智能澆水小車(chē)

陳飛揚(yáng)　田楠　宋宇航　王映紅　彭真　劉漢棋

摘 要：截止到2011年我國(guó)高速公路的總里程數(shù)達(dá)到8.5萬(wàn)公里，期間產(chǎn)生了大量的綠化隔離帶。然而，對(duì)綠化隔離帶的管理的工作量確實(shí)相當(dāng)大，費(fèi)時(shí)費(fèi)力要占用很大一部分勞動(dòng)力，尤其是對(duì)高速路的綠化隔離帶的澆水工作。本項(xiàng)目以此為出發(fā)點(diǎn)，控制“智能澆水小車(chē)”對(duì)大量的高速公路綠化隔離帶實(shí)施無(wú)人智能澆水。通過(guò)自主對(duì)路徑檢測(cè)，對(duì)土壤濕度檢測(cè)，以及是否在澆水的黃金時(shí)段，微控制器通過(guò)這些判斷，做出相應(yīng)的反應(yīng)。“智能澆水小車(chē)”就能很好的解決對(duì)路中綠化隔離帶實(shí)施澆水的工作。通過(guò)“智能澆水小車(chē)”實(shí)施無(wú)人化的澆水作業(yè)，可以很好的控制高速公路的運(yùn)營(yíng)成本，減少人力的投入。同時(shí)，無(wú)人化的管理也越來(lái)越符合社會(huì)科技的發(fā)展方向。由此可見(jiàn)“智能澆水小車(chē)”具有很好的商業(yè)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：路徑檢測(cè)[1];濕度檢測(cè)[2];智能澆水

1 研究目標(biāo)

本作品能在高速路中間綠化隔離帶缺水時(shí)實(shí)施無(wú)人智能澆水工作。在時(shí)鐘模塊的初始化中確定，不是中午等高溫情況下，小車(chē)可對(duì)隔離帶護(hù)欄循跡前進(jìn)，前進(jìn)到一定的距離（這個(gè)距離可以根據(jù)外部按鍵設(shè)備調(diào)解），伸出機(jī)械手臂，將土壤濕度檢測(cè)器插入土壤里，如果檢測(cè)到土壤缺水，則啟動(dòng)澆水裝置，對(duì)其澆水，如果土壤不缺水，則小車(chē)?yán)^續(xù)前進(jìn)。

結(jié)合了無(wú)人化的管理思路，很好的解決了高速路中間綠化帶缺水的問(wèn)題。小車(chē)在循跡模塊的指引下，可以無(wú)需人為開(kāi)車(chē)澆水，這樣就減少了人力的投入，而且可以24小時(shí)不間斷澆水，確保植物不缺水，保證了植物的存活率。因土壤濕度檢測(cè)器，所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，基于成本考慮我們采用STM32F103RBT6為主控芯片，由于STM32F103RBT6本身自帶多路A/D轉(zhuǎn)換，且此芯片性能卓越，處理速度快。這樣可以直接將數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)進(jìn)行分析，減少了購(gòu)買(mǎi)A/D轉(zhuǎn)換芯片的錢(qián)，提高了整套系統(tǒng)性?xún)r(jià)比。

2 研究?jī)?nèi)容

“智能澆水小車(chē)”主要有以下6個(gè)部分組成：STM32F103RBT6主控部分，電源穩(wěn)壓部分，繼電器控制部分，路徑檢測(cè)部分，電機(jī)驅(qū)動(dòng)部份和實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片部分。通過(guò)這幾部分的完美配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路綠化隔離帶實(shí)施智能化、無(wú)人化的澆水作業(yè)。以下是系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖（圖1）。

2.1 電源穩(wěn)壓部分

本系統(tǒng)通過(guò)鋰電池供電，并用LM2596—3.3V穩(wěn)壓輸出33V（圖2）和LM2596—5V穩(wěn)壓輸出5V（圖3）。LM2596系列是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的3A電流輸出降壓開(kāi)關(guān)型集成穩(wěn)壓芯片，它內(nèi)含固定頻率振蕩器（150KHZ），和基準(zhǔn)穩(wěn)壓器（123V），并具有完善的保護(hù)電路：電流限制、熱關(guān)斷電路等。利用該器件只需極少的外圍器件便可構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路。

2.2 路徑檢測(cè)部分

利用2個(gè)紅外開(kāi)關(guān)，檢測(cè)小車(chē)距離高速公路綠化隔離帶的護(hù)欄的距離，以確保小車(chē)能夠按照路徑前進(jìn)。將紅外開(kāi)關(guān)輸出的數(shù)字量傳送給STM32F103RBT6單片機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

小車(chē)前進(jìn)靠的是兩個(gè)紅外開(kāi)關(guān)，檢測(cè)小車(chē)距離高速公路綠化隔離帶的距離。若檢測(cè)到小車(chē)距離近了，則STM32F103RBT6控制小車(chē)遠(yuǎn)離;若檢測(cè)到小車(chē)距離遠(yuǎn)了，則STM32F103RBT6控制小車(chē)靠近。

2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分

電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用L298N芯片，L298N是SGS公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，是一種二相和四相電機(jī)的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)含二個(gè)H橋的高電壓大電流雙橋式驅(qū)動(dòng)器，接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)。

2.4 繼電器控制部分

由于澆水電機(jī)的工作電壓大于5V，STM32F103RBT6控制器的引腳輸出電平只有5V。所以采STM32F103RBT6控制繼電器，通過(guò)繼電器控制澆水電機(jī)工作。

2.5 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片部分

在本作品上還加有一個(gè)DS1302的實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊，其作用不僅可以提供一個(gè)時(shí)間顯示，還可以根據(jù)實(shí)際情況如12點(diǎn)到15點(diǎn)期間不適合澆水，DS1302就可以把時(shí)間值傳給STM32F103RBT6供單片機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的工作。DS1302在外接紐扣電池后，具有系統(tǒng)掉電保存的功能。

3 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）減少綠化管理人員，從而減少人力物力的投入，節(jié)省資金的投入。

（2）確保高速公路中間綠化隔離帶的植物不會(huì)缺水。

（3）無(wú)人操作，澆水小車(chē)自動(dòng)循跡前進(jìn)，隔一定距離（這個(gè)距離可有外部按鍵設(shè)定）自動(dòng)檢測(cè)土壤是否缺水，如果檢測(cè)到土壤缺水，則執(zhí)行自動(dòng)澆水工作;如果不缺水，則小車(chē)?yán)^續(xù)前進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]黨宏社.智能車(chē)輛系統(tǒng)發(fā)展及其關(guān)鍵技術(shù)概述[J].公路交通科技，2002（4）.

[2]陳鐵軍.智能控制理論及應(yīng)用.清華大學(xué)出版社，2009.1.