一種智能割草機的電子籬笆電路的製作方法

2023-06-05 04:03:41

一種智能割草機的電子籬笆電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種智能割草機的電子籬笆電路，包括中央處理單元、恆流控制單元、全橋式電機驅動單元和電流採樣反饋單元，恆流控制單元及全橋式電機驅動單元分別和中央處理單元相連，恆流控制單元又和全橋式電機驅動單元相連，全橋式電機驅動單元的輸出端和作為電子籬笆的金屬導線相連，電流採樣反饋單元的輸入端和全橋式電機驅動單元相連，電流採樣反饋單元的輸出端和中央處理單元相連。本實用新型通過單片機控制全橋電路來產生交流頻率信號，從而使所接電子籬笆線的負載範圍更大，增大智慧機器人的工作範圍，而且有效減少電磁幹擾，更適合和智能割草機匹配使用。
【專利說明】一種智能割草機的電子籬笛電路

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種電子籬笆，尤其涉及一種智能割草機的電子籬笆電路。

【背景技術】
[0002] 智慧機器人，如全自動掃地機、全自動割草機，為了限定其工作範圍，一般都由電 子籬笆實現。電子籬笆就是能發出一定頻率脈衝信號的金屬導線。當機器人的電子籬笆傳 感器在靠近通有交變電流的電線邊界時，會產生特定頻率的感應電流，根據特定頻率下信 號幅度的大小就可以判斷機器人是否接近工作邊界，當機器人判斷出接近工作邊界時就會 作出相應處理，如向後轉180°，然後繼續前進。
[0003] 目前的電子籬笆電路，一般包括單片機和場效應管，通過單片機輸出信號控制場 效應管的通斷來產生一個交流的頻率信號，進而產生電磁場，實現智慧機器人工作範圍的 限定。但是這種電子籬笆電路，所接電子籬笆線的負載大小比較有限，限定的工作範圍較 小，產生的交流頻率信號不純，易造成電磁幹擾。


