基于單片機的循跡噴藥小車設計

金彥 胡威 劉陽 陳春玲

摘要：為減少農藥對人體的危害，設計一款基于單片機控制的循跡噴藥小車，代替人工在溫室大棚進行藥物噴灑。采用單片機作為核心控制芯片，精心設計小車檢測、驅動和噴灑等外圍電路，利用C語言編寫程序，實現小車智能循跡和自動噴灑功能。

關鍵詞：智能小車；單片機；循跡；噴藥

中圖分類號：S126 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）05-0025-02

隨著智能控制技術的不斷發展，智能小車越來越受到人們關注。近年來，我國智能小車技術快速發展，但在應用方面還有所欠缺，具體表現為在溫室大棚進行藥物噴灑工作時，存在農藥危害人體健康的情況。基于此背景，通過采用51單片機控制小車各個模塊，實現小車的循跡與噴藥功能，提高智能小車的實用性，減少對操作人員造成傷害的風險。

1 系統方案設計

1.1 電源模塊

根據單片機與大電流元器件分開供電，避免大電流器件對單片機造成干擾的原則，采用7.4 V可充電鋰電池組為單片機、小車電機供電，并采用12 V可充電航模電池單獨給工作電壓為12 V的水泵供電。選擇電池時，主要考慮電池自身容量及其能否進行充電，目的是減少試驗成本。

1.2 控制模塊

控制模塊采用STC89C52單片機作為主控制器。該單片機內部資源十分豐富并且功能強大，其內部從硬件到軟件有一套完整的操作系統及8個中斷源、3個定時器、32個IO口。同時，該單片機價格便宜、使用簡單、編程操作難度低，非常適合作小車系統的主控制器。

1.3 循跡模塊

循跡模塊根據紅外線探測法進行設計。紅外線對不同顏色的表面具有不同的反射性質，據此可實現路面情況分析。小車行駛路線通過黑線與灰色水泥地組合方式來確定。

利用紅外傳感器TCRT5000發射管不斷向路面發射紅外線，當紅外線遇到黑線時，黑線會吸收紅外線，使接收管接收不到紅外線；當紅外線遇到灰色地面時，會發生發射，使接收管接收到紅外線。根據此原理，紅外傳感器將檢測到的路面情況以高低電平的形式發送到單片機，單片機通過控制車輪的正反轉來實現小車循跡。為提高小車循跡的精確性，將4個紅外傳感器分別安裝在小車車頭和車尾（車頭2個，車尾2個）。

1.4 電機及驅動模塊

由于直流電機具有動力強、反應快、體積小、重量輕的特點，因此小車電機選用直流電機。擬設計動力和轉向相結合的小車，小車車速控制根據PWM調速原理設計，通過改變單片機中的高低電平占空比來實現小車車速控制；小車轉向功能則是通過單片機控制小車車輪的正反轉來實現的。

1.5 噴灑模塊

噴灑模塊主要通過單片機控制水泵實現噴灑功能。由于單片機驅動能力不足，無法直接驅動電機這樣的大電流外部元器件，因此使用L298N驅動模塊實現對水泵控制。當小車運動時，可以發揮噴灑農藥的作用。

1.6 軟件程序

設計軟件部分時，先畫出各功能實現的流程圖，再根據流程圖設計實現相應功能的程序。采用C語言編寫主程序、定時程序、循跡程序、噴灑程序。將整個程序分割成多個程序塊，降低編寫程序難度，且可使程序具有可移植性。

2 試驗測試結果與分析

當小車按照指定路線行駛時，如果小車其中一側的傳感器檢測到黑線，小車會立刻調整行進方向，直到所有傳感器不再檢測到黑線，然后沿著指定路線繼續行駛。在小車行駛過程中，噴灑模塊會向一側的農作物噴灑藥物（小車運動時，噴灑模塊工作；小車停止時，噴灑模塊停止工作）。當小車車頭或車尾的2個傳感器同時檢測到黑線時，小車會立刻停止運動并進行短暫計時，向反方向運動，同時重復對農作物進行藥物噴灑。試驗結果表明，實物小車可以完成所有要求并實現設計要求的所有功能。循跡噴藥小車實物圖如圖1所示，電路如圖2所示。

3 結論

在實踐過程中，采用單片機作為核心控制芯片，精心設計小車檢測、驅動和噴灑等外圍電路，利用C語言編寫程序，從而實現小車智能循跡和自動噴灑功能。靈活應用微機技術、傳感器技術等相關學科的理論知識，結合電路設計的具體實現方法，達到理論與實踐的統一。試驗結果表明，循跡噴藥小車可以代替人工在危險環境中工作，準確完成農作物藥物噴灑任務。

參考文獻

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Abstract： In order to reduce the harm of pesticides to body， a tracking spraying bogie based on single chip Microcomputer was designed to take the place of manual spraying in greenhouse. With the single chip Microcomputer as its core control chip， peripheral circuit of bogie detection， drive and spraying was well designed， and C language programming was used to realize bogies function of intelligent tracking and auto spraying .

Key words： intelligent bogie； single chip microcomputer； tracking； spraying