基于STM32的智能耕種機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第1章緒論1.1研究目的及意義隨著?我國(guó)社??會(huì)經(jīng)濟(jì)??的迅速??發(fā)展與??城鎮(zhèn)化??加劇，??城市化??使越來(lái)??越多的??年輕人??從農(nóng)村??進(jìn)入城??市，農(nóng)??村人口??減少，??導(dǎo)致農(nóng)??田荒廢??，糧食??減產(chǎn)REF_Ref17568\r\h［1］。??農(nóng)業(yè)科??技創(chuàng)新??和智能??農(nóng)業(yè)機(jī)??器的應(yīng)??用，提??高機(jī)械??化水平??是緩解??或解決??的農(nóng)業(yè)??危機(jī)的??必然選??擇。水??稻直播??栽培相??比傳統(tǒng)??移栽插??秧技術(shù)??，具有??省工省??力、降??低生產(chǎn)??成本、??縮短生??育期、??提高產(chǎn)??量、有??利于規(guī)??模化生??產(chǎn)等優(yōu)??點(diǎn)，但??現(xiàn)有水??稻直播??機(jī)一般??很笨重??，不能??滿足重??量輕、??自動(dòng)化??程度高??、可實(shí)??現(xiàn)無(wú)人??自動(dòng)作??業(yè)的水??稻直播??的要求REF_Ref25344\r\h［2］??。機(jī)器??人用于??農(nóng)業(yè)，??是現(xiàn)代??農(nóng)業(yè)的??發(fā)展趨??勢(shì)。有??一類機(jī)??器人，??稱為自??平衡機(jī)??器人，??是機(jī)器??人家族??中的重??要一族REF_Ref25566\r\h［3］??。進(jìn)入??21世??紀(jì)，在??機(jī)器人??學(xué)和機(jī)??器人，??自平衡??機(jī)器人??由于其??固有的??不穩(wěn)定??動(dòng)力學(xué)??特性，??引發(fā)了??人們極??大的研??究興趣??，各種??先進(jìn)的??自平衡??機(jī)器人??系統(tǒng)相??繼誕生??。其機(jī)??體置于??底盤之??上，可??裝載各??種電子??設(shè)備，??如機(jī)載??工控機(jī)??、數(shù)字??信號(hào)處??理器、??慣性測(cè)??量單元??、導(dǎo)航??定位系??統(tǒng)、電??子眼等??。底盤??橋體主??要用于??安裝或??連接機(jī)??體與輪??系，固??定驅(qū)動(dòng)??系統(tǒng)，??包括電??機(jī)及其??伺服機(jī)??構(gòu)，輪??系由左??輪和右??輪通過(guò)??輪軸或??傳動(dòng)機(jī)??構(gòu)組成??。兩輪??機(jī)器人??的重心??一般位??于輪系??軸線之??上，因??而形成??了內(nèi)在??的固有??的不穩(wěn)??定動(dòng)力??學(xué)特性REF_Ref25667\r\h［4］??。水稻??直播是??在沼澤??濕滑狀??態(tài)下進(jìn)??行，現(xiàn)??有自平??衡機(jī)器??人不能??適應(yīng)稻?田環(huán)境REF_Ref25726\r\h［5］。很多智?能化的??系統(tǒng)都??能夠運(yùn)??用到我??國(guó)人民??的日常??生活中??，農(nóng)業(yè)??的智能??化就是??一個(gè)新??興的智??能產(chǎn)，??并且其??最主要??也是最??關(guān)鍵的??環(huán)節(jié)就??是有效??的提開(kāi)??我壓農(nóng)??作物的??培養(yǎng)質(zhì)??量以及??培養(yǎng)效??率，在??此基礎(chǔ)??上能夠??有效地??利用農(nóng)??作物的??生長(zhǎng)時(shí)??期，并??對(duì)溫室??環(huán)境進(jìn)??行充分??的檢測(cè)??以及合??理的調(diào)??節(jié)REF_Ref25804\r\h［6］。在??我國(guó)當(dāng)??前市面??上出現(xiàn)??了很多??能夠有??效幫助??農(nóng)作物??提升培??育效率??的智能??化機(jī)器??，但是??大多機(jī)??器都沒(méi)??有將自??動(dòng)的處??理、對(duì)??周圍環(huán)??境的檢??測(cè)以及??遠(yuǎn)程操??控等主??要因素??有效地??結(jié)合起??來(lái)，只??能夠進(jìn)??行較為??簡(jiǎn)單的?系統(tǒng)功能REF_Ref25902\r\h［7］。到21世?紀(jì)，萬(wàn)??能機(jī)器??人會(huì)出??現(xiàn)在農(nóng)??田里。??它不但??能播種??、除草??、中耕??，而且??能施肥??和收獲??。耕種??深度為??20厘??米，那??時(shí)地面??保持平??坦，耕??種只須??5厘米??深就夠??了REF_Ref25980\r\h［8］。這??樣，機(jī)??器人耕??地能耗??可節(jié)省??88%??左右。??用機(jī)器??人播種??，可以??在上一??茬未收??獲之前??就使下??一茬下??種和發(fā)??芽。萬(wàn)??能機(jī)器??人還可??以采用??整體收??割法，??沿耕作??地來(lái)回??走一次??就可把??莊稼收??割完，??裝到集??裝箱內(nèi)??運(yùn)走。??脫?？??以借助??超聲波??來(lái)完成??，也可??以用微??波進(jìn)行??干燥。??萬(wàn)能機(jī)??器人能??根據(jù)土??壤的溫??度、氣??溫、風(fēng)??力來(lái)完??成種地??、鋤草??、澆灌??、施肥??、收割??、脫粒??、吹干??、運(yùn)走??等工作??。幾乎??所有的??農(nóng)業(yè)工??作都能??由萬(wàn)能??機(jī)器人??自動(dòng)進(jìn)??行REF_Ref26124\r\h［9］。它??不但能??減輕人??的勞動(dòng)??強(qiáng)度，??而且能??提高產(chǎn)??量，便??于收獲??。在勞??動(dòng)力短??缺、產(chǎn)??業(yè)升級(jí)??需求增??長(zhǎng)、前??沿技術(shù)??加快發(fā)??展等多??重因素??影響下??，農(nóng)業(yè)??機(jī)器人??正加速??拓展應(yīng)??用范圍??。如今??，農(nóng)業(yè)??機(jī)器人??不僅越??發(fā)多元??化、智??能化，??而且還??推動(dòng)了??“無(wú)人??農(nóng)場(chǎng)”??等新興??概念的??實(shí)現(xiàn)，??未來(lái)市??場(chǎng)前景?十分廣闊REF_Ref26222\r\h［10］。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)際上對(duì)基于STM32智能耕種機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究已經(jīng)頗有成效REF_Ref26362\r\h［11］。2020,Suleiman中?評(píng)估了??尼日利??亞佐伊??亞州佐??邦國(guó)家??農(nóng)業(yè)推??廣工作??人員可??持續(xù)土??地利用??和農(nóng)業(yè)??生產(chǎn)中??知識(shí)管??理（k??m）有??效性的??挑戰(zhàn)。??使用結(jié)??構(gòu)良好??的問(wèn)卷??制定了??188??的樣品??大小并?用于研究REF_Ref26529\r\h［12］。2015年，AnwarIbrahim;RizwanMuhammad;MohammedAlshitawi;AbdulazizAlharbi;AbdulrahmanAlmarshoud在《IntelligentGreenHouseApplicationBasedRemoteMonitoringforPrecisionAgriculturalStrategies:ASurvey》中?已經(jīng)部??署了智??能溫室??（GH??）應(yīng)用??程序，??以改善??對(duì)農(nóng)業(yè)??增長(zhǎng)的??管理，??從而在??各種環(huán)??境下監(jiān)??控精確?農(nóng)業(yè)。2015年，Kennedy,HannahJoy在《WeedRemovalEfficacyandLaborImplicationsofanIntelligentCultivatorinVegetableCropsMarkedwithMachineVisionDetectableSignals》?中研究??利用機(jī)??器視覺(jué)??識(shí)別雜??草,有??選擇地??變量施??用化學(xué)??制劑或??直接實(shí)??現(xiàn)機(jī)械??除草就??顯得尤??為重要??。要實(shí)??現(xiàn)變量??噴灑或??直接實(shí)??現(xiàn)機(jī)械?除草REF_Ref26598\r\h［13］。目前，我?國(guó)在基??