【發明內容】

[0004] 本實用新型主要解決原有智慧機器人的電子籬笆電路所接電子籬笆線的負載大 小比較有限，限定的工作範圍較小，產生的交流頻率信號不純，易造成電磁幹擾的技術問 題；提供一種智能割草機的電子籬笆電路，其所接電子籬笆線的負載範圍大，增大智能機器 人的工作範圍，減少電磁幹擾，更適合和智能割草機匹配使用。
[0005] 本實用新型的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：本實用新型包 括中央處理單元、恆流控制單元和全橋式電機驅動單元，恆流控制單元及全橋式電機驅動 單元分別和中央處理單元相連，恆流控制單元又和全橋式電機驅動單元相連，全橋式電機 驅動單元的輸出端和作為電子籬笆的金屬導線相連。由中央處理單元發出信號控制全橋式 電機驅動單元產生交流頻率信號輸送給電子籬笆，由中央處理單元發出信號給恆流控制單 元，再由恆流控制單元控制全橋式電機驅動單元以保持恆流。全橋式電機驅動單元可採用 L298、A4950等電機驅動晶片。本實用新型所接電子籬笆線的負載範圍大，增大智慧機器人 的工作範圍，減少電磁幹擾，更適合給智能割草機使用。
[0006] 作為優選，所述的中央處理單元包括單片機U3,單片機U3採用STC15F2K60S2單片 機，單片機U3的34腳和所述的恆流控制單元相連，單片機U3的35腳及33腳分別和所述 的全橋式電機驅動單元相連。實現方便，工作可靠。
[0007] 作為優選，所述的恆流控制單元包括運放U7、三極體Q10和場效應管Q8,運放U7 的反相輸入端經電阻R34和所述的中央處理單元相連，運放U7的反相輸入端又經電阻R58 和電容C12的並聯電路接地，運放U7的輸出端經電阻R56和三極體Q10的基極相連，三極體 Q10的發射極接地，三極體Q10的集電極和場效應管Q8的柵極相連，場效應管Q8的柵極和 場效應管Q8的漏極之間連接有電阻R33,場效應管Q8的漏極接12V電壓，場效應管Q8的源 極和電感L3的一端相連，電感L3的另一端，一路經電容C11和電容C24的並聯電路接地， 另一路經電阻R59和電阻R50的串聯電路接地，還有一路和所述的全橋式電機驅動單元相 連，電阻R59和電阻R50的並接點和運放U7的同相輸入端相連。中央處理單元輸出PWM調 壓信號給恆流控制單元，實現電子籬笆負載上的電流恆流。
[0008] 作為優選，所述的全橋式電機驅動單元包括有內置全橋電路的電機驅動晶片U9、 三極體Q3和三極體Q5,電機驅動晶片U9採用L298N電機驅動晶片；三極體Q3的基極及三 極管Q5的基極分別經電阻R13、電阻R18和所述的中央處理單元相連，三極體Q3的發射極 及三極體Q5的發射極均接地，三極體Q3的集電極，一路經電阻R14接電壓VCC，另一路經 電阻R15和電機驅動晶片U9的5腳及12腳相連，三極體Q5的集電極，一路經電阻R20接 電壓VCC，另一路經電阻R22和電機驅動晶片U9的6腳及11腳相連，電阻R13和中央處理 單元的連接端又和電機驅動晶片U9的7腳及10腳相連，電機驅動晶片U9的4腳既經電容 C13接地，又和所述的恆流控制單元相連，電機驅動晶片U9的9腳接電壓VCC，電機驅動芯 片U9的8腳接地，電機驅動晶片U9的3腳和13腳並接並且和接口 LINE1的1腳相連，電 機驅動晶片U9的2腳和14腳並接並且和接口 LINE1的2腳相連，二極體D3的負極和二極 管D5的負極並接並且和電機驅動晶片U9的4腳相連，二極體D4的正極和二極體D6的正 極接地，二極體D3的正極及二極體D4的負極均和接口 LINE1的1腳相連，二極體D5的正 極及二極體D6的負極均和接口 LINE1的2腳相連，接口 LINE1再和作為電子籬笆的金屬導 線相連。結構簡單，實現方便，性能穩定。
[0009] 作為優選，所述的智能割草機的電子籬笆電路包括電流採樣反饋單元，電流採樣 反饋單元的輸入端和所述的全橋式電機驅動單元相連，電流採樣反饋單元的輸出端和所述 的中央處理單元相連。電流採樣反饋單元採集全橋式電機驅動單元的電流，並輸送給中央 處理單元，經中央處理單元處理，發出信號控制恆流控制單元的工作狀態，再由恆流控制單 元控制全橋式電機驅動單元，使其保持在恆流狀態。確保智能割草機接收到的電子籬笆信 號正確，減小電磁幹擾，從而正確判斷出電子籬笆的位置，能工作在限定的工作範圍內。 [0010] 作為優選，所述的智能割草機的電子籬笆電路包括電流採樣反饋單元，所述的電 流採樣反饋單元包括運放U8,運放U8的同相輸入端，一路經電阻R42和電機驅動晶片U9的 1腳及15腳相連，另一路經電容C18接地，電機驅動晶片U9的1腳和15腳的並接點經電 阻R66接地，運放U8的反相輸入端，一路經電阻R41接地，另一路經電阻R61和運放U8的 輸出端相連，運放U8的輸出端和電阻R40的一端相連，電阻R40的另一端，一路經電阻R39 和電容C16的並聯電路接地，另一路和所述的中央處理單元相連。電流採樣反饋單元採集 全橋式電機驅動單元的電流，並輸送給中央處理單元，經中央處理單元處理，發出信號控制 恆流控制單元的工作狀態，再由恆流控制單元控制全橋式電機驅動單元，使其保持在恆流 狀態。確保智能割草機接收到的電子籬笆信號正確，減小電磁幹擾，從而正確判斷出電子籬 笆的位置，能工作在限定的工作範圍內。
[0011] 本實用新型的有益效果是：通過單片機控制全橋電路來產生交流頻率信號，從而 使所接電子籬笆線的負載範圍更大，增大智慧機器人的工作範圍，而且有效減少電磁幹擾， 更適合和智能割草機匹配使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1是本實用新型的一種電路原理連接結構框圖。
[0013] 圖2是本實用新型中中央處理單元的一種電路原理圖。
[0014] 圖3是本實用新型中恆流控制單元的一種電路原理圖。
[0015] 圖4是本實用新型中全橋式電機驅動單元的一種電路原理圖。
[0016] 圖5是本實用新型中電流採樣反饋單元的一種電路原理圖。
[0017] 圖中1.中央處理單元，2.恆流控制單元，3.全橋式電機驅動單元，4.電子籬笆， 5.電流採樣反饋單元。

