新型道路無線遙控電動綠籬機

邴貞淳 王娜 王海艷 王靖霖 姜云春

摘要：本文以節能環保為前提，以城市道路綠籬帶的養護需求為出發點，設計了一種無線遙控電動綠籬機控制系統。本設計產品可以提高城市道路綠籬帶修剪作業效率和修剪質量，減輕了勞動強度;它改善了現有綠籬修剪機只能單面修剪、手持、低效以及適應性不強的缺點，能夠同時進行多面修剪、且修剪高效、可以適應對不同寬度和高度的綠籬帶進行修剪。綠籬機主要有修剪裝置、驅動裝置、控制裝置組成。綠籬機的控制裝置，選用STM32單片機為主控制芯片，對綠籬機的控制系統進行了硬件電路設計，同時對綠籬機進行了軟件程序設計。

關鍵詞：城市道路綠籬;修剪機;無線遙控

0前言

城鎮化發展過程中的綠化建設程度，既反映該地區的經濟發展水平又反映其精神文明的總體程度，同時也反映我國總體的小康水平社會的進程[1]。城市綠化建設工程的最主要的表現就是城市道路綠籬帶的建設，它已經成為了城市建設中重要的一部分，與人民的日常生活密不可分。

現在市場上進行售賣的綠籬修剪器械多數是手持式的以汽油為燃料源的器械，或者是以卡車為載具的大型修剪器械，而且現在的綠籬修剪器械大多都是單面修剪的修剪器械，修剪的效率并不高[2]。同時，這些修剪器械都是需要人工進行操作的，一個人操作的時間和精力都是有限的，不能長時間地高效率作業。還有在作業的過程中，工作人員伴隨有一定的噪音危害、氣體污染和意外受傷的可能。

本設計為了解決這些問題，使用無線遙控的方式控制綠籬機，不但可以大大延長有效作業的時間和作業的效率，更能保障操作人員的身體健康和生命安全。所以，在城鎮化建設的發展中，無線遙控電動綠籬機系統設計的研究有著重要意義。

1 設計要求及目標

依據對工作環境及植被種類的分析，無線遙控電動綠籬機的功能要求如下：

（1）修剪能力：要求能夠對不同綠籬帶進行修剪。

（2）刀具可調整：工作過程中能夠根據工作環境的實際情況，在一定程度調節刀具的高度。

（3）穩定性與靈活性：綠籬機需要具有一定的爬坡能力，且在爬坡工作狀態下不會發生打滑、傾翻等現象;綠籬機還需要具有原地回轉的能力，滿足快速行進的需要。

（4）減少工作人員和危險：不需要工作人員時刻跟車操作，在較遠距離內通過遙控板進行操控。

2 新型道路無線遙控電動綠籬機設計方案

基于上述對作業對象、作業環境、作業需求進行的分析，對綠籬機總體結構進行設計。

本設計中，綠籬機的結構可分成修剪裝置、驅動裝置、控制裝置三部分。修剪裝置包括修剪刀具、升降平臺及往復伸縮電機。驅動裝置采用輪式結構，由底盤、電機支架、橡膠輪胎及驅動電機等組成。控制裝置由STM32單片機最小系統、驅動電路、無線遙控模塊、電源等組成。

（1）修剪裝置。本設計共設計有兩組修剪裝置，包括一個平放在頂部修剪裝置與一個豎放在側面的修剪裝置，在這兩個修剪裝置中，各有一對鋸齒刀具完成修剪工作。如果平放在頂部修剪裝置的修剪高度大于豎放在側面的修剪裝置的修剪高度，會使得綠籬帶的上面和側面相交的邊線處的綠籬枝葉出現修剪不徹底的情況，所以平放在頂部修剪裝置應該低于豎放在側面的修剪裝置的修剪高度，這樣的刀具放置方法可以保證邊線處的綠籬枝葉得到更好的修剪，以達到更完美的修剪作業。