于ST??M32??智能耕??種機(jī)器??人系統(tǒng)??設(shè)計(jì)的??研究已??經(jīng)處于??世界領(lǐng)??先地位??。20??21年??，在《??小型智??能化家??用耕種??機(jī)的開(kāi)??發(fā)應(yīng)用??研究》??中以家??用小型??智能化??耕種機(jī)??的應(yīng)用??設(shè)計(jì)為??主題,??根據(jù)目??前市場(chǎng)??上的智??能掃地??機(jī)器人??、智能??除草機(jī)??以及專??業(yè)的農(nóng)??業(yè)機(jī)器??人的基??礎(chǔ)理論??和實(shí)際??應(yīng)用展??開(kāi)探討??研究,??開(kāi)發(fā)新??型的針??對(duì)國(guó)內(nèi)??的農(nóng)家??樂(lè)、庭??院土地??、中小??型土地??等的家??用智能??化耕種??機(jī),即??在傳統(tǒng)??耕種機(jī)??的基礎(chǔ)??上增加??智能化??的功能??化設(shè)計(jì)??,將需??要被翻??墾的土??地采用??智能化??耕種,??減少勞??動(dòng)力,??節(jié)約時(shí)??間,解??決農(nóng)村??勞動(dòng)力??缺失造??成的土??地荒蕪??問(wèn)題,??設(shè)計(jì)出??一款電??動(dòng)的、??能夠自??動(dòng)在劃??定區(qū)域??耕地的??農(nóng)用智??能產(chǎn)品REF_Ref26722\r\h［14］??。20??19年??，綠洲??在《智??能農(nóng)機(jī)??:農(nóng)業(yè)??耕種好??輕松》??中總結(jié)??智能農(nóng)??機(jī)的應(yīng)??用經(jīng)驗(yàn)??,分享??智能農(nóng)??機(jī)世界??研究成??果,比??較中國(guó)??與世界??先進(jìn)國(guó)??家在人??工智能??研究領(lǐng)??域的差??距,2??019??年7月??15日??,江西??省農(nóng)業(yè)??科學(xué)院??在南昌??縣嘉萊??特花園??酒店召??開(kāi)了'??智能農(nóng)??機(jī)助力??鄉(xiāng)村振??興高層??論壇,除了??江西省??內(nèi)業(yè)界??專家、??政府相??關(guān)部門??人員和??智能農(nóng)??機(jī)企業(yè)??代表齊??聚會(huì)場(chǎng)??外,還??有中國(guó)??工程院??院士羅??錫文教??授,中??國(guó)農(nóng)業(yè)??大學(xué)、??中國(guó)農(nóng)??業(yè)機(jī)械??化科學(xué)??研究院??、華中??農(nóng)業(yè)大??學(xué)等智??能農(nóng)機(jī)??領(lǐng)域的??研究專??家也受??邀給會(huì)??議代表??做了精??彩演講REF_Ref26790\r\h［15］??。20??17年??，王磊??在《農(nóng)??業(yè)耕種??智能嵌??入式遠(yuǎn)??程監(jiān)控??系統(tǒng)設(shè)??計(jì)與實(shí)??現(xiàn)》中??主要體??現(xiàn)了大??型的機(jī)??械化逐??漸取代??了以往??的手工??勞作，??大大的??減輕了??農(nóng)民的??負(fù)擔(dān)，??提高了??農(nóng)民的??收入REF_Ref26862\r\h［16］。??本文正??是基于??這個(gè)背??景為前??提下，??提出了??對(duì)農(nóng)機(jī)??智能監(jiān)??測(cè)系統(tǒng)??的設(shè)計(jì)??。通過(guò)??該系統(tǒng)??雇主可??以在遠(yuǎn)??程計(jì)算??機(jī)上觀??察農(nóng)機(jī)??的耕種??作業(yè)情??況，查??看農(nóng)機(jī)??最后作??業(yè)的面??積，農(nóng)??機(jī)耕種??的深松??深度是??否符合??要求，??能夠?yàn)??雇主節(jié)??省成本??，提高??農(nóng)業(yè)生?產(chǎn)監(jiān)管效率REF_Ref19034\r\h［17］。第2章系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)2.1設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)??是基于S??TM3??2智能??耕種機(jī)??器人系??統(tǒng)設(shè)計(jì)??，該??套系統(tǒng)??使用藍(lán)??牙通信??技術(shù)，??手機(jī)端??作為上??位機(jī)，??可以實(shí)??時(shí)接收??并顯示??下位機(jī)??發(fā)送來(lái)??的信息??，還可??以發(fā)送??指令對(duì)周圍環(huán)境做出舉措。??實(shí)現(xiàn)的功能如下：藍(lán)牙通信，手機(jī)作為上位機(jī),上位機(jī)可以接收，并顯示下位機(jī)發(fā)來(lái)的信息；可以發(fā)送命令，對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行調(diào)整控制耕種機(jī)器人，并可以控制耕種機(jī)器人移動(dòng)和移動(dòng)的速度；發(fā)送命令，控制耕種機(jī)器人開(kāi)始/停止耕種REF_Ref27260\r\h［19］；耕種機(jī)器人的下位機(jī)可以接收上位機(jī)的信息，控制耕種機(jī)器人移動(dòng)；系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)耕種機(jī)器人的速度，通過(guò)土壤傳感器，檢查土壤肥力；通過(guò)溫濕度模塊監(jiān)測(cè)溫濕度并做出反應(yīng)，通過(guò)紅外傳感器監(jiān)測(cè)光照強(qiáng)度并做出調(diào)整；通過(guò)超聲波傳感器檢測(cè)和障礙物的距離。環(huán)境參數(shù)可以顯示在OLED屏上，可以發(fā)送給上位機(jī)；還可以接收上位機(jī)命令，執(zhí)行開(kāi)始/停止耕種REF_Ref27486\r\h［20］。圖2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.2單片機(jī)選型方案一采用的主控制器STC89C52，STC89S52擁有功耗低、性能強(qiáng)的特點(diǎn)，并且其本身的儲(chǔ)存能力非常的出色。雖然這款單片機(jī)擁有很多的優(yōu)點(diǎn)，但是52單片機(jī)芯片集程度不高，性能無(wú)法跟32單片機(jī)相比，它的儲(chǔ)存器位數(shù)為8位，不能滿足這次設(shè)計(jì)對(duì)儲(chǔ)存器的要求，所以此方案不進(jìn)行選擇。方案二STM32單片機(jī)，作為一款超低功耗的32位器件，能夠?qū)⒛ｋ姅?shù)電集成到一個(gè)芯片中，從而有效地解決多種問(wèn)題，具有極高的實(shí)用性。STM32F103C8T6是一款廣泛應(yīng)用于32位系統(tǒng)、符合設(shè)計(jì)所需要的要求。其高可靠性、低功耗、易于擴(kuò)展、尺寸小、性價(jià)比高、線路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，因此，方案二被選為我們的首選。2.3顯示模塊選型方案一采用LCD1602的最大優(yōu)點(diǎn)在于其價(jià)格親民、性能穩(wěn)定，且可輕松連接至單片機(jī)。LCD1602顯示模塊主要是用于小尺寸的屏幕顯示和儀器表盤上，因?yàn)長(zhǎng)CD1602顯示的數(shù)字內(nèi)容受限，本設(shè)計(jì)所需要顯示的內(nèi)容較多，因此無(wú)法達(dá)到要求，所以此方案不進(jìn)行選擇。方案二采用OLED液晶顯示的選擇通常是與單片機(jī)共同出現(xiàn)的，因?yàn)槠淠軌蜻M(jìn)行更多數(shù)據(jù)與文字的顯示，同時(shí)此顯示屏的顯示位數(shù)在同類產(chǎn)品中相對(duì)較多，而且擁有更簡(jiǎn)單的編寫程序，這使得它成為一款非常優(yōu)秀的顯示設(shè)備。在經(jīng)濟(jì)方面，該方案的價(jià)格相對(duì)較為親民，尤其是OLED液晶顯示屏，使其成為本次設(shè)計(jì)的理想選擇，故選擇方案二。2.4溫濕度傳感器選型方案一采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為溫度傳感器。DS18B20是一種采用單總線技術(shù)，且只能檢測(cè)溫度。本設(shè)計(jì)需要檢測(cè)溫濕度。所以此方案不進(jìn)行選擇。方案二是選擇型號(hào)為DHT11溫濕度傳感器。DHT11溫濕度傳感器，能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)溫度和濕度，可以適用于各種空間的溫度和濕度的檢測(cè)。