基于藍牙技術的蘑菇智能采摘多運動調度控制系統的研究分析

高 虎

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在社會科技進步和相關技術的創新發展下，藍牙技術開始被人們廣泛地應用到生活、生產的各個方面，藍牙作為一種短距離無線通信技術標準，具備低成本、方便快捷的特點，其能夠替代數字設備和計算機外設之間的線纜連接，促進數字化設備之間的無線組網。

在信息技術的快速發展下，越來越多的高新技術被應用到農業領域，農業信息技術進入到新的發展時代，農業物聯網、農業采摘機器人等被引入到現代農業發展中。采摘機器人在農產品采摘管理中的應用能夠有效節省采摘成本，降低人們的勞動強度。

本文以自主研發設計的蘑菇采摘機器人為平臺，打造出了在溫室環境下的作物采摘遙控系統，旨在借助蘑菇智能采摘運動調度控制系統更好地把控采摘機器人的作業。

1 數據采集系統發展概述

在社會經濟和科技的支持下，數據采集系統得到了快速發展，在社會范圍內打造出了全新性能的智能數據采摘系統。數據智能采摘系統中的短距離無線傳輸信息技術、藍牙信息技術的發展能夠為數據采集系統的穩定運行提供重要支持[1]。

智能化數據采集系統以高性能的微處理器為基本核心，在系統運作時會使用到高性能的傳感器、數據存儲芯片、數據通信模塊，在這些系統的配合作用下會提升數據系統的響應速率，增強數據信息利用的安全性、可靠性。數據采集系統的基本框架如圖1所示。

圖1 數據采集系統組成框圖

數據采集系統的數據采集由高精準度的傳感器負責，在傳感器的作用下會將外界的物理量轉變為電壓信號。數據采集系統的數據轉換部分能夠對模擬電壓信號實現A/D的轉換，在轉換之后將數字信號輸出到核心控制部分。數據采集系統的核心控制功能由微控制器的軟硬件實現。微控制器在使用時能夠有效控制數據信息的傳遞時間、間隔時間和發展速率。數據存儲部分可以用來存儲采集數據，將數據采集信息的間隔時間、運動速率等參數全面記錄下來。數據通信模塊會為智能數據的采集和整理提供重要的功能支持，最終完成信息的長距離傳輸和短距離傳輸[2]。

2 藍牙和其它無線通信技術的綜合比較

在通信技術和信息技術的深入發展下，以藍牙為代表的短距離無線通信技術也開始進入一個成熟的發展階段，在各個領域的發展中扮演了十分重要的角色。

藍牙的有效范圍在10m左右，如果藍牙的發射功率增加，藍牙的有效范圍將會達到100m。在這個范圍內，具有藍牙功能的設備都能夠進行無線網絡連接，連接之后的藍牙數據傳輸速率會達到每秒3Mb。在藍牙技術和寬帶技術的充分融合下會進一步提升藍牙的通信速率。與其它頻段上的工作相比，藍牙的跳變時間和數據分組比較短暫，在運作時有效提升了鏈路的穩定性，能夠避免藍牙和ISM頻段上其它系統、微波爐系統的相互干擾[3]。

3 基于藍牙技術的蘑菇智能采摘多運動調度控制系統

3.1 智能采摘多運動調度控制系統

3.1.1 蘑菇采摘的本體運動系統

蘑菇采摘本體運動系統由圖像運輸采集、多軸帶動抓手運動、托盤放置運動、本體運行系統等共同組成，在這些系統的作用下能夠實現對蘑菇采摘、蘑菇放置等一系列操作的精準化控制。

3.1.2 蘑菇升降調動采摘車的運動系統

在開展蘑菇采摘操作時，為了能夠提升采摘的效率，需要使用多個智能采摘車同時完成蘑菇的采摘操作。在蘑菇采摘的過程中為了能夠實現多層系統的共同使用和調度管理，需要將升降系統引入到蘑菇采摘工作中。