【具體實施方式】
[0018] 下面通過實施例，並結合附圖，對本實用新型的技術方案作進一步具體的說明。
[0019] 實施例：本實施例的一種智能割草機的電子籬笆電路，如圖1所示，包括中央處理 單元1、恆流控制單元2、全橋式電機驅動單元3和電流採樣反饋單元5,恆流控制單元2及 全橋式電機驅動單元3分別和中央處理單元1相連，恆流控制單元2又和全橋式電機驅動 單元3相連，全橋式電機驅動單元3的輸出端和作為電子籬笆4的金屬導線相連，電流採樣 反饋單元5的輸入端和全橋式電機驅動單元3相連，電流採樣反饋單元5的輸出端和中央 處理單元1相連。
[0020] 如圖2、圖3、圖4和圖5所示，中央處理單元1包括單片機U3,單片機U3採用 STC15F2K60S2單片機；恆流控制單元2包括運放U7、三極體Q10和場效應管Q8,運放U7採 用LM358運算放大器；全橋式電機驅動單元3包括有內置全橋電路的電機驅動晶片U9、三 極管Q3和三極體Q5,電機驅動晶片U9採用L298N電機驅動晶片；電流採樣反饋單元5包 括運放U8,運放U8也採用LM358運算放大器。單片機U3的34腳經電阻R34和運放U7的 反相輸入端相連，運放U7的反相輸入端又經電阻R58和電容C12的並聯電路接地，運放U7 的輸出端經電阻R56和三極體Q10的基極相連，三極體Q10的發射極接地，三極體Q10的集 電極和場效應管Q8的柵極相連，場效應管Q8的柵極和場效應管Q8的漏極之間連接有電阻 R33,場效應管Q8的漏極接12V電壓，場效應管Q8的源極和電感L3的一端相連，電感L3的 另一端，一路經電容C11和電容C24的並聯電路接地，另一路經電阻R59和電阻R50的串 聯電路接地，還有一路和電機驅動晶片U9的4腳相連，電機驅動晶片U9的4腳經電容C13 接地，電阻R59和電阻R50的並接點和運放U7的同相輸入端相連。三極體Q3的基極經電 阻R13和單片機U3的35腳相連，三極體Q5的基極經電阻R18和單片機U3的33腳相連， 三極體Q3的發射極及三極體Q5的發射極均接地，三極體Q3的集電極，一路經電阻R14接 電壓VCC，另一路經電阻R15和電機驅動晶片U9的5腳及12腳相連，三極體Q5的集電極， 一路經電阻R20接電壓VCC，另一路經電阻R22和電機驅動晶片U9的6腳及11腳相連，單 片機U3的35腳又和電機驅動晶片U9的7腳及10腳相連，電機驅動晶片U9的9腳接電壓 VCC，電機驅動晶片U9的8腳接地，電機驅動晶片U9的3腳和13腳並接並且和接口 LINE1 的1腳相連，電機驅動晶片U9的2腳和14腳並接並且和接口 LINE1的2腳相連，二極體D3 的負極和二極體D5的負極並接並且和電機驅動晶片U9的4腳相連，二極體D4的正極和二 極管D6的正極接地，二極體D3的正極及二極體D4的負極均和接口 LINE1的1腳相連，二 極管D5的正極及二極體D6的負極均和接口 LINE1的2腳相連，接口 LINE1和作為電子籬 笆4的金屬導線相連。運放U8的同相輸入端，一路經電阻R42和電機驅動晶片U9的1腳 及15腳相連，另一路經電容C18接地，電機驅動晶片U9的1腳和15腳的並接點經電阻R66 接地，運放U8的反相輸入端，一路經電阻R41接地，另一路經電阻R61和運放U8的輸出端 相連，運放U8的輸出端和電阻R40的一端相連，電阻R40的另一端，一路經電阻R39和電容 C16的並聯電路接地，另一路和單片機U3的8腳相連。
[0021] 工作過程：由中央處理單元發出信號控制全橋式電機驅動單元產生交流頻率信號 輸送給電子籬笆，電流採樣反饋單元採集全橋式電機驅動單元的電流，並輸送給中央處理 單元，經中央處理單元處理，發出信號控制恆流控制單元的工作狀態，再由恆流控制單元控 制全橋式電機驅動單元，使其保持在恆流狀態。確保智慧機器人接收到的電子籬笆信號正 確，減小電磁幹擾，從而正確判斷出電子籬笆的位置，能工作在限定的工作範圍內。本實用 新型所接電子籬笆線的負載範圍大，增大智慧機器人的工作範圍，更適合智能割草機使用。
【權利要求】
