基于ZigBee技術(shù)的采摘機(jī)器人傳感器無(wú)線傳輸裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于ZigBee技術(shù)的采摘機(jī)器人傳感器無(wú)線傳輸裝置，包括傳感器及信號(hào)調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)接收模塊、機(jī)器人控制計(jì)算機(jī)、電源模塊。采摘機(jī)器人的避障傳感器、位置傳感器及壓力傳感器信號(hào)通過(guò)信號(hào)調(diào)理模塊與CC2430數(shù)據(jù)發(fā)送模塊相應(yīng)I/O口相連接，并經(jīng)天線傳遞給數(shù)據(jù)接收模塊的天線端，天線端得到的信息再經(jīng)CC2430接收模塊處理，最后通過(guò)串口轉(zhuǎn)USB電路將傳感器信息傳遞給機(jī)器人控制計(jì)算機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人傳感器信號(hào)的無(wú)線傳輸。本實(shí)用新型能夠解決現(xiàn)有蘋(píng)果采摘機(jī)器人傳感器有線傳輸系統(tǒng)的不足，以無(wú)線方式替代有線方式，具有實(shí)時(shí)準(zhǔn)確獲取傳感器信息能力，抗干擾性強(qiáng)，可擴(kuò)展性好的特點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于ZigBee技術(shù)的采摘機(jī)器人傳感器無(wú)線傳輸裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種農(nóng)業(yè)果蔬采摘機(jī)器人傳感器信號(hào)無(wú)線傳輸裝置，尤其是基于ZigBee技術(shù)的蘋(píng)果采摘機(jī)器人傳感器無(wú)線傳輸裝置，屬于農(nóng)業(yè)信息化領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，要實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化、機(jī)械化和智能化是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。果實(shí)采摘又是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最耗時(shí)耗力的一個(gè)環(huán)節(jié)，其成本高、季節(jié)性強(qiáng)、需要大量勞動(dòng)力、高強(qiáng)度的工作。但是由于工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，分流了大量農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力以及人口老齡化加劇等原因，使得能夠從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的勞動(dòng)力越來(lái)越少，單靠人工勞作已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有的需要。為了解決這些問(wèn)題，各種農(nóng)業(yè)機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生，它們憑借眾多的傳感器感知外部環(huán)境，以達(dá)到順利采摘果實(shí)的目的。目前大多果實(shí)采摘機(jī)器人傳感器信號(hào)傳輸采用的是有線傳輸?shù)姆绞?，這種方式主要有以下缺點(diǎn):(1)由于機(jī)器人傳感器分布在機(jī)器人各個(gè)部位，而機(jī)器人主控計(jì)算機(jī)位置固定，當(dāng)機(jī)器人采摘果實(shí)時(shí)，有部分傳感器信號(hào)傳輸導(dǎo)線難免會(huì)與果實(shí)周?chē)恼系K物發(fā)生接觸，降低導(dǎo)線的壽命；(2)由于傳感器信號(hào)傳輸導(dǎo)線紛繁雜亂，出故障后不利于檢修；(3)在機(jī)器人機(jī)械臂直動(dòng)關(guān)節(jié)伸縮過(guò)程中，末端執(zhí)行器上的傳感器信號(hào)傳輸導(dǎo)線容易被扯斷。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的是解決現(xiàn)有蘋(píng)果采摘機(jī)器人傳感器有線傳輸系統(tǒng)的不足，以無(wú)線方式替代有線方式，提供一種基于ZigBee技術(shù)的采摘機(jī)器人傳感器無(wú)線傳輸裝置，它具有能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的檢測(cè)傳感器信息，抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性好的特點(diǎn)。