3.1.3 蘑菇智能盛放更換托盤跟隨系統

蘑菇智能盛放更換托盤跟隨系統在運作時會根據實際情況進行運作，在采摘的蘑菇數量超過一定比例時可以在第一時間更換蘑菇的托盤系統。

3.2 基于藍牙技術的蘑菇智能采摘多運動調度控制系統

基于藍牙技術的蘑菇智能采摘多運動調度管理中為了避免出現線纜跟隨的問題，在各個系統運作時多使用鋰電池，并通過無線數據傳輸方式強化各個子系統內部的連接。無線藍牙技術在蘑菇智能采摘運動調度控制工作開展的過程中起到十分重要的促進作用，在這個過程中可以使用無線數據傳輸系統增強各個子系統的連接，在藍牙技術和通信技術的作用下可以通過統一軟件調度控制平臺實現對多個運動控制系統的監督控制[4]。

基于藍牙技術的蘑菇智能采摘多運動調度系統應用實時性的圖像來識別蘑菇，在識別蘑菇之后會通過無線藍牙通信技術對運動系統進行跟蹤管理，根據管理結果進行轉換設置，將有用的采摘信息切換到平臺系統上。

3.2.1 系統硬件模塊的設計

3.2.1.1 數據信息的采集處理模塊

數據采集信息模塊能夠完成對現場數據信息的采集、轉換和存儲應用，整個信息模塊是系統運作的核心模塊。數據信息采集模塊不僅能夠處理傳感器收集上來的數據信息，而且還能夠處理轉入到ADC的外界傳感信號。

整個系統模塊包含模擬溫度傳感器AD22103、單軸加速度傳感器ADXL103和雙抽加速度傳感器ADXL203。這些傳感器能夠用來收集作業現場的信息。ADC采用了MAX197BCNI傳感器，傳感器設置了8個模擬輸入通道、12個二進制輸出、100ksps采樣速率、6μs轉換時間，經過一系列的轉換之后能夠滿足系統運作需求[5]。

3.2.1.2 藍牙通信模塊

在藍牙模塊的作用下能夠將藍牙和其它關聯設備連接在一起，整個系統模塊在設計時參考英國某公司的生產方案，將藍牙芯片的加工作為設計核心。藍牙芯片是一個2.4GHz的系統，會根據系統運作實際情況進行集成射頻和天線的設計。

3.2.1.3 處理器和電源模塊

在綜合比較多個類型處理器能力、性價比的基礎上，選擇使用愛特梅爾公司生產的ATmegal128L處理器作為核心處理器，整個處理器包含8位AVR單片機，對數據信息顯示出較強的處理性能。同時，這個處理芯片在連接8MHz晶體時，其CPU會顯示出較強的處理能力。在系統運作時根據各個芯片、模塊對電力資源的使用需求設計出5V和3.3V 2個電源。

3.2.2 系統軟件模塊的設計

系統軟件模塊的設計要注重與系統硬件配合在一起，具體包含數據信息采集、數據信息整理、數據通信、人機交互。為了能夠完善以上系統的功能，需要完成模塊驅動程序的編制、操作系統的移動、文件系統的打造、人機交互程序的繪制等。

3.2.2.1 系統模塊驅動程序以及文件系統

模塊驅動程序包含多個形式的系統驅動形式，在具體實施操作時，人機交互程序是對鍵盤運作的一種初始化處理，這個程序在運作時能夠精準檢測用戶按鍵數值，根據需要完成相應的操作[6]。

3.2.2.2 系統應用程序和編譯的下載

系統應用程序在運作時可以對系統的工作狀態進行自由轉換，這些能夠自由切換的程序包含系統的啟動管理、系統運作的信息收集、藍牙設備的監督控制、異常數據信息的處理。各個應用程序的運作以PC機作為重要平臺，在WinAVR的環境下完成信息的編寫，之后通過下載軟件和ISP總線接口將編寫的程序文件下載到芯片區域。核心處理器在復位之后會自動運行程序存儲區的信息。

4 基于藍牙技術的蘑菇智能采摘多運動調度控制系統架構和分支實現原理

4.1 圖像識別分支原理

蘑菇分類采摘通過蘑菇直徑大小來進行區分，在這個期間需要在精準確定蘑菇坐標位置的基礎上完成智能化采摘。而以上工作的順利實現都離不開圖像識別技術?；谒{牙技術的蘑菇智能化采摘調度管理架構會使用200萬像素的黑白工業相機獲得蘑菇圖像。