在組裝方面，容易上手只需按照說(shuō)明書進(jìn)行組裝，輸出信號(hào)穩(wěn)定，能夠長(zhǎng)期工作，故選擇方案二。2.5無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸選型方案一是選用NRF24L01模塊傳輸，但在傳輸過(guò)程中需要用至少2個(gè)電路板才能進(jìn)行通訊。方案二是采用BH-HC05藍(lán)牙模塊，這個(gè)模塊數(shù)據(jù)顯示可以通過(guò)藍(lán)牙方式把數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，傳輸距離也是研究所需要的，大大的簡(jiǎn)化了觀察數(shù)據(jù)的步驟。故選擇方案二。2.6紅外傳感器選型方案一是選用HC-SR501熱敏傳感器，這個(gè)傳感器極易受射頻輻射的干擾，靈敏度低，有時(shí)還會(huì)失靈，不易操作。方案二是選用IR紅外傳感器，這個(gè)傳感器以發(fā)射和接收紅外線來(lái)檢測(cè)光照強(qiáng)度，具有快速響應(yīng)不受干擾的特點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)是成本低廉，安全，易操作使用壽命長(zhǎng)，故選擇方案二。2.7土壤傳感器選型方案一是選用YL-69土壤濕度傳感器，敏感度低，價(jià)格較高，只能檢測(cè)土壤的濕度值，不能提供設(shè)計(jì)所需數(shù)值，不易操作,所以不做選擇。方案二是選用NH52DLJ土壤氮磷鉀傳感器，這個(gè)傳感器可以檢測(cè)設(shè)計(jì)需要的氮磷鉀的含量,其優(yōu)點(diǎn)在于門檻低，測(cè)量快速，無(wú)需試劑，不限檢測(cè)次數(shù)。電極采用特殊處理的合金材料，可承受較強(qiáng)的外力沖擊，不易損壞。完全密封，響應(yīng)速度快，互換性好?？梢愿玫膸椭覀兞私馔寥捞匦?。故選擇方案二。2.8測(cè)距模塊選型方案一是選用激光測(cè)距，激光測(cè)距的直線特性非常好，但是極易受環(huán)境影響，干擾很大，應(yīng)用條件苛刻。方案二是選用HC-SR04超聲波傳感器，超聲波傳感器的頻率??高、波??長(zhǎng)短、??方向性??好、可??以線性??傳播、??對(duì)液體??或者固??體有不??錯(cuò)的穿??透效果??，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，成本低廉，安全，易操作使用壽命長(zhǎng)，故選擇方案二。第3章系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是??一種基??于ST??M32??的智能耕??種機(jī)器??人系統(tǒng)??設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)使??用BH-HC05藍(lán)牙??通信技??術(shù)，手??機(jī)端作??為上位??機(jī)，可??以實(shí)時(shí)??接收并??顯示下??位機(jī)發(fā)??送來(lái)的??信息，??還可以??發(fā)送指??令，并??控??制耕種??機(jī)器人??移動(dòng)、??開(kāi)始/??停止耕??種??；下位??機(jī)能夠??接受上??位機(jī)發(fā)??來(lái)的指??令，控??制耕種??機(jī)器人??移動(dòng)；??還可實(shí)??現(xiàn)系統(tǒng)??實(shí)時(shí)監(jiān)??測(cè)耕種??機(jī)器人??的速度??，環(huán)境的各個(gè)參數(shù)并顯示??，還可以發(fā)??送至上??位機(jī)。??下位機(jī)??接收上??位機(jī)指??令，開(kāi)??始/停??止耕種??。在軟??件平臺(tái)??實(shí)現(xiàn)了??遠(yuǎn)程控??制自動(dòng)??播種、?耕地功能。如圖3.1所示系統(tǒng)原理圖：圖3.1系統(tǒng)原理圖3.2系統(tǒng)的主要功能模塊設(shè)計(jì)3.2.1STM單片機(jī)介紹本設(shè)計(jì)中的控制核心選用的是意法半導(dǎo)體公司推出的STM32系列32位的單片機(jī)，目前STM32以其強(qiáng)大的功能，超高的性價(jià)比幾乎完全替代了MCS-51系列的8位單片機(jī)。STM32系列作為專門為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的ARMCortex-M3內(nèi)核。具體到本文所選用的STM32F103C8T6。STM32F103C8T6共有44個(gè)引腳。它的所有I/O口都可以由軟件編程設(shè)置為8種工作模式，有模擬輸入、上拉輸入、浮空輸入、強(qiáng)推挽/強(qiáng)上拉、僅為輸入/高阻，開(kāi)漏輸出等。同時(shí)，每一個(gè)I/O口的驅(qū)動(dòng)電流都可以達(dá)到20mA，但是也有一個(gè)限制，就是整個(gè)單片機(jī)的最大承受電流不可以超過(guò)120mA。如圖3.2所示為STM32F103C8T6的實(shí)物圖：圖3.2STM32F103C8T6實(shí)物圖3.2.2單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)STM32F103C8T6單片機(jī)為系統(tǒng)運(yùn)行提供了重要支持，它能夠?qū)崿F(xiàn)低功耗，而且運(yùn)轉(zhuǎn)速率飛快，高性能、低成本，有多個(gè)擴(kuò)展口，封裝體積小等優(yōu)點(diǎn)。STM32F103C8T6整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以分為由ARM公司設(shè)計(jì)的Cortex-M3內(nèi)核和ST公司在此基礎(chǔ)上優(yōu)化的總線矩陣、DMA、AHB、APB1以及APB2上掛載的外設(shè)等兩個(gè)部分。STM32F103C8T6的GPIO有8種模式，其中包含上拉、下拉輸入模式，所以外接按鈕時(shí)可不設(shè)上下拉電阻。根據(jù)原理圖顯示。STM32最大3.6V的工作電壓，使用了LDO(低壓差線性穩(wěn)壓器)將輸入電壓VIN降到3.3v給微控制器供電。其內(nèi)部安裝有時(shí)鐘復(fù)位電路和供電電源，時(shí)鐘電路的作用是計(jì)時(shí)和統(tǒng)計(jì)周圍環(huán)境時(shí)間變化，復(fù)位電路是為了在特殊情況下對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)，恢復(fù)到原始工作狀態(tài)的保險(xiǎn)，供電電源就是整個(gè)單片機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)。單片機(jī)內(nèi)部還裝有自動(dòng)斷電開(kāi)關(guān)，當(dāng)電路損壞時(shí)，復(fù)位電路沒(méi)有投入工作就會(huì)將整個(gè)電路的電源切斷防止發(fā)生危險(xiǎn)在單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部需要復(fù)位電路、晶振電路以及電源電路?；赟TM32的智能耕種機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最小系統(tǒng)電路圖如3.3所示。圖3.3STM32F103C8T6最小系統(tǒng)電路3.2.3顯示模塊電路設(shè)計(jì)基于STM32的智能耕種機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)中顯示模塊使用OLED屏，即有機(jī)發(fā)光二極管顯示。因其特性為具備輕薄、省電等特性，因此從2003年開(kāi)始，這種顯示設(shè)備在MP3播放器上得到了廣泛應(yīng)用，而對(duì)于同屬數(shù)碼類產(chǎn)品的DC與手機(jī)，此前只是在一些展會(huì)上展示過(guò)采用OLED屏幕的工程樣品。自2007年后，壽命得到很大提高，具備了許多LCD不可比擬的優(yōu)勢(shì)。三種顏色任你選：藍(lán)色、白色、藍(lán)黃雙色。由于OLED和LCD屏幕顯示不一樣，為此剛上電的瞬間，屏幕沒(méi)有反映，當(dāng)執(zhí)行到該模塊的代碼時(shí)，SDA接口將數(shù)據(jù)傳入，屏幕才會(huì)進(jìn)行顯示。OLED屏電路設(shè)計(jì)中的通過(guò)查找數(shù)據(jù)手冊(cè)可知該模塊1腳接地（GND），2腳接電源（VCC），該模塊采用SPI模式與單片機(jī)進(jìn)行通訊。在SPI模式下，SDA和RST與單片機(jī)進(jìn)行接口。第3腳接單片機(jī)PC13,第4腳接PC15端口。完成與數(shù)據(jù)的傳輸功能?；赟TM32的智能耕種機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)中OLED電路設(shè)計(jì)如圖3.4所示。圖3.4OLED顯示屏原理圖3.2.4溫濕度傳感器模塊電路設(shè)計(jì)基于STM32的智能耕種機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)于溫濕度的采集將使用DHT11傳感器。DHT11是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。溫濕度傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。每個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過(guò)程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選則。DTT11溫濕度傳感器電路設(shè)計(jì)中的通信引腳DATA將會(huì)與單片機(jī)控制端的PA7引腳相連接，溫濕度傳感器的正負(fù)極與電源正負(fù)極相連接即可，完成與數(shù)據(jù)的傳輸功能?；赟TM32的智能耕種機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)中DTH11溫濕度傳感器電路設(shè)計(jì)如圖3.5所示。圖3.5DHT11溫濕度傳感器原理圖

