，电机都需要带传感器来测量速度和位置，传感器可以增量式数字编码器、霍尔传感器、绝对式数字编码器等，不过增量式数字编码器较为常见，通常安装在电机轴上。轮子是轮式机器人最重要的一个特征，轮子配合一部分机械件就可以组成机器人的移动底盘框架了，轮子轮毂可以采用金属也可以是塑料材料，轮胎采用橡胶或者聚氨酯材料，聚氨酯轮的寿命和负载能力是橡胶轮的4～5倍。轮式机器人的机械底盘形式和材料有很多，但其作用基本都是用来给以上各个模块提供安装平台，使其整合起来，也能给移动底盘外的附加机构提供安装平台。主控模块设计：在本次设计中,我们使用STM32F407系列单片机作为主控芯片。与皮质M3产品如STM32F1/F2相比，STM32F4最大的优势是增加硬件FPU单元和DSP指令的。与此同时，STM32F4的主要频率也增加了很多，达到168Mhz(210DMIPS的处理能力是可用的)，这使得STM32F4是特别适用于需要浮点运算或DSP处理的应用程序。它也被称为DSC，具有非常广阔的应用前景。STM32F4相对于STM32F1，内核先进，外设资源多、运行速度快，且性能高功耗低。在本次设计中，为了提高系统的续航能力，且所需AD外设较多，选用F407系列主控芯片。驱动模块设计：电机是不能由电源直接供电的，本文所设计的机器人转向要依靠车轮差速，所以电机速度必须可调，为了改变电机转速，需要驱动电路能通过不同的信号产生不同的电压。所以需要加入驱动模块，驱动模块采用L298N双H桥直流电机驱动芯片，驱动模块原理，如图1所示。光强传感器设计：所述光传感器是主要由光敏元件的传感装置，和主要分为四种类型：环境光传感器，红外线传感器，太阳能光传感器和紫外线传感器。在这个设计中，我们需要收集的主要是环境光。在本次设计中，我们所需要采集的主要为环境光。所以选择TSL2561芯片，光感传感器原理如图2所示。串口发送模块设计：本文所设计的机器人需要与电脑或者手机进行通信，结合难易程度以及成本，选择比较常见的串口通信，通过蓝牙将MCU无线连接到手机或计算机的蓝牙。HC-05蓝牙串行通信模块应该是使用最广泛的蓝牙模块之一。由于HC-05模块是高性能的主从蓝牙串行端口模块，因此使用者可以在不了解太多蓝牙相关知识的情况下开始使用。说白了，它只是一个蓝牙到串口的设备。避障模块设计：现有的避障模块主要分为红外避障和超声波避障两种。红外测距和超声波测距的原理类似，都是通过信号遇到障碍物进行反射这一过程的时间来计算距离的，但是这两种测距方式的场合有很大区别，如红外不适宜在有强光照射的环境下使用，而超声波相对于红外来说测量速度较慢。本设计中采用两种避障方式结合的方案来进行避障。因为超声波有超声的优势，比如碰到透明玻璃可以检测，但是碰到松软的界面就不好检测了。红外对反射面的松软关系不大，但是对透明的东西检测有困难。森林中的环境较复杂，为了增强可靠性，将超声波避障和红外避障结合使用。避障模块原理如图3所示。软件程序设计：MCU程序的目的是使MCU根据人们预定的设计完成一系列动作，最后实现特定的功能，为了能够让MCU理解设计者得意图，有必要以MCU可以理解的语言发出命令，MCU可以理解的语言称为程序。本次设计的程序控制依据设计内容，实现机器人的定位，信息传递，与林间信息的采集，同时，因为机器人的工作环境在森林中，情况复杂多变，所以在程序中，让机器人向基站发送其自身状态参数，以便于一旦状态参数异常，基站的工作人员可以及时对机器人进行远程操控，防止造成不必要的损失及风险。数模转换设计：一种转换器，它将二进制数字量形式的离散信号转换为基于标准量(或参考量)的模拟量，称为DAC或D/A转换器。最常见的数字-模拟转换器将并行二进制数字量转换为模拟电压，其通常用作控制单片机系统的输出通道。连接到执行器，用于自动控制生产过程。数模转换器电路也用于利用反馈技术的模数转换器设计中。为了确保系统处理结果的准确性，A/D转换器和D/A转换器必须具有足够的转换精度；A/D和D/A转换器还需要更高的转换速度，以实现对快速变化信号的实时控制和检测。转换精度和转换速度是衡量A/D和D/A转换器的重要技术指标。PWM设计：PWM是一种对模拟信号进行数字编码的方法。通过使用高分辨率计数器，方波的占空比被调制以编码特定模拟信号的电平。PWM信号仍然是数字信号，因为在任何给定时刻，完全或完全不存在满量程DC电源。电压或电流源以重复脉冲序列ON或OFF施加到模拟负载。当DC电源施加到负载时，电源关闭时断电。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。程序设计：整个程序设计较为简洁。在机器人运行过程中，因为有定位模块的存本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于STM32的林间信息采集机器人其特征在于：它的机械结构包括轮式移动底盘、主控制器、电机(马达)、电机驱动器、传感器、轮子、机械底盘；硬件电路设计包括：主控模块、驱动模块、光强传感器、串口发送模块、避障模块。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于STM32的林间信息采集机器人其特征在于：它的机械结构包括轮式移动底盘、主控制器、电机(马达)、电机驱动器、传感器、轮子、机械底盘；硬件电路设计包括：主控模块、驱动模块、光强传感器、串口发送模块、避障模块。


2.根据权利要求1所述的一种基于STM32的林间信息采集机器人其特征在于：林间信息采集机器人主要在林间活动，可能会有各种复杂地形，所以选择最传统可靠的轮式设计；轮式移动机器人在移动机器人应用中占很大一部分比例，其整体形式多种多样，但其移动部分大同小异，一般叫做移动底盘；主控制器主要负责机器人移动的控制，包括了传感器数据的采集，走行决策以及路径的规划；电机在轮式机器人中直接用来提供移动的动力，常用的直流电机分为有刷和无刷直流电机，有刷电机控制简单，不过相对于控制复杂的无刷电机，还具有寿命短、噪音大、耗电多等缺点；电机驱动器的存在可以使主控制器忽略电机是有刷的还是无刷的，让控制变得简单；如果要进行伺服控制，电机都需要带传感器来测量速度和位置，传感器可以增量式数字编码器、霍尔传感器、绝对式数字编码器等，不过增量式数字编码器较为常见，通常安装在电机轴上；轮子是轮式机器人最重要的一个特征，轮子配合一部分机械件就可以组成机器人的移动底盘框架了，轮子轮毂可以采用金属也可以是塑料材料，轮胎采用橡胶或者聚氨酯材料，聚氨酯轮的寿命和负载能力是橡胶轮的4～5倍；轮式机器人的机械底盘形式和材料有很多，但其作用基本都是用来给以上各个模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲惠泽，张宇，
申请(专利权)人：东北农业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23