[0004]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0005]基于ZigBee技術(shù)的采摘機(jī)器人傳感器無(wú)線傳輸裝置，包括傳感器及信號(hào)調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)接收模塊、機(jī)器人控制計(jì)算機(jī)、電源模塊；所述傳感器及信號(hào)調(diào)理模塊包括傳感器單元和信號(hào)調(diào)理單元，所述傳感器單元由設(shè)置于采摘機(jī)器人上的避障傳感器、位置傳感器和壓力傳感器構(gòu)成，所述數(shù)據(jù)發(fā)送模塊包括CC2430發(fā)送單元和天線，所述數(shù)據(jù)接收模塊包括CC2430接收單元、串口轉(zhuǎn)USB電路單元和天線；
[0006]所述傳感器單元的輸出端與信號(hào)調(diào)理單元的輸入端相連，信號(hào)調(diào)理單元的輸出端與CC2430發(fā)送單元的輸入端相連，CC2430發(fā)送單元的輸出端連接至天線，所述CC2430接收單元的輸入端與天線相連，輸出端與串口轉(zhuǎn)USB電路單元的輸入端相連，串口轉(zhuǎn)USB電路單元的輸出端連接至機(jī)器人控制計(jì)算機(jī)，所述電源模塊用于分別為避障傳感器、位置傳感器、壓力傳感器、信號(hào)調(diào)理單元、CC2430發(fā)送單元提供相應(yīng)規(guī)格的電壓。
[0007]進(jìn)一步，電源模塊與傳感器單元和CC2430發(fā)送單元之間采用電壓轉(zhuǎn)換電路來(lái)轉(zhuǎn)換電壓，所述電壓轉(zhuǎn)換電路包括集成穩(wěn)壓模塊LM2576和穩(wěn)壓器AMS1117-3.3，所述集成穩(wěn)壓模塊LM2576用于將12V電壓變換為5V，所述穩(wěn)壓器AMS1117-3.3用于將5V電壓降為
3.3V。[0008]進(jìn)一步，所述集成穩(wěn)壓模塊LM2576在VIN端與地之間接有輸入電容Cl，輸入電容Cl選擇低ESR的鉭電容作為旁路電容，防止在輸入端出現(xiàn)大的輸入電壓；在OUTPUT端與地之間接有儲(chǔ)能電感LI和輸出電容C2，C2為低ESR的鉭電容，用于輸出濾波以及提高環(huán)路的穩(wěn)定性，在儲(chǔ)能電感LI和輸出電容C2之間還反接有一個(gè)續(xù)流二極管Dl，續(xù)流二極管Dl為肖特基二極管IN5824，穩(wěn)壓器AMSl117-3.3在VIN端與地之間接有輸入電容C3，在VOUT端與地之間接有輸出電容C4，將輸入電容C3和輸出電容C4作為旁路電容來(lái)濾除信號(hào)中的高頻分量，并用于改善瞬態(tài)響應(yīng)。
[0009]進(jìn)一步，所述CC2430發(fā)送單元接口主要連接信號(hào)調(diào)理電路、JTEG仿真調(diào)試電路、天線電路、四個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)、八個(gè)霍爾傳感器、兩個(gè)切刀限位開(kāi)關(guān)，兩個(gè)力敏電阻、兩組紅外光電管；所述兩個(gè)力敏電阻、兩組紅外光電管連接至信號(hào)調(diào)理電路，所述信號(hào)調(diào)理電路、JTEG仿真調(diào)試電路、四個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)、八個(gè)霍爾傳感器、兩個(gè)切刀限位開(kāi)關(guān)連接至發(fā)送單元CC2430芯片的輸入接口，天線電路與發(fā)送單元CC2430芯片的輸出接口相連接，所述CC2430接收單元接口主要連接JTEG仿真調(diào)試電路、天線電路、串口轉(zhuǎn)USB電路；所述JTEG仿真調(diào)試電路、天線電路連接至接收單元CC2430芯片的輸入接口，串口轉(zhuǎn)USB電路與接收單元CC2430芯片的輸出接口相連接。