在黑白工業相機的使用下將整個拍攝區域劃分為幾個獨立的相機拍攝范圍較小的區域，在相機拍攝完成后使用實時性的軟件接收和處理圖像信息，之后對蘑菇的傘面直徑進行精準計算，通過蘑菇傘面直徑大小判定其是否符合采摘要求，在這個期間還需要給出符合采摘要求的蘑菇橫縱軸坐標位置信息，這些信息會通過激光測距系統來完成供應和輸出[7]。

4.2 多軸運動控制分支實現原理

系統圖像在經過一系列的計算分析會給出符合采摘要求的蘑菇的坐標位置，在確定好坐標位置之后會將這些信息傳輸到多軸運動機構軟件系統，蘑菇智能采摘系統的橫縱軸會在指令的命令下自動帶動抓取機構運動。

系統的Z軸會根據高度信息運動到蘑菇上方適合的位置，抓手會進行旋轉抓取操作，在抓取蘑菇之后將其放在托盤中。為了能夠提升運動效率，多軸運動是并行的狀態，在具體運動時需要實時查詢運動的位置信息，確保多軸之間不會出現碰撞的問題。同時，在這個過程中為了增強運動的協調性，在多軸運動的過程中要保證運動的合理，一系列運動之間不能夠出現聯動性碰撞，在彼此不發生碰撞的情況下會有效提升運動效率。

4.3 多層共用采摘系統升降分支實現原理

蘑菇種植框架采取的是6層架構，在具體實施操作時為了提升蘑菇的采摘成本，6層中每一個采摘操作完成之后需要將采摘系統及時升降到另外一層進行采摘，而這樣的采摘實現需要得到升降系統的支持。為了保證升降操作的精準性，要盡可能將升降系統上升到高速大液壓泵、低速小液壓泵，在泄壓時要采取快速卸壓的方式，在實施液壓操作的過程中借助升降平臺、采摘系統藍牙耳機實現信息的交互處理[8]。

4.4 蘑菇智能更換盛放托盤分支實現原理

蘑菇采摘系統在將一定數量的蘑菇放在托盤上之后就需要更換托盤，而托盤的更換離不開智能系統的支持，在智能升降系統的作用下會根據蘑菇采摘的需要來調節升降操作，在這個過程中還需要注重對采摘系統的前后跟進，最終實現對托盤的精準定位。

智能托盤系統和采摘系統之間可以選擇使用無線藍牙通訊設備進行彼此連接，并在系統密切聯系之后對蘑菇采摘系統的運作情況進行全方位的調查研究，精準確定蘑菇采摘前后的上下位置。

4.5 蘑菇智能圖像識別無損傷采摘系統的實際應用情況

蘑菇采摘圖像識別系統在經過精密的設計和現場化測試分析之后會對蘑菇直徑的大小做出精準辨別和定位，在具體實施的時候蘑菇采摘識別系統能夠根據需要在無損傷抓取、托盤智能化發展之間相互轉換，通過轉換來提升蘑菇采摘效率，降低蘑菇采摘的人工消耗。

5 結束語

綜上所述，將藍牙技術應用到蘑菇智能采摘多運動調度控制系統，能夠在藍牙無線通訊技術的支持下減少線纜跟隨所誘發的一系列問題，提升蘑菇智能化采摘運動數據信息傳遞交換效率。在使用一段時間后發現，基于藍牙技術的蘑菇智能采摘多運動調度控制系統能夠充分滿足蘑菇智能化采摘的要求，提升了蘑菇的采摘效率。在現代工業和信息科技的深入發展下，越來越多的智能化技術形式開始被引入到農業生產領域，蘑菇智能化采摘系統就是時代背景下的一個重要發展。無線藍牙技術在蘑菇智能化采摘中發揮出了十分重要的作用，在無線藍牙技術的支持下能夠實現對蘑菇智能化采摘的無線管理，充分提升蘑菇采摘的通訊效率，促進蘑菇采摘工作的深入發展。