3.2.5蜂鳴器模塊電路設(shè)計(jì)基于STM32的智能耕種機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)中蜂鳴器是設(shè)計(jì)是報(bào)警模塊。蜂鳴器是一種將電??信號(hào)轉(zhuǎn)??換為聲??音信號(hào)??的器件??，常用??來(lái)產(chǎn)生??設(shè)備的??按鍵音??、報(bào)警??音等提??示信號(hào)??蜂鳴器??按驅(qū)動(dòng)??方式可??分為有??源和無(wú)??源蜂鳴??器。有源??蜂鳴器??其內(nèi)部??自帶振??蕩源，??將正負(fù)??極接上??直流電??壓即可??持續(xù)發(fā)??聲，頻??率固定??。無(wú)源蜂??鳴器其?內(nèi)部不??帶振蕩??源，需??要控制??器提供??振蕩脈??沖才可??發(fā)聲，??調(diào)整提??供振蕩??脈沖的??頻率，??可發(fā)出??不同頻??率的聲??音蜂鳴??器有正??負(fù)極，??頂部印??有+號(hào)??的為正??極，若??蜂鳴器??引腳沒(méi)??剪，則??長(zhǎng)的為??正極，??單片機(jī)??引腳不??能直接連接??蜂鳴器??，加N??PN型??三極管??進(jìn)行驅(qū)??動(dòng)，因??為單片??機(jī)的引??腳驅(qū)動(dòng)??能力有??限，蜂??鳴器的??功率比??較大，??所以需??要通過(guò)??三極管??來(lái)驅(qū)動(dòng)??，R1??為限流??電阻，??單片機(jī)??引腳如??果給高??電平，??則三極??管導(dǎo)通??，VC??C便給??蜂鳴器??供電，??如果給??低電平??，則三??極管斷??開(kāi)，P??NP型??三極管??同理，??只不過(guò)??是單片??機(jī)引腳??輸出低??電平導(dǎo)??通，輸??出高電平斷開(kāi)。此設(shè)計(jì)采用的是有源蜂鳴器。在蜂鳴器模塊中需要10K電阻去驅(qū)動(dòng)。才能使其正常工作?；赟TM32的智能耕種機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)中蜂鳴器報(bào)警模塊電路設(shè)計(jì)如圖3.6所示。圖3.6蜂鳴器原理圖3.2.6超聲波測(cè)距模塊電路設(shè)計(jì)本文基于STM32的智能耕種機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)中測(cè)量和障礙物之間的距離是通過(guò)超聲波傳感器HC-SR04??完成的。HC-SR04是根據(jù)??超聲波??的一些??特性制??造出來(lái)??的，用??于完成??對(duì)超聲??波的發(fā)??射和接??收，內(nèi)??部的換??能晶片??受到電??壓的激??勵(lì)而發(fā)??生振動(dòng)??產(chǎn)生超??聲波，??超聲波??的頻率??高、波??長(zhǎng)短、??方向性??好、可??以線性??傳播、??對(duì)液體??或者固??體有不??錯(cuò)的穿??透效果??，比如??一些不??透明的??物體，??超聲波??可以穿??透幾十??米，而??且它在??遇到雜??質(zhì)等等??物體時(shí)??會(huì)發(fā)生??反射現(xiàn)??象，從??而產(chǎn)生??回波。??想要用??超聲波??完成檢??測(cè)工作??，必須??要有一??個(gè)既可??以發(fā)出??超聲波??又可以??接收超??聲波的??裝置，??能實(shí)現(xiàn)??這樣功??能的裝??置我們??稱為超??聲波傳??感器，??也叫作??超聲波??換能器??或者超??聲探頭??。HC-SR04超聲??波傳感??器內(nèi)部??的主要??部件是??壓電晶??片，它??在受到??電壓的??刺激時(shí)??就可以??發(fā)射超??聲波，??然后由??接收端??進(jìn)行接??收。小??功率超??聲波傳??感器大??多用來(lái)??進(jìn)行檢??測(cè)，例??如一些??導(dǎo)盲、??坐姿矯??正的產(chǎn)??品，應(yīng)??用的就??是小功??率傳感??器，大??功率的??超聲波??傳感器??在生活??中并不??常見(jiàn)。??超聲波??傳感器??有許多??不同的??結(jié)構(gòu)，??可分直??探頭、??斜探頭??、表面??波探頭??、蘭姆??波探頭??、雙探??頭（一??個(gè)用來(lái)??發(fā)射、??一個(gè)用??來(lái)接收??）等。??超聲波??傳感器??主要由??發(fā)送部??分、接??收部分??、控制??部分和??電源部??分構(gòu)成??。其中??，發(fā)送??部分由??發(fā)送器??和換能??器構(gòu)成??，換能??器可以??將壓電??晶片受??到電壓??激勵(lì)而??進(jìn)行振??動(dòng)時(shí)產(chǎn)??生的能??量轉(zhuǎn)化??為超聲??波，發(fā)??送器將??產(chǎn)生的??超聲波??發(fā)射出??去；接??收部分??由換能??器和放??大電路??組成，??換能器??接收到??反射回??來(lái)的超??聲波，??由于接??收超聲??波時(shí)會(huì)??產(chǎn)生機(jī)??械振動(dòng)??，換能??器可以??將機(jī)械??能轉(zhuǎn)換??成電能??，再由??放大電??路對(duì)產(chǎn)??生的電??信號(hào)進(jìn)??行放大??；控制??部分就??是對(duì)整??個(gè)工作??系統(tǒng)的??控制，??首先控??制發(fā)送??器部分??發(fā)射超??聲波，??然后對(duì)??接收器??部分進(jìn)??行控制??，判斷??接收到??的是否??是由自??己發(fā)射??出去的??超聲波??，最后??識(shí)別出??接收到??的超聲??波的大???。浑??源部分??就是整??個(gè)系統(tǒng)??的供電??裝置。??這樣，??在電源??作用下??、在控??制部分??控制下??，發(fā)送??器與接??收器兩??者協(xié)同??合作，??就可以??完成傳??感器所??需的功能。超聲波傳感器HC-SR04??的通信引腳，分別與單片的第3信號(hào)線是連接單片機(jī)的PB0引腳，第4信號(hào)線是連接單片機(jī)的PB1引腳，HC-SR04超聲波傳感器的正負(fù)極與電源正負(fù)極相連接即可。當(dāng)整個(gè)模塊通電后，會(huì)通過(guò)超聲波實(shí)時(shí)進(jìn)行距離測(cè)算，當(dāng)距離過(guò)近時(shí)，會(huì)引起蜂鳴器報(bào)警，提醒工作人員停止耕種?；赟TM32的智能耕種機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)中HC-SR04超聲波傳感器電路設(shè)計(jì)如圖3.7所示。圖3.7HC-SR04超聲波測(cè)距原理圖3.2.7土壤傳感器模塊電路設(shè)計(jì)本文基于STM32的智能耕種機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)中測(cè)量土壤成分使用的是NH52DLJ土壤氮磷鉀傳感器。它是一種用于測(cè)量土壤中氮、磷、鉀、肥力、的裝置。它通常由一個(gè)傳感器和一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。NH52DLJ土壤氮磷鉀傳感器是一種用于測(cè)量土壤中氮、磷、鉀等離子濃度的裝置。其原理是基于離子選擇電極和電化學(xué)方法。傳感器的主體是離子選擇電極，它能夠選擇性地感受到土壤中的氮、磷、鉀等離子。