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智能化清扫机器人设计作者：刘振鹏来源：《现代商贸工业》2015年第16期摘要：给出了一种智能化清扫机器人的总体设计方案，机器人的控制电路以STC89C52单片机为控制核心，使用V2.0版本的测距传感器探测机器人与周围障碍的距离，选用DL-23MDC型步进电机控制机器人的运动方向。
该机器人的驱动电机选用额定电压为直流24V、额定功率为200W的直流电动机，使用功率为500W的吸尘装置进行清扫工作。
关键词：STC89C52单片机；V2.0版本的测距传感器；DL-23MDC型步进电机；吸尘装置中图分类号：TB文献标识码：A文章编号：16723198（2015）160206021 引言随着我国经济建设的飞速发展，现代人生活节奏日益加快，这就使得很多人的工作压力越来越大，以至于平时几乎没有时间精力来操劳家务。
因此越来越多的人希望从繁琐的家务劳动中解脱出来，从而可以全身心地投入到工作中去。
而本项目所研发的智能化清扫机器人恰恰可以解决人们的这一难题。
本文首先介绍了智能化清扫机器人的驱动方式，然后介绍了机器人对周围障碍的检测方式和运动方向的改变方法。
最后简要叙述了机器人的清扫方式和软件系统。
机器人的控制电路选用STC89C52单片机作为核心控制芯片。
机器人的控制电路具有控制精度高、实现简单灵活等优点。
2 智能化清扫机器人的驱动方式本项目所研发的智能化清扫机器人采用额定电压为24V，额定功率为200W的直流电动机进行驱动。
该驱动电机使用24V，13A的直流电源进行供电。
机器人共安装有三个车轮，两个后轮为驱动车轮。
具体的驱动方式为：驱动电机转子旋转时通过齿轮传动的方式将能量传递给机器人的两个后轮，使得机器人的两个后轮能够以稳定的速度运转，确保机器人的基本运行状态。
机器人的控制电路采用型号为TRA1 L-05VDC-S-Z的单刀双掷型继电器控制驱动电机的电源通断状态，这种型号的继电器线圈额定电压为直流5V，驱动电路如图1所示。
畜禽粪便资源化利用的工程设计方案探讨畜禽养殖业在现代农业中起着重要作用，然而，畜禽粪便的大量排放也带来了环境污染和资源浪费的问题。
为了解决这一问题，畜禽粪便资源化利用成为了一个重要的课题。
本文将从工程设计的角度探讨畜禽粪便资源化利用的方案。
首先，畜禽粪便资源化利用的工程设计方案应包括收集与处理系统。
在收集系统方面，应考虑采用环保型收集设备，如密封式储存罐和分离器。
密封式储存罐可以有效地防止异味和气体的释放，而分离器可以将固液分离，便于进一步处理。
此外，对于大规模养殖场，还可以考虑建设管网系统，将畜禽粪便集中收集，降低收集成本。
处理系统是实现畜禽粪便资源化利用的核心环节。
一种常见的处理方法是利用生物技术，如厌氧发酵和厌氧消化。
厌氧发酵可以将畜禽粪便中的有机物分解产生沼气，沼气可以作为清洁能源利用，用于发电和热水供应。
厌氧消化可以进一步提高废弃物的分解率，减少残留物的量，使其更易于处理。
此外，厌氧消化还可以产生沉淀物，可作为优质有机肥料，用于农田施肥。
除了生物技术，化学处理也是一种可行的方法。
如利用高温和压力条件下的干燥和炭化等工艺，可以将畜禽粪便中的有机物转化为生物炭和其他附加值产品。
生物炭具有良好的保水性和肥力，可用于土壤改良和植物养分供应。
同时，还可以将畜禽粪便中的营养物质，如氮、磷和钾等，通过适当的化学处理方法，转化为可溶性的肥料，以提高其利用效率。
在工程设计方案中，还需要考虑畜禽粪便资源化利用的设备选择和布局。
设备的选择应基于工艺要求和经济性考虑，确保设备的稳定性和可靠性。
布局的合理性对于整个工程的运行效果和经济效益至关重要。
一种常见的布局方式是以畜禽养殖场为中心，将收集、处理和利用设施布置在养殖场附近，以减少运输和能源消耗。
