基于avr单片机的自动对靶喷雾控制系统设计

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1、http://www.paper.edu.cn1基于AVR单片机的自动对靶喷雾控制系统设计1211吴泽祎，何雄奎，肖健，宋晓光1中国农业大学工学院，北京(100083)2中国农业大学理学院，北京(100094)E-mail：wuzeyi_001@163.com摘要：本文设计了以ATmega16单片机为核心的自动对靶控制系统，该系统利用PC机作为上位机，控制摄像头定时摄取图像，利用2g-r-b颜色特征分割该彩色图像，当绿色颜色分量大于预设阀值时，便判定摄像头下有靶标，用PC机的串口通信系统发送指令到单片机，延迟预设的

2、时间后，控制执行机构进行喷雾，实现自动对靶喷雾。并且可以设定延迟时间，从而实现在不同行走速度下的自动对靶喷雾。关键词：自动对靶；AVR；串口通信；颜色分割中图分类号：S241.引言众所周知，我国农药生产技术处于国际先进水平，而我国植保机械和农药使用技术严重落后的现状与我国高速发展的农药水平极不相称，已严重妨碍了农作物病虫害的防治，带来了诸如农药利用率低、农产品中农药残留超标、环境污染、作物要害、操作者中毒等负面影响。农药利用率最好的也不足30%，农药流失量高达60%~70%，不仅经济损失重大，也造成了严重的“农残问

3、题”和环境污染。而采用自动对靶喷雾技术，可节省农药50%~80%，因此开展对靶喷雾技术研究将成为我国植保机械的下一个重要的研究方向。为此，本文提出了一种以AVR系列的ATmega16单片机为CPU，以PC机作为上位机，以摄像头采集的信号作为触发信号，结合单片机控制技术和数字图像处理技术，实现自动对靶喷雾的控制系统。2.系统工作原理该系统结构框图如图1所示，该实验装置以PC机作为上位机，以转盘的转动模拟拖拉机的行走，转盘上放置着模拟杂草作为靶标。通过PC机对由CCD摄像头采集进来的信号进行处理，对采集的彩色图像用绿色

4、占优法进行颜色分割，当绿色分量大于一定阀值时，便判定摄像头下有靶标，识别出靶标后，将控制信号由串口发送给单片机，根据转盘速度的不同，设定相应的延迟时间，对信号进行延迟处理，当杂草到达喷头下方后，控制执行机构执行喷雾，从而实现自动对靶喷雾。1本课题得到国家“十五”攻关项目（2001BA504B05）和863项目（2003AA209040）的资助。-1-http://www.paper.edu.cn图1自动对靶系统框图3.硬件结构设计该硬件系统主要用于实现以下功能：（1）与上位机实现串口通信；（2）提供人机口，可根据转

5、速不同，设定不同延迟时间；（3）输出控制信号控制电磁阀的开闭。根据系统实现的功能要求、可靠性、产品成本以及使用方便等因素，设计如图2所示的自动对靶控制器硬件原理图。图2自动对靶控制硬件原理图3.1单片机选型该系统选择AVR系列的单片机ATmega16作为系统的CPU，AVR是Atmel公司生产的高性能、低功耗的8位新型单片机，采用先进的RISC指令结构，执行速度快，可达到1MIPS/MHZ，端口驱动能力强（20~40mA），而且全部具有在线下载功能。ATmega16属于AVR的mega系列高档单片机，具有16K字节

6、的系统内可编程Flash，以及一个通用同步和-2-http://www.paper.edu.cn异步串行接受器和转发器（USART），能为主机或从机提供时钟的同步操作，能大大简化单片机与PC机的串口通信。而且ATmega16单片机还具有JTAG接口，通过JTAG接口可进行在线程序下载以及片上调试。本系统就是采用JTAG接口进行在线程序下载以及片上调试的。3.2数据显示以及按键设定考虑到实际的对靶延迟时间，采用2位共阴极超亮LED，延迟时间范围为0.0~9.9秒，IN74HCX245作为LED的显示驱动器。其中管脚1

7、为方向选择位，管脚19为输出使能位，管脚1接高电平，管脚19接地，表明数据输出方向为从A到B。该系统总共有4个按键，分别为2个加按键，2个减按键，S2、S3为加按键，每按下一次分别为加0.1s和1.0s，S4、S5为减按键，每按下一次分别为减0.1s和1.0s。按键采用扫描方式，初始化时设定PB0、PB1、PD4、PD5位状态为输入，高电平，内部电阻上拉使能，通过扫描上述四位是否为变为低电平，判断按键是否按下。按下后将相应的加减标志位置1，然后再相应的改变延迟时间，并送数码管显示。3.3通讯设计下位机与上位机的通讯

8、采用RS232总线标准，由MAX232与ATmega16单片机的USART串行口构成与上位机的通讯电路。TXD和RXD为ATmega16的USART串行口的发送引脚和接收引脚。3.4输出控制单片机的控制信号通过PC0引脚输出。PC0接固态继电器（SSR），通过固态继电器控制电磁阀的开闭。当PC0为高电平时，继电器吸合开关，接通电源，打开电磁阀进行喷雾；当PC