當(dāng)離子選擇電極與土壤中的目標(biāo)離子接觸時(shí)，電極表面的電位會(huì)發(fā)生變化，這種變化被轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，進(jìn)而測(cè)出離子的濃度。傳感器的工作原理主要包括感受元件、轉(zhuǎn)換元件和信號(hào)處理元件三個(gè)部分。其中感受元件主要是離子選擇電極，轉(zhuǎn)換元件是將離子濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，信號(hào)處理元件則對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波和轉(zhuǎn)換等處理，最終輸出測(cè)量結(jié)果。傳感器的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量快速、準(zhǔn)確、無(wú)污染，能夠?qū)崿F(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。如果在較堅(jiān)硬的地表測(cè)量時(shí)，應(yīng)先鉆孔(孔徑應(yīng)小于探針直徑)，再插入土壤中并將土壓實(shí)然后測(cè)量；傳感器應(yīng)防止劇烈振動(dòng)和沖擊，更不能用硬物敲擊。由于傳感器為黑色封裝，在強(qiáng)烈陽(yáng)光的照射下會(huì)使傳感器使急劇升溫(可達(dá)50℃以上)，為了防止過(guò)高溫度對(duì)傳感器的溫度測(cè)量產(chǎn)生影響，請(qǐng)?jiān)谔镩g或野外使用時(shí)注意遮陽(yáng)與防護(hù)。NH52DLJ土壤氮磷鉀傳感器模塊電路設(shè)計(jì)中的通信引腳分別連接單片機(jī)。第1信號(hào)線是連接單片機(jī)的PA9引腳，第2信號(hào)線是連接單片機(jī)的PA8引腳，土壤傳感器的正負(fù)極與電源正負(fù)極相連接即可?；赟TM32的智能耕種機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)中NH52DLJ土壤氮磷鉀傳感器電路設(shè)計(jì)如圖3.8所示。圖3.8NH52DLJ土壤氮磷鉀傳感器原理圖3.2.8藍(lán)牙通信模塊電路設(shè)計(jì)基于STM32的智能耕種機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)中通訊采用的是BH-HC05藍(lán)牙模塊。它可以通過(guò)藍(lán)牙通信模塊將各個(gè)傳感器數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)。BH-HC05藍(lán)牙通信模塊與單片機(jī)的連接方式是串口通信協(xié)議。每傳輸模塊接收數(shù)據(jù)后在發(fā)出去之前會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓處理，發(fā)送成功的同時(shí)數(shù)據(jù)解壓也完成，發(fā)送過(guò)程還要注意進(jìn)行加密處理，預(yù)防重要信息的泄露。這種串口通信協(xié)議內(nèi)部的電路并沒(méi)有很復(fù)雜，可以綁定一對(duì)一的傳輸路線，傳輸過(guò)程不耗費(fèi)任何流量和資金，大大降低了數(shù)據(jù)傳輸成本。BH-HC05藍(lán)牙通信電路設(shè)計(jì)中的通信引腳TXD和RXD將會(huì)與單片機(jī)控制端的PB11和PB10引腳相連接，完成與手機(jī)的通信功能?；赟TM32的智能耕種機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)中BH-HC05藍(lán)牙通信電路設(shè)計(jì)如圖3.9所示。圖3.9BH-HC05藍(lán)牙通信原理圖3.2.9紅外傳感器模塊電路設(shè)計(jì)基于STM32的智能耕種機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采集光照使用的是IR紅外傳感器。紅外傳感器由光敏電阻或\t"/item/%E5%85%89%E6%95%8F%E7%94%B5%E9%98%BB/_blank"光導(dǎo)管構(gòu)成，常用的制作材??料為鎘??，??另外還??有硒、??化鋁??、??和鉍??等??材料。??這些制??作材料??具有在??特定波??長(zhǎng)的光??照射下??，其阻??值迅速??減小的??特性。??這是由??于光照??產(chǎn)生的??流子??都參與??導(dǎo)電，??在外加??電場(chǎng)的??作用下??作動(dòng)，??電子奔??向電源??的正極??，空穴??奔向電??源的負(fù)??極，從??而使光??敏電阻??器的阻??值迅??速下降。IR紅外傳感器是用硫??化????鎘或硒??化鎘等??半導(dǎo)體??材料????制成??的特殊????，??其工作??原理是??基于????。光??照愈強(qiáng)??，阻值??就愈低??，隨著??光照強(qiáng)??度的升??高，電??阻值迅??速降低??，亮電??阻值可??小至1??KΩ以??下。光??敏電阻??對(duì)光線??十分敏??感，????其在??無(wú)光照??時(shí)，呈??\t"/item/%E5%85%89%E6%95%8F%E7%94%B5%E9%98%BB/_blank"高??阻狀態(tài)??，暗??電阻一??般可達(dá)??1.5??MΩ。??光敏電??阻的特??殊性能??，隨著??科技的??發(fā)展將??得到極??其廣泛應(yīng)用。IR紅外傳感器是??利用半??導(dǎo)體的??應(yīng)制??成的一??種電阻??值隨光??的??強(qiáng)弱而??改變的??阻器??，又稱??為??；入??射光強(qiáng)??，電阻??減小，??入射光??弱，電??阻增大??。還有??另一種??入射光??弱，電??阻減小??，入射??光強(qiáng)，電阻增大。IR紅外傳感器一般??用于光??的測(cè)量??、光的??控制和????（??將光的??變化轉(zhuǎn)??換為電??的變化??）。常??用的光??敏電阻??器硫化??鎘光敏??電阻器??，它是??由????制成的??。光敏??電阻器??對(duì)光的????（??即光譜??特性）??與人眼??對(duì)??（0??.4~??0.7??6）μ??m的響??應(yīng)很接??近，只??要人眼??可感受??的光，??都會(huì)引??起它的??阻值變??化。設(shè)??計(jì)光控??電路時(shí)??，都用??白熾燈??泡（珠??）??光線或??自然光??線作控??制光源??，使設(shè)??計(jì)大為簡(jiǎn)化。通常，IR紅外傳感器??都制成??薄片結(jié)??構(gòu)，以??便吸收??更多的??光能。??當(dāng)它受??到光的??照射時(shí)??，半導(dǎo)??體片（??光敏層??）內(nèi)就??激發(fā)出??電子—??空穴對(duì)??，參與??導(dǎo)電，??使電路??中電流??增強(qiáng)。紅外傳感器用于檢測(cè)光照強(qiáng)度，幫助決策是否適宜進(jìn)行耕種操作。IR紅外傳感器??模塊電路設(shè)計(jì)中的通信引腳連接單片機(jī)。第3信號(hào)線是連接單片機(jī)的PA2引腳。紅外傳感器的正負(fù)極與電源正負(fù)極相連接即可。基于STM32的智耕種機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)中IR紅外傳感器電路設(shè)計(jì)如圖3.10所示。圖3.10IR紅外傳感器原理圖3.2.10驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊電路設(shè)計(jì)以下是基于STM32的智能耕種機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)中模擬耕地和播種的驅(qū)動(dòng)電機(jī)部分。選擇直流電機(jī)作為耕地播種的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，并配備驅(qū)動(dòng)電路。使用STM32微控制器的PWM輸出功能，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向。連接STM32的PWM輸出引腳和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，以實(shí)現(xiàn)對(duì)耕地驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制?；赟TM32的智耕種機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)中電機(jī)模塊電路設(shè)計(jì)如圖3.11所示。圖3.11電機(jī)驅(qū)動(dòng)耕種原理圖3.2.11繼電器模塊電路設(shè)計(jì)以下是基于STM32的智能耕種機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)中澆水的繼電器部分。