[0010]進(jìn)一步，所述串口轉(zhuǎn)USB電路單元包括CH341T芯片，CC2430接收單元的P0_3和P0_2端口分別與CH341T芯片的TXD及RXD端口相連接，CH341T芯片的UD+和UD-端口與USB總線的信號(hào)線D+和D-端口相連。
[0011]本實(shí)用新型的技術(shù)效果為:
[0012]本裝置在蘋(píng)果采摘機(jī)器人采摘蘋(píng)果時(shí)，將獲取到的信息無(wú)線傳輸給機(jī)器人控制主計(jì)算機(jī)，能快速可靠的確定機(jī)械手中有無(wú)蘋(píng)果和感知末端執(zhí)行器前端的障礙物等信息，無(wú)需布線、安裝方便且抗干擾能力增強(qiáng)。另外本實(shí)用新型同樣可以適用于其它需要感知環(huán)境信息的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)機(jī)器人領(lǐng)域。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是蘋(píng)果采摘機(jī)器人傳感器無(wú)線傳輸裝置的整體結(jié)構(gòu)框圖；
[0014]圖2是電壓轉(zhuǎn)換電路原理圖；
[0015]圖3是紅外光電對(duì)管與力敏電阻的信號(hào)調(diào)理電路原理圖；
[0016]圖4是CC2430發(fā)送單元I/O接口分配圖；
[0017]圖5是CC2430接收單元串口轉(zhuǎn)USB通信電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0019]如圖1所示，采摘機(jī)器人的避障傳感器、位置傳感器及壓力傳感器通過(guò)信號(hào)調(diào)理單元與CC2430發(fā)送單元相應(yīng)I/O 口相連接，并經(jīng)天線將傳感器信息以IEEE802.15.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的2.4GHZ頻率傳遞給數(shù)據(jù)接收模塊的天線端，天線端得到的信息再經(jīng)CC2430接收單元處理，最后通過(guò)串口轉(zhuǎn)USB電路單元將傳感器信息傳遞給機(jī)器人控制計(jì)算機(jī)，同時(shí)，電源模塊為避障傳感器、位置傳感器、壓力傳感器、信號(hào)調(diào)理單元、CC2430發(fā)送單元部分提供相應(yīng)規(guī)格的電壓。[0020]機(jī)器人系統(tǒng)提供的電源電壓為12V蓄電池，而傳感器單元及CC2430發(fā)送單元需要的電壓規(guī)格分別為5V、3.3V，電壓轉(zhuǎn)換電路如圖2所示，首先采用集成穩(wěn)壓模塊LM2576將12V電壓變換為5V，再通過(guò)穩(wěn)壓器AMS1117-3.3將5V電壓降為3.3V。其中LM2576在VIN端與地之間接有輸入電容Cl，Cl選擇的是低ESR的鉭電容作為旁路電容，防止在輸入端出現(xiàn)大的輸入電壓；在OUTPUT與地之間接有儲(chǔ)能電感LI和輸出電容C2，C2選擇低ESR的鉭電容，用來(lái)輸出濾波以及提高環(huán)路的穩(wěn)定性。同時(shí)在這之間還反接有一個(gè)續(xù)流二極管D1，D1選用肖特基二極管IN5824。AMSl117-3.3在VIN端與地之間接有輸入電容C3，在VOUT與地之間接有輸出電容C4，將它們作為旁路電容來(lái)濾除信號(hào)中的高頻分量，同時(shí)起到改善瞬態(tài)響應(yīng)的作用。
[0021]由于力敏電阻及紅外光電對(duì)管與CC2430的數(shù)字I/O 口不兼容，因此要對(duì)其進(jìn)行信號(hào)調(diào)理后，方可與CC2430相連，信號(hào)調(diào)理單元的電路如圖3所示，主要采用了 一個(gè)雙電壓比較器LM393，LM393與TTL，DTL，MOS，CMOS等兼容，可以將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，對(duì)不同高低電平進(jìn)行匹配，使輸入量能夠被CC2430所識(shí)別。