此外，还应充分考虑畜禽粪便资源化利用的环境影响和社会效益。
工程设计方案要遵循环境保护的原则，减少气体和废水的排放，确保处理过程的安全和卫生。
同时，利用畜禽粪便产生的能源和肥料，可以降低生产成本，提高养殖业的可持续发展能力，促进农村经济的转型升级。
课程设计课程名称：学院：机械工程学院专业：姓名：学号：年级：任课教师：2012年3月15日目录目录 (2)鸡舍刮板式清粪机械设计 (3)一、引言 (3)二、刮板式清粪机的设计 (3)1、刮板式清粪机的优点 (3)2、刮板式清粪机的工作原理 (4)3、清粪机的总体结构设计 (4)4、清粪机刮板形状的选择 (6)5、对清粪机主要参数的设计 (7)6、对清粪机相关数据的计算 (8)三、清粪机的安装 (9)四、结论 (10)五、致谢 (11)六、参考文献 (11)鸡舍刮板式清粪机械设计一、引言目前，鸡畜在国内的大规模养殖越来越普遍，众多养殖场也在逐步走向机械化。
然而，粪便清扫重复的大工作量，是养殖场必须重点解决的问题之一，为了减少人力参与，提高清扫效率，需要设计开发粪便清扫机械。
现今，国内对于不同的养殖业已研究出众多不同的清粪机械，而最具代表性且经济实用当属刮板式清粪机。
我们下面仅针对普遍适用于养鸡场的小型清粪机的的结构设计、工作原理和特点、主要零部件设计做下简单的研究探讨。
二、刮板式清粪机的设计清粪机械在机械化养鸡生产中占有十分重要的地位。
因为机械清粪不仅可以大大地减轻劳动强度，使室内保持良好的空气环境，减少疾病的发生率，而且还能有效地影响鸡的生产，增加经济效益，所以欲要搞好机械化养鸡，就必须有性能优良的刮粪机械系统，这是至关重要的一个问题。
在众多的清粪机械中，刮粪板这种方式简单而易行。
刮板式清粪机主要应用于笼养鸡舍中。
机械组成主要有电动机、减速器、刮板、钢丝绳与转向开关等设备。
1、刮板式清粪机的优点（1）利用刮板式清粪机，可以大幅度的解决人工粪便清扫过程中耗水量大问题，达到高效健康环保的养殖效益。
（2）通过刮板式清粪机，可以实现养鸡过程中粪便清扫的机械化及自动化，提高清扫的效率，减少人力参与，减轻人的劳动强度（3）使用刮板式清粪机，可以保证养殖场所的长期卫生，实现鸡畜健康洁净养殖，减少鸡畜疾病的发生。
• 124•智能家居是在互联网影响之下物联化的体现。
智能家居通过物联网技术将家中的各种设备连接到一起，与传统家具相比较，智能家居的优点更多地体现在人机信息交互及其自动化方面，通过“互联网+”的方式将家具信息与人进行相互传递，从而更好地实现家具本身的功能。
本次研究的是智能清扫机器人系统的设计与开发，尝试去做一款低成本、轻便、多功能的清扫机器人。
1 系统总体设计系统总体架构如图1所示，STM32F103C8T6作为主控，可以设置自动加湿的湿度阈值、实现路径规划以及和移动终端进行通信。
传感器系统有超声波、红外测距模块、光电编码器和温湿度检测模块。
运动控制系统是通过驱动电路与电机实现清扫以及车体的行走。
LCD实时显示室内温湿度，加湿器根据主控指令进行加湿。
图1 系统总体架构2 系统硬件部分设计硬件方面主要是针对应用场景、功能需求及电路设计的合理性进行讨论和设计，简要介绍本系统的整体硬件设计框架、各硬件模块的选型及系统总体硬件原理图等，给出了一个相对可行的低成本硬件设计方案。
2.1 处理芯片在本设计中，机器人系统以STM32F103C8T6作为主控芯片，STM32F103C8T6是一款基于ARM 32位的Cortext M3内核的单片机，2.0~3.6 V 的宽电压供电范围，CPU 工作频率最大可达72 MHz ，内置高速存储器（64 KB 的闪存和20 KB 的SRAM ）、丰富的增强I/O 端口和联接到两组APB 总线的外设。