根據(jù)采集的土壤濕度值決定是否對(duì)植物進(jìn)行自動(dòng)澆水。這部分將通過(guò)繼電器進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，具體的電路如下圖所示，連接電源模塊和繼電器輸出引腳到澆水裝置的電源和控制線路，通電后對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行吸合，最終控制水泵進(jìn)行澆水。使其能夠控制澆水裝置的啟停。基于STM32的智耕種機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)中繼電器電路設(shè)計(jì)如圖3.12所示。圖3.12繼電器原理圖第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1開(kāi)發(fā)軟件介紹智能耕種機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)核心采用STM32單片機(jī)控制，通過(guò)C語(yǔ)言控制硬件，在軟件硬件的配合下完成系統(tǒng)的功能需求。系統(tǒng)具有藍(lán)牙模塊子程序，串口子程序，定時(shí)器程序等，采取模塊化編程，方便移植，修改，完善。系統(tǒng)采用STM32單片機(jī)做為主控芯片，程序的編程通過(guò)KEIL軟件開(kāi)發(fā)，此軟件非常簡(jiǎn)單，界面也簡(jiǎn)單，可以在線編程下載，效率高。本次設(shè)計(jì)采用標(biāo)注庫(kù)開(kāi)發(fā)，這樣節(jié)約了開(kāi)發(fā)實(shí)踐，通過(guò)C語(yǔ)言編程，設(shè)計(jì)采用的C語(yǔ)言結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，移植性高，語(yǔ)法簡(jiǎn)單深受人們喜愛(ài)。設(shè)計(jì)采用STLINK進(jìn)行程序的下載，KEIL5MDK界面如4.1所示。圖4.1編程軟件介紹4.2軟件主流程圖此設(shè)計(jì)具備多項(xiàng)耕種功能。核心控制芯片為STM32單片機(jī)，配備了多個(gè)傳感器模塊，以實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)田環(huán)境和機(jī)器人操作的監(jiān)測(cè)和控制。首先，通過(guò)NH52DLJ土壤氮磷鉀傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)土壤的各個(gè)數(shù)值，確保農(nóng)田的適宜耕種，其次，IR紅外傳感器用于檢測(cè)光照強(qiáng)度，幫助決策是否適宜進(jìn)行耕種操作。另外，DHT11傳感器用于檢測(cè)溫濕度值，以提供農(nóng)田的環(huán)境數(shù)據(jù)。此外，HC-SR04超聲波測(cè)距模塊用于測(cè)量障礙物的距離，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的避障功能，確保耕種操作的安全性。檢測(cè)到的數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)顯示在OLED屏幕上，方便用戶了解農(nóng)田的狀態(tài)和環(huán)境。通過(guò)BH-HC05藍(lán)牙模塊，下位機(jī)能夠?qū)崟r(shí)接收并顯示上位機(jī)發(fā)送來(lái)的信息，還可以接收上位機(jī)發(fā)送的指令，控制耕種機(jī)器人的移動(dòng)、開(kāi)始/停止耕地、開(kāi)始/停止播種等操作。同時(shí)，下位機(jī)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人的速度和顯示，并將相關(guān)信息發(fā)送至上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過(guò)上位機(jī)和下位機(jī)之間的通信，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)功能，用戶可以通過(guò)軟件平臺(tái)遠(yuǎn)程控制自動(dòng)播種和耕地操作，提高了農(nóng)田管理的效率和便利性。綜上所述，基于STM32的智能耕種機(jī)器人設(shè)計(jì)具備了土壤參數(shù)監(jiān)測(cè)、光照檢測(cè)、溫濕度檢測(cè)、避障功能、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示和遠(yuǎn)程控制等多項(xiàng)耕種功能，可以有效提升農(nóng)田管理的智能化水平，減輕農(nóng)民的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，并提高農(nóng)田的產(chǎn)量和質(zhì)量?；赟TM32的智耕種機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)中整體流程圖如圖4.2所示。圖4.2整體流程圖4.3土壤傳感器模塊軟件設(shè)計(jì)NH52DLJ土壤氮磷鉀傳感器在耕種之前會(huì)對(duì)土壤進(jìn)行是否符合耕種條件的測(cè)試。當(dāng)模塊通電后，會(huì)通過(guò)土壤模塊進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)土壤參數(shù)不在設(shè)定范圍內(nèi)，則進(jìn)行蜂鳴器報(bào)警，可以顯示土壤氮、磷、鉀、PH值、肥力各個(gè)參數(shù)顯示，此數(shù)值實(shí)時(shí)傳達(dá)上位機(jī)。并且工作人員可以通過(guò)手機(jī)APP對(duì)耕種機(jī)器人進(jìn)行控制。如果含量不達(dá)標(biāo)則不進(jìn)行耕種。如果各個(gè)數(shù)值在可控范圍內(nèi)則開(kāi)始進(jìn)行耕種機(jī)器人的運(yùn)作。NH52DLJ土壤氮磷鉀傳感器軟件設(shè)計(jì)如圖4.3所示。圖4.3NH52DLJ土壤氮磷鉀模塊流程圖4.4溫濕度模塊軟件設(shè)計(jì)溫濕度傳感器DHT11實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫濕度，當(dāng)溫度值高于設(shè)置的閾值范圍,則開(kāi)啟1號(hào)步進(jìn)電機(jī)打開(kāi)遮陽(yáng)系統(tǒng)，遮蓋陽(yáng)光；溫度低于設(shè)置的閾值范圍則關(guān)閉１號(hào)步進(jìn)電機(jī)關(guān)閉遮陽(yáng)系統(tǒng)，并點(diǎn)亮前３個(gè)LED燈模擬光照來(lái)達(dá)到設(shè)定預(yù)值，溫度不在閾值范圍可以進(jìn)行蜂鳴器報(bào)警。各個(gè)數(shù)值可以顯示在上位機(jī)和OLED屏上。當(dāng)濕度高于設(shè)置的閾值則開(kāi)啟2號(hào)步進(jìn)電機(jī)打開(kāi)風(fēng)扇來(lái)模擬通風(fēng)、或點(diǎn)亮LED燈模擬光照。當(dāng)濕度低于設(shè)置的閾值則開(kāi)啟繼電器１號(hào)來(lái)進(jìn)行澆水。此數(shù)值實(shí)時(shí)傳達(dá)上位機(jī)，OLED屏也可以顯示。工作人員可以通過(guò)手機(jī)APP對(duì)耕種機(jī)器人進(jìn)行控制。DHT11溫濕度傳感器軟件設(shè)計(jì)如圖4.4所示。圖4.4DHT11溫濕度模塊流程圖4.5超聲波模塊軟件設(shè)計(jì)采用HC-SR04超聲波模塊來(lái)進(jìn)行耕種機(jī)器人在耕種過(guò)程中遇到障礙物應(yīng)該進(jìn)行提醒。當(dāng)整個(gè)模塊通電后，會(huì)通過(guò)超聲波實(shí)時(shí)進(jìn)行距離測(cè)算，可以在上位機(jī)中顯示耕種的速度，當(dāng)與障礙物距離不在設(shè)定的閾值范圍小于15cm時(shí)，會(huì)引起蜂鳴器報(bào)警，提醒工作人員停止耕種。工作人員可以遠(yuǎn)程控制耕種機(jī)器人前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)來(lái)避開(kāi)障礙物繼續(xù)進(jìn)行耕種。HC-SR04超聲波模塊軟件設(shè)計(jì)如圖4.5所示。圖4.5HC-SR04超聲波模塊流程圖4.6紅外模塊軟件設(shè)計(jì)采用IR紅外模塊來(lái)檢測(cè)光照強(qiáng)度。當(dāng)整個(gè)模塊通電后，會(huì)實(shí)時(shí)對(duì)光照強(qiáng)度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)光照值高于設(shè)置的閾值范圍,則開(kāi)啟２號(hào)步進(jìn)電機(jī)打開(kāi)遮陽(yáng)系統(tǒng)，遮蓋陽(yáng)光并開(kāi)起繼電器進(jìn)行澆水來(lái)緩解光照過(guò)強(qiáng)而進(jìn)行的水分蒸發(fā)。