1. 一種智能割草機的電子籬笆電路，其特徵在於包括中央處理單元（1)、恆流控制單 元（2)和全橋式電機驅動單元（3)，恆流控制單元（2)及全橋式電機驅動單元（3)分別和中 央處理單元（1)相連，恆流控制單元（2)又和全橋式電機驅動單元（3)相連，全橋式電機驅 動單元（3)的輸出端和作為電子籬笆（4)的金屬導線相連。
2. 根據權利要求1所述的一種智能割草機的電子籬笆電路，其特徵在於所述的中央處 理單元（1)包括單片機U3,單片機U3採用STC15F2K60S2單片機，單片機U3的34腳和所 述的恆流控制單元（2)相連，單片機U3的35腳及33腳分別和所述的全橋式電機驅動單元 (3)相連。
3. 根據權利要求1所述的一種智能割草機的電子籬笆電路，其特徵在於所述的恆流控 制單元（2)包括運放U7、三極體Q10和場效應管Q8,運放U7的反相輸入端經電阻R34和所 述的中央處理單元（1)相連，運放U7的反相輸入端又經電阻R58和電容C12的並聯電路接 地，運放U7的輸出端經電阻R56和三極體Q10的基極相連，三極體Q10的發射極接地，三極 管Q10的集電極和場效應管Q8的柵極相連，場效應管Q8的柵極和場效應管Q8的漏極之間 連接有電阻R33,場效應管Q8的漏極接12V電壓，場效應管Q8的源極和電感L3的一端相 連，電感L3的另一端，一路經電容C11和電容C24的並聯電路接地，另一路經電阻R59和電 阻R50的串聯電路接地，還有一路和所述的全橋式電機驅動單元（3)相連，電阻R59和電阻 R50的並接點和運放U7的同相輸入端相連。
4. 根據權利要求1或2或3所述的一種智能割草機的電子籬笆電路，其特徵在於所述 的全橋式電機驅動單元（3)包括有內置全橋電路的電機驅動晶片U9、三極體Q3和三極體 Q5,電機驅動晶片U9採用L298N電機驅動晶片；三極體Q3的基極及三極體Q5的基極分別 經電阻R13、電阻R18和所述的中央處理單元（1)相連，三極體Q3的發射極及三極體Q5的 發射極均接地，三極體Q3的集電極，一路經電阻R14接電壓VCC，另一路經電阻R15和電機 驅動晶片U9的5腳及12腳相連，三極體Q5的集電極，一路經電阻R20接電壓VCC，另一路 經電阻R22和電機驅動晶片U9的6腳及11腳相連，電阻R13和中央處理單元（1)的連接端 又和電機驅動晶片U9的7腳及10腳相連，電機驅動晶片U9的4腳既經電容C13接地，又 和所述的恆流控制單元（2)相連，電機驅動晶片U9的9腳接電壓VCC，電機驅動晶片U9的 8腳接地，電機驅動晶片U9的3腳和13腳並接並且和接口 LINE1的1腳相連，電機驅動芯 片U9的2腳和14腳並接並且和接口 LINE1的2腳相連，二極體D3的負極和二極體D5的 負極並接並且和電機驅動晶片U9的4腳相連，二極體D4的正極和二極體D6的正極接地， 二極體D3的正極及二極體D4的負極均和接口 LINE1的1腳相連，二極體D5的正極及二極 管D6的負極均和接口 LINE1的2腳相連，接口 LINE1再和作為電子籬笆（4)的金屬導線相 連。
5. 根據權利要求1或2或3所述的一種智能割草機的電子籬笆電路，其特徵在於包括 電流採樣反饋單元（5)，電流採樣反饋單元（5)的輸入端和所述的全橋式電機驅動單元（3) 相連，電流採樣反饋單元（5)的輸出端和所述的中央處理單元（1)相連。
6. 根據權利要求4所述的一種智能割草機的電子籬笆電路，其特徵在於包括電流採樣 反饋單元（5 )，所述的電流採樣反饋單元（5 )包括運放U8，運放U8的同相輸入端，一路經電 阻R42和電機驅動晶片U9的1腳及15腳相連，另一路經電容C18接地，電機驅動晶片U9的 1腳和15腳的並接點經電阻R66接地，運放U8的反相輸入端，一路經電阻R41接地，另一路 經電阻R61和運放U8的輸出端相連，運放U8的輸出端和電阻R40的一端相連，電阻R40的 另一端，一路經電阻R39和電容C16的並聯電路接地，另一路和所述的中央處理單元（1)相 連。
【文檔編號】H03K3/013GK203883787SQ201420245130
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年5月14日 優先權日:2014年5月14日
【發明者】李金城, 陳建平, 汪建森 申請人:杭州菲沃機器人科技有限公司