其包含2个12位的ADC 、3个通用16位定时器和1个PWM 定时器，以及2个I2C 总线接口和SPI 接口、3个USART 接口、一个USB 接口和一个CAN 总线接口。
2.2 电源电路设计STM32F103C8T6需3.3V 恒压供电，车轮电机为12V 直流减速电机。
本设计采用2节3.7V 的18650锂电池供电，该电池具有过充、过放保护功能。
同时利用LM2596S 稳压芯片与2a 升压板对主控和电机进行恒压供电。
畜禽粪便智能清扫机器人设计研究作者：孙玉萍李宗唐
来源：《乡村科技》2019年第16期
[摘要] 在乡村振兴战略背景下，生态乡村建设已经成为必然要求。
本文简要介绍一种针对畜禽类粪便处理并综合运用微处理器技术和传感器技术的智能清扫机器人。
本系统利用超声波传感器，通过传感模块将采集的信息发送至主控制器，再由控制器驱动清扫模块完成对禽畜类粪便的收集处理，减轻养殖负担，提高生产效率，实现从粪便清理环节防治粪便污染的目的。
[关键词] 科技兴农;粪便污染;智能清扫
[中图分类号] X713 [文献标识码] A [文章编号] 1674-7909（2019）16-125-2
在新的发展时期，依靠科学技术推动农业发展，无疑是一项重要的实践命题。
习近平于2013年11月提出精准扶贫思想[1]。
从2013年至今，各地区政府响应习近平的号召，纷纷出台了相应的扶贫政策，而养殖业凭借投资小、精准度高以及收入稳定等优点成为脱贫攻坚的主力军。
党的十九大报告中提出了乡村振兴战略，需要抓好农村人居环境建设，加强农村污染治理和生态环境保护等。
1 背景及目的
目前，国家为推动贫困区县经济的发展，鼓励在不破坏生态环境的同时大力发展畜牧业和养殖业。
然而，贫困地区家庭收入的来源主要为青壮年外出务工所得，在家中留守的多是妇女、儿童和老人。
这一群体普遍存在劳动力缺乏、文化水平低的问题，对养殖没有科学认识，对畜禽粪便不能进行科学处理，且环境保护意识薄弱，导致粪便污染管理不能有效开展[2]。
一些养殖户环保意识薄弱，选择在养殖场内设置下水道。
对于畜禽类粪便的清理，他们选择直接用水冲洗，并引流至场外不远处的化粪池中，并经常将未处理的禽畜粪便直接作为肥料施加到农田中。
由于养殖环境较差且未处理的粪便中含有大量有害物质，导致农田受污染情况严重。
养殖户盲目施加肥料，用量不符合农作物的生长需要，导致肥料施加量过大，使农作物出现了贪青、疯长的情况，延长了农作物的生长周期，对农田造成了严重损害，同时大大减少了农作物收益。
粪便和排泄物中的病原菌通过土壤、水源以及空气等进行传播，也会将病原体传染给人们。
由于技术落后，贫困山区养殖粗放，大都深受疫病、技术服务等因素的困扰。
从根本上解决这些问题，在不影响的发展下推动经济进步，做到产业兴旺、生态宜居，需要对畜禽的粪便进行科学化集中收集处理[3]。
本项目提出一种基于无线通信技术和微处理器技术的智能清扫机器人，旨在从污染源头对粪便进行处理，解决养殖过程中粪便收集清理问题。
2 整体设计方案
2.1 系统结构
本项目设计的智能清扫机器人，整体系统设计框图如图1所示。
清扫机器人通过无线传感模块将采集的障碍物信息（如畜禽粪便）运用无线技术进行传输，并将识别的内容解析和控制指令发送给主控制端实现机器人的转弯、停留以及前进等功能。
若检测到前方出现障碍物，主控制端立刻向机器人发出停止指令，并将信号发送给清扫模块，完成清扫[4]。
本项目也可集成多种无线模块，实现清扫、物体实时跟踪以及实地信息传输等多种功能。
该项目中设计采用无线信息传输模块，主要集成传感器、处理单元和通信模块节点，且各节点通过协议自组成一个分布式网络。
无线信息传输模块将采集的障碍物信息经过优化后反馈给主控制器，主控制器把命令处理成对可控设备的相应操作指令，并将操作指令以电脉冲信号形式
