基于單片機的智能采摘草莓小車智能控制

李　芳，張天慧河北農業大學

基于單片機的智能采摘草莓小車智能控制

李芳，張天慧
河北農業大學

中國是農業大國的現狀和現代電子科技的進步促使農業自動化的發展。該設計基于單片機為控制核心的智能循跡小車，主要利用紅外傳感器、黑白傳感器對周圍信息進行采集更新，C51對信息處理并且通過直流電機、舵機驅動控制完成對草莓定向、定高、定點采摘和智能卸載工作，完成農業自動一體化任務。采摘機器人是農業機器人的一種，在農業方面具有廣闊的應用前景。

STC89C51RC單片機；傳感器；L298N電機驅動板；SG90舵機；直流電機

引言

智能采摘草莓小車是一種具有兩個直流電機和四個舵機的智能小車，具有結構簡單、無縫運動、自動化控制及機動靈活等優點。傳感器技術的不斷發展尤其是微電子和為機械技術的逐步成熟，使得智能檢查以及自動控制得以實現。

智能采摘小車作為一種靈活移動、能任意角度抓取的小車。在沒有任何人干預的時候小車可以按照以黑板白線的任意軌跡行駛，同時可以在任何有草莓的地方停下并能根據草莓的位置采摘草莓，并按規定的位置將草莓收集，當收集結束后可以到達目的地址將草莓包裝箱取下。

本文采用c51作為主要芯片，使用了紅外、黑白傳感器。采用直流電機、舵機等來作為執行機構，用驅動作為變流器件，組建了智能采摘小車系統。

1　系統設計與實現

1.1工作原理

本系統以STC89C51RC為主控芯片，通過黑白傳感器、紅外傳感器對智能小車相關參數進行采集并將信息轉化為電信號，STC89C51芯片通過判斷黑白傳感器和紅外傳感器產生的電信號分別對直流電機以及舵機發送一系列控制信號，而這些個控制信號控制舵機和直流電機轉動來完成智能小車采摘草莓過程。

1.2硬件設計

圖1　小車參考系統

本系統采用STC89C51RC單片機，黑白、紅外傳感器、直流電機、舵機，其整體框圖如圖1所示。STC89C51RC是Atmel公司生產的AT89系列單片機，MCS51內核指令完全兼容，8K字節可編程FLASH存儲器，全靜態工作，時鐘頻率最高可達33MHZ。3個16位定時器/計數器、6個中斷源、可編程串行通信、256M*8位內部RAM.當接到黑白傳感器以及紅外傳感器的信號時，能迅速的進行判斷并發出控制電機和舵機的pwm波。Pwm波是利用單片機定時的功能將穩定的直流信號轉化為占空比不同的矩形波，從而控制電機速度及舵機旋轉地角度。紅外反射傳感器U3的供電電壓為5伏，集電極開路輸出。當無障礙物時，U3的1腳輸出高電平，V1導通，IR_DATA為低電平；當有障礙物時，U3的1腳輸出低電平，V1截止，IR_DATA為高電平。通過單片機讀取IR_DATA的高低電平狀態，即可獲知是否探測到障礙物。SG90迷你舵機構成了機械臂組裝的塑料板采用CAD制圖與3D打印制作，通過單片機控制系統輸出不同占空比的矩形波來控制舵機旋轉角度。舵機包含3個主要部分：電動機、減速齒輪和控制電路。電動機為直流電機構成舵機的心臟，高速電動機的轉速通過一個齒輪系統進行降低，輸出齒輪連接著一個電位器，電位器的位置標示者輸出齒輪的位置，電動機和電位器連接在控制電路上，這3部分構成了一個閉環反饋系統。

1.3軟件設計

智能采摘草莓分為三大模塊，第一個模塊：智能檢測。檢測又分為黑白軌道的檢測以及草莓位置信息的探測，我們用到的是黑白傳感器和紅外傳感器。第二個模塊：黑白循跡模塊。利用51單片機對黑白傳感器采集的信息進行處理后，相應的產生控制直流電機的信號，進而控制直流電機得正轉和反轉。第三個模塊：智能抓取草莓。根據事先定義好的距離來調整舵機角度，其中也是利用單片機對紅外傳感器采集的信息進行處理后產生一系列控制舵機的pwm波。

軟件調試.在整個實驗中我們用到的是Protel 99SE仿真軟件.在該系統中我們通過手動置黑白傳感器以及紅外傳感器的參數來模擬實際應用中的情況，通過這種方法可以很好地排除測試當中程序的不正確性。我們的實驗結果表明程序舵機部分延時不能太大。硬件調試.在軟件調試無錯誤時我們進行硬件調試，其中通過調試我們在實驗中得知。1.舵機的信號引腳必須插在51芯片的P2端口。2.在實際檢測中調整黑白傳感器以及紅外傳感器的探測范圍。3.舵機部分以及直流電機應該分開供電，因此整個實驗過程我們選用可充電式電池。

2　結束語

本文主要研究單片機控制的智能小車采摘草莓。對智能小車的性能進行分析和調試，并建立智能小車控制系統模型，采用單片機產生不同pwm矩形波來驅動直流電機和舵機中的角度電機轉動的原理來控制整個系統的機械動作部分。并且學習了智能小車車身結構和硬件電路，實驗表明所設計的智能小車針對性功能性能良好。本文研究成果和主要工作是根據周圍環境變化做出相應的機械運動，采用了模塊化設計，掌握了各個模塊的硬件電路設計，編程實現了模塊的功能，并進行了調試試驗驗證，經測試各個模塊工作狀態良好，算法正確有效。在未來的設計系統中我們將采用數字圖像處理的方式采集草莓圖像信息以及道路狀況并用DPS相應芯片處理以更好地提升智能小車的性能。

［1］鄧磊，肖瓊.單片機技術［J］.武漢大學2014.3-4

［2］熊昕.無線傳感器網絡技術及應用［K］.西安電子科技大學