基于光伏新能源及群體智能的自主栽種灌溉植樹機

王婉婷，王鵬

（北方工業大學 電氣與控制工程學院，北京 100144）

0 引 言

這是一款集種樹種草，根據土壤濕度進行節水灌溉，依靠鋰電池和太陽能同時供電的植樹機。本文設計的植樹機栽種的數量比人工栽種多141.6%，可以節約人力物力，提高栽種的速度。在節水節能、減少CO排放等方面上有重要意義。

1 設計方案

本文中設計生產的植樹機主要適合用于在林地、山區、沙地荒漠等環境復雜或多變惡劣的環境狀態下植樹，具備栽種樹苗、節水灌溉、無線通信等多種功能。植樹機由鉆孔機構、灌溉機構、推土機構、樹苗栽種機構組成，搭載追蹤式太陽能板，使用鋰電池和光伏發電雙重供電保障。

植樹機通過5G 通信技術，運動到指定作業區域。內置傳感器將環境數據傳送給工作站。土壤濕度傳感器檢測土壤濕度值轉化為電信號，單片機根據土壤濕度值控制植樹機上攜帶的水箱進行節水灌溉。植樹機前方攜帶的鉆頭挖掘土坑后，向前移動至樹苗下落通道出口與土坑位置相同時停下，同時裝有樹苗的轉盤旋轉一定角度使樹苗落下。推土機構推動隆起的泥土落入坑洞中填埋，本裝置的總體設計思路框圖如圖1所示。

圖1 總體設計思路

1.1 電器控制

選用STM32F4 和Arduino 作為主控板，使用直流無刷減速電機和PID 算法精確控制轉速及位置。

太陽能追蹤系統采用光電轉換模式，由傳感器感受光源，將識別的數據反饋到系統中，控制太陽能光伏板轉動，達到自動追蹤效果，同時將太陽能轉化為化學能為后續裝置供電。……