发出，而执行模块将电脉冲信号转变为角位移或线位移的形式发送给清扫模块，从而实现清扫。
2.2 系统主要功能
系统主要功能从以下3个部分来实现。
第1部分由无线信息传输模块和主控制器组成，实现对障碍物信息的采集;第2部分由主控器和接口电路组成控制总平台，实现对该系统的总体控制;第3部分由主控制器、感应电机及周围电路组成清扫模块，实现对障碍物的清扫。
通过以上3个部分最终实现整体系统功能，而在实现基本要求的基础上，还可集成视频遥控等功能，为养殖户提供更加方便、快捷的服务[5]。
3 项目实施
3.1 主控制器
本系统选用基于ARM的32位增强型MCU作为主控制器，基本电路由其最小系统及电源指示灯组成，工作电压2.0～3.6 V。
由于电路需要的无线传感模块驱动电压为5 V，所以需添加3.3 V稳压芯片进行转换。
该芯片功耗低、性能高、成本低，满足主控制系统对资源的需要。
3.2 传感模块
3.2.1 超声波传感器。
采用HC-SR04超声波模块，模块性能稳定，测距精确且精度高，盲区只有2 cm，符合系统对传感器的要求。
项目实施过程如图2和图3所示。
整体实施过程如下：主控制器产生一个方波用来驱动无线传感器发射检测粪便的声波，声波碰到障碍物反射回无线传感器接收端;若没有检测到粪便，则输入低电平给主控制器，使得主控制器驱动无线传感器继续寻找粪便;若检测到粪便，则输入高电平给主控制器，使得主控制器驱动清扫模块进行清扫。
3.2.2 压力传感器。
压力传感器可以以一定的规律将压力信号转换成系统可以识别的电信号，在生活中极为常见。
本项目的压力传感器模块采用具有模数转换的高精度、低成本的
HX711芯片。
该清扫机器人在清扫模块备有清理箱，清理箱底部设有压力传感器。
压力传感器可将清理箱所承受的质量转为电信号，经过模数转换发送给主控制器。
提前预设清理箱的最大承重，传感器将清理臂每清理一次时箱内实施重量反馈给主控制器。
当“清理箱最大承重-清理箱内粪便质量≤1 kg”时，传感器将信息发送给主控制器，主控制器停止检测、清理、行进并驱动蜂鸣器报警，等待下一步处理。
由于该机器人实用性较强，所以在制作出初步原理样机后需要进行实地考察，根据实际情况改良原理样机的方案，最终完成制作。
3.3 执行模块
执行模块由舵机、清潔工具及指示灯组成。
芯片接收到无线传感器的障碍物信息，通过调节PWM的占空比达到驱动舵机的目的。
清扫工具与舵机相连，舵机转动，带动清洁工具执行清扫指令，从而实现对粪便的清理。
4 结语
近年来传感器技术发展迅速，应用广泛，作为本项目的技术核心，不仅节约了成本，而且减少了传输线路间的串扰，提高了产品性能和智能化水平，使得人们在使用过程中操作更为简单、方便。
项目所提出的智能清扫机器人通过对畜禽粪便进行收集，有助于后期的循环利用，利用自动化设备代替人工水冲洗，减少了水资源的浪费，初步防治了空气污染和农田污染，为后续对粪便科学化处理提供了技术支持，实现了对养殖场环境污染的治理[6]。
参考文献
[1]汪三贵，郭子豪.论中国的精准扶贫[J].党政视野，2016（7）：44.
[2]张正平，夏海，芮立平，等.贫困地区普惠金融发展的探索与思考：基于青海省8个区县的调研[J].华南师范大学学报（社会科学版），2019（1）：76-83，192-193.
[3]景艳东.畜牧养殖业污染分析与清洁生产技术[J].湖北畜牧兽医，2016（4）：52-53.
[4]杨玉清.畜牧养殖业污染分析与清洁生产技术的思考[J].农民致富之友，2018（14）：227.
[5]刘培芳，陈振楼，许世远，等.长江三角洲城郊畜禽粪便的污染负荷及其防治对策[J].长江流域资源与环境，2012（9）：456-460.
[6]李光辉.重金属污染对畜禽健康的危害[J].中国兽医杂志，2013（4）：54-55.。