當(dāng)采摘的果實(shí)進(jìn)入到預(yù)定的位置遮擋住發(fā)光二極管的光線時(shí)，第一比較器的同相端產(chǎn)生了一個(gè)電壓值，此時(shí)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值在反相端設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)電壓，當(dāng)同相電壓大于反相電壓時(shí)，則第一比較器輸出端觸發(fā)為高電平，表示工作對(duì)象進(jìn)入預(yù)定位置，如果采集到的兩組光電傳感器經(jīng)比較器后的輸出均為高電平，則說(shuō)明果實(shí)完整的進(jìn)入機(jī)械手，可進(jìn)行抓取操作。由于力敏電阻FSR-408及FSR-402，具有壓力越大，電阻值越小的特性，對(duì)于避障傳感器中的力敏電阻，當(dāng)機(jī)械手碰到障礙物時(shí)，第二比較器的同相端輸入一個(gè)電壓值，此時(shí)改變滑動(dòng)變阻器的阻值在反相端設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)電壓，當(dāng)同相電壓大于反相電壓時(shí)，則第二比較器輸出端觸發(fā)為高電平，說(shuō)明碰到障礙需要進(jìn)行避障操作；對(duì)于壓力傳感器中的力敏電阻，當(dāng)抓取果實(shí)的力不斷增大時(shí)，第二比較器的同相輸入電壓不斷增大，此時(shí)通過(guò)改變滑動(dòng)變阻器阻值來(lái)設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)電壓作為反相輸入，當(dāng)同相輸入端的電壓大于反相輸入端的電壓時(shí)，則第二比較器輸出端觸發(fā)為高電平，說(shuō)明機(jī)械手抓已抓牢果實(shí)。
[0022]如圖4為CC2430的I/O接口分配圖，四個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)與CC2430的PO四個(gè)高位P0.4-P0.7連接，紅外光電對(duì)管和力敏電阻FSR-402及FSR-408經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路與PO 口的低四位P0.0-P0.3連接，八個(gè)霍爾傳感器與Pl 口的P1.0-P1.7連接，兩個(gè)切刀限位開(kāi)關(guān)與P2 口 的 P2.3-P2.4 連接。RF_N、RF_P 用以連接天線，DVDD, AVDD_S0C、AVDD_RREG 及 AVDD_DREG分別接3.3V電源，RREG_0UT為內(nèi)部模擬電路提供1.8V穩(wěn)壓電源，與引腳25、27?31及35?40連接，JTEG仿真調(diào)試電路的Debug連接方式主要利用了 P2_1、P2_2、RESET_N、VDD及VCC這5根線。
[0023]如圖5所示為串口轉(zhuǎn)USB電路單元的通信電路，主要采用了芯片CH341T，該芯片支持3.3 V電源電壓，能夠直接轉(zhuǎn)換為串口外圍設(shè)備，兼容USB V2.0。首先對(duì)CC2430寄存器PERCFG的UOCFG位的O位置I，此時(shí)P0_3為T(mén)X，P0_2為RX，這兩個(gè)口分別與芯片CH341T的TXD及RXD相連接，同時(shí)CH341T的UD+和UD-與USB總線的信號(hào)線D+和D-相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收模塊與機(jī)器人控制計(jì)算機(jī)的USB通信。晶振XT1、電容C6和C7用于時(shí)鐘振蕩電路，XTl的頻率為12MHZ，C5是容量為4700pF的高頻瓷片電容，用于CH341T內(nèi)部電源節(jié)電的退耦。C6和C7是容量為15pF的高頻瓷片電容，電解電容C8與高頻瓷片電容C9起到了濾波的作用。[0024]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于ZigBee技術(shù)的采摘機(jī)器人傳感器無(wú)線傳輸裝置，其特征在于:包括傳感器及信號(hào)調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)接收模塊、機(jī)器人控制計(jì)算機(jī)、電源模塊；所述傳感器及信號(hào)調(diào)理模塊包括傳感器單元和信號(hào)調(diào)理單元，所述傳感器單元由設(shè)置于采摘機(jī)器人上的避障傳感器、位置傳感器和壓力傳感器構(gòu)成，所述數(shù)據(jù)發(fā)送模塊包括CC2430發(fā)送單元和天線，所述數(shù)據(jù)接收模塊包括CC2430接收單元、串口轉(zhuǎn)USB電路單元和天線； 