光照值低于設(shè)置的閾值范圍則關(guān)閉２號(hào)電機(jī)關(guān)閉遮陽(yáng)系統(tǒng)并點(diǎn)亮后３個(gè)LED燈模擬光照來(lái)達(dá)到設(shè)定預(yù)值，各個(gè)數(shù)值可以顯示在上位機(jī)和OLED屏上。超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)，都會(huì)進(jìn)行蜂鳴器報(bào)警，并實(shí)時(shí)傳達(dá)上位機(jī)APP由工作人員對(duì)耕種機(jī)器人進(jìn)行控制。IR紅外模塊軟件設(shè)計(jì)如圖4.6所示。圖4.6IR紅外傳感器模塊流程圖4.7顯示模塊軟件設(shè)計(jì)OLED顯示屏不同于LCD，OLED上電是沒(méi)有反應(yīng)的，需要程序驅(qū)動(dòng)才會(huì)有顯示液。想要OLED顯示數(shù)字等先要對(duì)數(shù)字進(jìn)行取模處理。在進(jìn)行編寫程序。顯示之前進(jìn)行信號(hào)的忙檢查，一開(kāi)始的模式設(shè)置成輸入模式，設(shè)置RS,RW,EN的值，等待一個(gè)延時(shí)，讓EN為1。進(jìn)入OLED的初始化，先等待一個(gè)延時(shí)，寫入指令，固定哪一個(gè)地方顯示什么，模式設(shè)置，關(guān)閉，清屏，光標(biāo)移動(dòng)和開(kāi)的設(shè)置等。初始化完成之后進(jìn)行寫數(shù)據(jù)，先要檢查一下是否忙碌，RS、RW、EN為0，清屏指令，就可以進(jìn)行指令的寫入。寫入的數(shù)據(jù)可以存在DATA里面。重復(fù)的寫入想要顯示的數(shù)據(jù)，液晶顯示屏上就可以顯示數(shù)據(jù)了。OLED顯示模塊軟件設(shè)計(jì)如圖4.7所示。圖4.7OLED顯示模塊流程圖4.8繼電器模塊軟件設(shè)計(jì)在STM32的軟件程序中，編寫代碼來(lái)控制繼電器模塊的GPIO輸出引腳狀態(tài)，以控制繼電器的通斷狀態(tài)。根據(jù)系統(tǒng)邏輯和傳感器反饋，確定何時(shí)需要打開(kāi)或關(guān)閉繼電器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)澆水裝置的控制。需要注意的是：在選擇繼電器模塊時(shí)，需要根據(jù)系統(tǒng)的電源和控制要求選擇合適的繼電器類型和規(guī)格。在連接繼電器模塊和STM32微控制器時(shí)，應(yīng)注意電氣連接的正確性和穩(wěn)定性，確保信號(hào)和電源傳輸?shù)目煽啃?。在系統(tǒng)軟件中，編寫相應(yīng)的控制代碼，實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器的精確控制和保護(hù)。以上是基于STM32的智能耕種機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)中模擬澆水的繼電器部分的簡(jiǎn)要描述。繼電器模塊軟件設(shè)計(jì)如圖4.8所示。圖4.8繼電器模塊流程圖4.9電機(jī)模塊軟件設(shè)計(jì)在系統(tǒng)軟件中，編寫相應(yīng)的代碼以接收用戶輸入或傳感器反饋，并根據(jù)需求控制耕地驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作，例如啟動(dòng)、停止、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)等。播種驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)計(jì)：選擇合適的步進(jìn)電機(jī)或直流電機(jī)作為播種驅(qū)動(dòng)電機(jī)，并配備驅(qū)動(dòng)電路。使用STM32微控制器的GPIO輸出功能，控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)和停止。連接STM32的GPIO輸出引腳和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，以實(shí)現(xiàn)對(duì)播種驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制。在系統(tǒng)軟件中，編寫相應(yīng)的代碼以接收用戶輸入或傳感器反饋，并根據(jù)需求控制播種驅(qū)動(dòng)電機(jī)的工作，例如啟動(dòng)、停止、轉(zhuǎn)動(dòng)角度控制等。注意事項(xiàng)：在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)部分時(shí)，需要根據(jù)具體的電機(jī)參數(shù)和工作要求選擇合適的電機(jī)類型、驅(qū)動(dòng)電路和控制方式。在連接電機(jī)和STM32微控制器時(shí)，應(yīng)注意電氣連接的正確性和穩(wěn)定性，確保信號(hào)和電源傳輸?shù)目煽啃?。在系統(tǒng)軟件中，編寫相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序和控制算法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的精確控制和保護(hù)。以上是基于STM32的智能耕種機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)中模擬耕地和播種的驅(qū)動(dòng)電機(jī)部分的簡(jiǎn)要描述。電機(jī)模塊軟件設(shè)計(jì)如圖4.9所示。圖4.9電機(jī)模塊流程圖第5章系統(tǒng)測(cè)試5.1系統(tǒng)軟件調(diào)試軟件程序是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵力量，軟件程序設(shè)計(jì)完成以后，為了防止系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)問(wèn)題，需要進(jìn)行軟件調(diào)試。軟件調(diào)試按照流程依次進(jìn)行調(diào)試，首先對(duì)主程序進(jìn)行檢查，確保主程序無(wú)問(wèn)題后逐一排查子程序?；赟TM32的智能耕種機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選用的編程軟件和調(diào)試軟件是KEIL，一般在編寫過(guò)程中都會(huì)加入標(biāo)注，程序標(biāo)注也有助于軟件調(diào)試和以后的檢查，依次檢查能夠快速發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，方便我們檢查快速修復(fù)程序。如果出現(xiàn)程序運(yùn)行卡頓或者是短路情況，需要進(jìn)行源代碼編寫糾正和檢查程序算法是否錯(cuò)誤。5.2系統(tǒng)硬件調(diào)試單片機(jī)硬件調(diào)試主要是驗(yàn)證硬件設(shè)計(jì)的正確性首先，通過(guò)對(duì)硬件原理圖和PCB板的驗(yàn)證，確認(rèn)單片機(jī)的硬件設(shè)計(jì)是否符合要求，電路連通是否正確等。其次檢查硬件接口是否正常，對(duì)單片機(jī)的各種接口進(jìn)行檢查和測(cè)試，以確定它們是否正常工作。如果有問(wèn)題，則應(yīng)及時(shí)調(diào)整。然后發(fā)現(xiàn)并解決硬件設(shè)計(jì)問(wèn)題，通過(guò)對(duì)硬件進(jìn)行測(cè)試，檢測(cè)到的問(wèn)題并加以解決，以確保硬件能夠正常運(yùn)行最后，應(yīng)該在干凈通風(fēng)的環(huán)境下確保單片機(jī)的可靠性，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試，以確保它的穩(wěn)定性和可靠性?？傊?，單片機(jī)硬件調(diào)試的目的是為了確保單片機(jī)的正常運(yùn)行，使設(shè)計(jì)結(jié)果符合預(yù)期。5.3示例功能測(cè)試通過(guò)手機(jī)APP可以對(duì)耕種小車進(jìn)行控制，可以前進(jìn)后退，左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)，變換速度，是否耕種。下位機(jī)會(huì)進(jìn)行實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫濕度，當(dāng)溫濕度沒(méi)有在設(shè)定范圍時(shí)，進(jìn)行蜂鳴器報(bào)警做出相應(yīng)措施，并通過(guò)BH-HC05藍(lán)牙通信實(shí)時(shí)傳達(dá)上位機(jī)，并作人員可以通過(guò)手機(jī)APP對(duì)耕種機(jī)器人進(jìn)行控制；當(dāng)HC-SR04超聲波模塊通電后，會(huì)通過(guò)超聲波模塊實(shí)時(shí)進(jìn)行距離測(cè)算，當(dāng)距離過(guò)近時(shí)，會(huì)引起蜂鳴器報(bào)警，提醒工作人員停止耕種。