（2）驅動裝置。本設計是無線遙控電動，只需要考慮驅動裝置的可靠性與簡單易用性，驅動裝置無須有太過強大的動力和功能。綠籬機的整體負載在40千克左右，所以采用純電機驅動，它的優點是成本較低，安裝簡易，使用方便，傳動效率較高。

根據綠籬機實際需要，本設計為四個驅動電機獨立驅動，四個橡膠輪胎分別由一個驅動電機帶動，動力傳遞相互不干擾，直接由驅動電機傳遞到橡膠輪胎，傳動鏈短，效率高，驅動方便靈活。

（3）無線遙控裝置。Wi-Fi模塊是基于IEEE802.11標準創建的無線局域網技術，所使用的協議是802.11標準，在2.4Ghz頻段工作，所支持的速度最高達54Mbps，傳輸距離大概為100m，其他設備通過連接無線通信模塊產生的Wi-Fi，實現無線網絡通信。根據新型無線遙控綠籬機的具體設計和其工作情況，選擇Wi-Fi模塊作為本設計的無線遙控模式。

3 新型道路無線遙控電動綠籬機控制系統設計

無線遙控電動綠籬機的控制裝置是整個綠籬機的核心部分所有指令都由這里接受和發出，因此控制裝置的可靠性和穩定性就很重要了。本設計選用WiFi連接，整個無線遙控系統能夠準確的接受到外界控制器發出的指令，并準確傳達給中央控制器，具有反應快，接受范圍廣，延時低的特點。Wi-Fi模塊是基于IEEE802.11標準創建的無線局域網技術，所使用的協議是802.11標準，在2.4Ghz頻段工作，所支持的速度最高達54Mbps，傳輸距離大概為100m，其他設備通過連接無線通信模塊產生的Wi-Fi，實現無線網絡通信。

（1）首先，打開電源開關，12V電源向電路板供電，一部分流向4個驅動電機，2個升降電機，2個往復伸縮電機;一部分降壓到3.3V，流向STM32控制芯片和Wi-Fi無線遙控模塊。

（2）打開手機遙控App，進行與綠籬機Wi-Fi無線遙控模塊的配對。

（3）配對成功后，通過手機遙控App發送指令，Wi-Fi無線遙控模塊接收指令，STM32控制芯片執行指令，最后綠籬機各個部分完成相應的動作。控制系統工作流程如圖所示。

4 新型道路無線遙控電動綠籬機系統調試

新型道路無線遙控電動綠籬機系統升降平臺共有兩組，采用推桿電機作為它的升降動力。該裝置由一件12V平底電動推桿電機作為動力源，其行程為205mm～305mm，速度12mm/s;其升降平臺為200*200mm的不銹鋼升降臺。

現組裝、調試情況良好，升降功能均能實現，調試實物如圖5所示。

將所有的程序下載到STM32單片機中，將所有的硬件部分組裝完成，檢查軟硬件的情況。手機遙控系統如圖6所示。

綠籬機修剪過程如圖7所示。

5 結論

本文主要對無線遙控電動綠籬機的機械部分進行了研究設計，并搭建好了綠籬機的實物，其次是完成了綠籬機控制系統的設計和功能實現。最后的測試結果證實了本設計的穩定性及可行性。

參考文獻：

[1]齊艷輝.城鎮化進程中的綠化建設現狀與對策[J].綠色科技，2017（04）：131-132.

[2]張波，張學敏，邵書山，馬念杰，程俊男，張東旭.電動遙控綠籬修剪機的設計[J].中國農機化學報，2018，39（03）：19-25.

[3]劉樂. 純電動履帶式遙控綠籬機總體設計與動力學仿真[D]. 長安大學，?2019.

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基金項目：2021年山東省大學生創新創業訓練計劃項目;項目名稱：新型道路無線遙控電動綠籬機（S202113320048）