所述傳感器單元的輸出端與信號(hào)調(diào)理單元的輸入端相連，信號(hào)調(diào)理單元的輸出端與CC2430發(fā)送單元的輸入端相連，CC2430發(fā)送單元的輸出端連接至天線，所述CC2430接收單元的輸入端與天線相連，輸出端與串口轉(zhuǎn)USB電路單元的輸入端相連，串口轉(zhuǎn)USB電路單元的輸出端連接至機(jī)器人控制計(jì)算機(jī)，所述電源模塊用于分別為避障傳感器、位置傳感器、壓力傳感器、信號(hào)調(diào)理單元、CC2430發(fā)送單元提供相應(yīng)規(guī)格的電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee技術(shù)的采摘機(jī)器人傳感器無(wú)線傳輸裝置，其特征在于:電源模塊與傳感器單元和CC2430發(fā)送單元之間采用電壓轉(zhuǎn)換電路來(lái)轉(zhuǎn)換電壓，所述電壓轉(zhuǎn)換電路包括集成穩(wěn)壓模塊LM2576和穩(wěn)壓器AMSl 117-3.3，所述集成穩(wěn)壓模塊LM2576用于將12V電壓變換為5V，所述穩(wěn)壓器AMSl117-3.3用于將5V電壓降為3.3V。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于ZigBee技術(shù)的采摘機(jī)器人傳感器無(wú)線傳輸裝置，其特征在于:所述集成穩(wěn)壓模塊LM2576在VIN端與地之間接有輸入電容Cl，輸入電容Cl選擇低ESR的鉭電容作為旁路電容，防止在輸入端出現(xiàn)大的輸入電壓；在OUTPUT端與地之間接有儲(chǔ)能電感LI和輸出電容C2，C2為低ESR的鉭電容，用于輸出濾波以及提高環(huán)路的穩(wěn)定性，在儲(chǔ)能電感LI和輸出電容C2之間還反接有一個(gè)續(xù)流二極管Dl，續(xù)流二極管Dl為肖特基二極管IN5824，穩(wěn)壓器AMSl117-3.3在VIN端與地之間接有輸入電容C3，在VOUT端與地之間接有輸出電容C4，將輸入電容C3和輸出電容C4作為旁路電容來(lái)濾除信號(hào)中的高頻分量，并用于改善瞬態(tài)響應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee技術(shù)的采摘機(jī)器人傳感器無(wú)線傳輸裝置，其特征在于:所述CC2430發(fā)送單元接口主要連接信號(hào)調(diào)理電路、JTEG仿真調(diào)試電路、天線電路、四個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)、八個(gè)霍爾傳感器、兩個(gè)切刀限位開(kāi)關(guān)，兩個(gè)力敏電阻、兩組紅外光電管；所述兩個(gè)力敏電阻、兩組紅外光電管連接至信號(hào)調(diào)理電路，所述信號(hào)調(diào)理電路、JTEG仿真調(diào)試電路、四個(gè)微動(dòng)開(kāi)關(guān)、八個(gè)霍爾傳感器、兩個(gè)切刀限位開(kāi)關(guān)連接至發(fā)送單元CC2430芯片的輸入接口，天線電路與發(fā)送單元CC2430芯片的輸出接口相連接，所述CC2430接收單元接口主要連接JTEG仿真調(diào)試電路、天線電路、串口轉(zhuǎn)USB電路；所述JTEG仿真調(diào)試電路、天線電路連接至接收單元CC2430芯片的輸入接口，串口轉(zhuǎn)USB電路與接收單元CC2430芯片的輸出接口相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee技術(shù)的采摘機(jī)器人傳感器無(wú)線傳輸裝置，其特征在于:所述串口轉(zhuǎn)USB電路單元包括CH341T芯片，CC2430接收單元的P0_3和P0_2端口分別與CH341T芯片的TXD及RXD端口相連接，CH341T芯片的UD+和UD-端口與USB總線的信號(hào)線D+和D-端口相連。
【文檔編號(hào)】H04W84/18GK203537567SQ201320527453
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】姬偉, 陶云, 李俊樂(lè), 許波, 趙德安, 丁世宏 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)