當(dāng)IR紅外線模塊通電后，會(huì)進(jìn)行實(shí)時(shí)的紅外線測(cè)量，光照強(qiáng)度不在設(shè)定的范圍內(nèi)時(shí)，會(huì)進(jìn)行蜂鳴器報(bào)警并采取相應(yīng)的措施，并實(shí)時(shí)傳達(dá)上位機(jī)APP由工作人員對(duì)工種機(jī)器人進(jìn)行耕種或停止控制。具體操作如下圖所示。圖5.1整體實(shí)物圖5.2對(duì)小車進(jìn)行控制測(cè)試圖5.3下位機(jī)環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)測(cè)試總結(jié)本文主要研究的對(duì)象是基于STM32智能耕種機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)，此系統(tǒng)使用BH-HC05藍(lán)牙通信技術(shù)，手機(jī)端作為上位機(jī)，可以實(shí)時(shí)接收并顯示下位機(jī)發(fā)送來(lái)的信息，還可以發(fā)送指令，并發(fā)送控制耕種機(jī)器人移動(dòng)、開(kāi)始/停止耕地、開(kāi)始/停止播種；下位機(jī)能夠接受上位機(jī)發(fā)來(lái)的指令，控制耕種機(jī)器人移動(dòng)；還可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)耕種機(jī)器人的速度，顯示，并發(fā)送至上位機(jī)。IR紅外傳感器可以檢測(cè)光照強(qiáng)度，HC-SR04超聲波傳感器采集耕種機(jī)器人與障礙物的距離并報(bào)警;DHT11溫濕度傳感器采集溫度濕度信息，進(jìn)而對(duì)播種環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，使用NH52DLJ土壤氮磷鉀傳感器檢測(cè)土壤成分，查看土壤是否適宜耕種；下位機(jī)接收上位機(jī)指令，開(kāi)始/停止耕地，或開(kāi)始/停止播種。在keil5軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制自動(dòng)播種、耕地功能。基于STM32智能耕種機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)的耕種機(jī)器人上進(jìn)行了功能上的改革。但是仍有一些不足之處。智能耕種機(jī)器人的穩(wěn)定性不高，現(xiàn)階段只能應(yīng)用于較平緩的路面，對(duì)環(huán)境要求較高，僅限于小面積使用。這些功能都還待完善。參考文獻(xiàn)“耕種管收”智慧農(nóng)業(yè)新神器[J].葉青.農(nóng)業(yè)知識(shí).2020,第19期農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)農(nóng)戶耕種意愿及補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)測(cè)算研究——以廣西為例.繆文慧.2016現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智能裝備標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)農(nóng)機(jī)智能制造工業(yè)轉(zhuǎn)型[C].呂程序,張俊寧,曾貞.2017第十九屆中國(guó)科協(xié)年會(huì).2017基于三菱PLC的智能化家用釀酒機(jī)[J].陳廷炫,劉偉峰,王濤.電子制作.2021,第012期智能農(nóng)機(jī)·無(wú)人農(nóng)業(yè)——2020年智能農(nóng)機(jī)裝備田間日活動(dòng)在河北趙縣成功舉辦[J]河北農(nóng)機(jī).2020,第006期集中展現(xiàn)智能農(nóng)機(jī)裝備和智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)——2020年智能農(nóng)機(jī)裝備田間日活動(dòng)在河北趙縣舉辦[J].朱禮好,黨東民,樸松花.農(nóng)機(jī)質(zhì)量與監(jiān)督.2020,第007期智能化小型家用儀器用于中學(xué)化學(xué)定量型實(shí)驗(yàn)的研究[A].魏蝶.2020農(nóng)業(yè)耕種智能嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[A].王磊.2017農(nóng)業(yè)耕種智能化神器亮相廣西科技活動(dòng)周[J].農(nóng)業(yè)科技與信息.2017,第011期農(nóng)機(jī)技術(shù)推廣工作面臨的問(wèn)題及措施分析[J].梁振剛.農(nóng)民致富之友.2017,第023期基于STM32溫濕度采集的播種機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào),2020,37(11):9-16.王影,徐姣姣,劉麒,李寶華,茍垚,張野.基于單片機(jī)的溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械與電子,2021,39(06):48-51.任衛(wèi)紅,史君誠(chéng)黃建輝.基于單片機(jī)的中藥柜溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子制作,2021(15):87-89.葉檸,孫宇舸,張寧.基于單片機(jī)的溫濕度檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2021,11(30):72-75.張安東.基于STM32單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].銅陵職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2020,19(03):51-53+58.馮簫,周娜.基于單片機(jī)的大棚溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2020,16(23):193-194.Landwirtschaft4.0imMaisanbau:WennCloudundBigDataSmartFarmingunterstützen[J].MartinKunisch,FlorianKloepferMais.2017,04.AgriTrust—ATrustManagementApproachforSmartAgricultureinCloud-basedInternetofAgricultureThings[O].KamranAhmadAwan,IkramUdDin,AhmadAlmogren．ZhiwuHan,JiaFu,YuqiangFang,JunqiuZhang,ShichaoNiu,LuquanRen.Anti-adhesivepropertyofmaizeleafsurfacerelatedwithtemperatureandhumidity[J].JournalofBionicEngineering,2017,14(3)ShuangWang,YuanTao,YaliZhou,JuanNiu,YingjieShu,XingwangYu,SushuangLiu,MingChen,WeihongGu,HaoMa.TranslationallycontrolledtumorproteinGmTCTPinteractswithGmCDPKSK5inresponsetohightemperatureandhumiditystressduringsoybeanseeddevelopment[J].PlantGrowthRegulation,2017附錄附錄A原理圖圖A.1原理圖附錄B源代碼#include"delay.h"#include"delay.h"#include"sys.h"#include"oled.h"#include"bmp.h"#include"key.h"#include"usart.h"#include"usart2.h"#include"usart3.h"#include"led.h"#include"adc.h"#include"DHT11.h"#include"UltrasonicCtrol.h"#include"timer.h"#include"pwm.h"externinttimeN;inttimeNFlag=0;intdangwei=0;u8temperature; 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