呂天恒

(佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院，黑龍江 佳木斯 154000)

0 引言

本系統(tǒng)是利用單片機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)等功能及探測大棚內(nèi)溫度、濕度于一體化的農(nóng)業(yè)智能巡檢小車。該小車不僅符合環(huán)保理念而且為農(nóng)業(yè)提供了很大的便利，目前市場空白，具有很好的市場前景和研究價值。

1 核心技術(shù)

其以STC15W4K48S4為運(yùn)動控制系統(tǒng)的控制器，按照設(shè)定的黑色路線循跡行走，同時根據(jù)紅外傳感器反饋的信號來調(diào)整舵機(jī)的轉(zhuǎn)向角度；由控制器利用各種傳感器，再通過WIFI方式將檢測點的經(jīng)緯度位置，采集環(huán)境的溫濕度值等，這些數(shù)據(jù)上傳至yeelink云平臺，用戶通過賬號登錄yeelink云平臺即可遠(yuǎn)程、實時查看各監(jiān)測點農(nóng)作物的生長狀況和環(huán)境的溫濕度等數(shù)據(jù)，此滿足各種中小型規(guī)模農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的實際需要。

圖1 系統(tǒng)圖

2 硬件設(shè)計

2.1 控制系統(tǒng)的確定

本設(shè)計選用STC15W4K48S4單片機(jī)(貼片型),雖然該單片機(jī)是一款8位單片機(jī)，但是I/O接口高達(dá)62個，其速度是8051系列單片機(jī)的8-12倍，與8051系統(tǒng)單片機(jī)相比可徹底省掉外部昂貴的晶振和外部復(fù)位電路。芯片內(nèi)部集成了5個16位定時器/計數(shù)器，4個高速異步串行通信端口。其強(qiáng)大的功能、較低的功耗等功能均滿足本次設(shè)計的需求。

2.2 電機(jī)驅(qū)動

使用L298N作為主驅(qū)動芯片，其驅(qū)動能力強(qiáng)，散熱效果好，抗干擾能力強(qiáng)等特點。內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，使用L298N芯片可以驅(qū)動兩臺直流電機(jī)，可以實現(xiàn)小車的啟動、轉(zhuǎn)向、加減速、停止等，同時使用大容量濾波電容，防止電磁干擾，應(yīng)用續(xù)流保護(hù)二極管，進(jìn)一步提高電路的可靠性。

2.3 電量檢測

電量檢測使用LM339作為主控芯片，配備蜂鳴器，板載上有4位電量指示LED燈，分為3種顏色顯示，紅、黃、黃、綠可以根據(jù)用戶自己的需求對每個燈設(shè)置相應(yīng)的電量指示，當(dāng)電量降低到紅燈時，檢測模塊會給15單片機(jī)一個信號，啟動蜂鳴器報警，來提示工作人員進(jìn)行充電。

2.4 循跡模塊

TCRT5000循跡模塊檢測農(nóng)場內(nèi)鋪設(shè)的黑線并通過紅外模塊發(fā)射的紅外線射到地面上，然后黑色的線會吸收光線，導(dǎo)致接收管接收管線變?nèi)?，從而實現(xiàn)不同光線下不同電壓的轉(zhuǎn)換。然后通過比較器LM393進(jìn)行電壓的比較。遇到黑線時，紅外變?nèi)?，比較器側(cè)輸出高電平，當(dāng)遇到白線時，紅外變強(qiáng)，比較器側(cè)輸出低電平。從而通過檢測黑線、白線來判斷電機(jī)的運(yùn)動、轉(zhuǎn)向。當(dāng)遇到障礙物時小車會根據(jù)大棚內(nèi)的環(huán)境改變自己的轉(zhuǎn)向，而沒有方向可轉(zhuǎn)的時候小車會停止運(yùn)行并在上位機(jī)側(cè)及大棚內(nèi)發(fā)出報警信號，來警示人們他不能工作了。

圖2 循跡模塊原理圖

2.5 溫濕度模塊

以ESP8266-01/ESP-01S作為主控芯片，DHT11為溫濕度傳感器。采集到環(huán)境中的溫濕度上傳到服務(wù)器。可在服務(wù)器上觀察此刻大棚內(nèi)的溫濕度，此刻溫濕度與上位機(jī)中數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，當(dāng)溫濕度過低或過高時，會發(fā)出報警信號，通知工作人員作出相應(yīng)的處理。

3 通信設(shè)計

本小車測得的全部數(shù)據(jù)都可通過室內(nèi)WiFi上傳至服務(wù)器，上傳過程由單片機(jī)核心板與WiFi模塊共同完成。使用主控芯片上的串口通訊功能將AT指令發(fā)送給WiFi模塊對WiFi模塊進(jìn)行配置(配置WiFi的工作模式、名字、密碼、IP地址和通訊協(xié)議等)，待WiFi配置完成后將傳感器所檢測到的數(shù)據(jù)通過WiFi模塊上傳至云端數(shù)據(jù)庫(使用TCP協(xié)議、遠(yuǎn)端IP地址和遠(yuǎn)端端口)，再通過服務(wù)器發(fā)送至上位機(jī)和手機(jī)App上，使用戶能夠?qū)崟r的查看實驗大棚的實際情況。用戶可選擇使用手機(jī)App或電腦上位機(jī)直接查看或控制智能小車。

4 結(jié)語

農(nóng)業(yè)巡檢小車，通過多個模塊的搭配組合，實現(xiàn)自動隨時檢測大棚內(nèi)溫度，濕度，節(jié)省了部分人力，當(dāng)大棚內(nèi)溫度過高或過低時、濕度過高或過低時，都會發(fā)出相應(yīng)的報警信號，供人們參考判斷，有助于植物更好的成長，該小車不僅符合互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢，而且在降低了人工投入的同時，還提高了大棚內(nèi)植物的產(chǎn)量。還可以根據(jù)不同的大棚需求搭配不同的模塊，實現(xiàn)多種功能，實現(xiàn)全面自動化覆蓋的水平。