基于双MCU的自动农药喷洒系统.pdf

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1、第35卷第4期东北电力大学学报Vn1．35．No．42015年8月JournalOfNortheastDianliUniversityAug．，2015文章编号：1005—2992(2015)04-0079-05基于双MCU的自动农药喷洒系统游子跃，于新艺，王聪香，张毅(吉林大学通信工程学院，长春130022)摘要：针对目前农药喷洒的严重浪费以及污染情况，开发了一种农药精确喷洒系统。该系统采用双MCU控制，结合摄像头、超声波传感器、颜色传感器完成自动避障以及障碍物的判断与区分，再结合风速风向传感器，调节水泵电压供给值实现农药机自动化喷洒。关键词：RaspberryPiARM

2、11；STC89C52；摄像头；喷洒装置中图分类号：TP2文献标识码：A目前，我国农药喷洒技术比较落后，造成了农药的浪费以及环境的污染。为解决此问题，开发设计了一套系统，通过风速风向传感器测出当前环境下的风速风向信息，单片机根据信息进行风速、风向的分级判断(分级标准以通过实验测试而获得)，从而为水泵提供对应的电压供给值控制喷射距离，使喷射距离恒定。同时农药车根据摄像头、超声波模块与颜色传感器模块传回的数据完成自动避障与障碍物判断功能(主要是非果树障碍物与果树障碍物的判断)，最终实现无人自动化喷洒。1系统设计方案1．1工作原理系统运行开始后，首先要通过视频信号采集、障碍物信息

3、采集判断自动农药机所行驶的路况信息。当视频信号中出现障碍物并且自动农药机与障碍物之间的距离达到规定阈值后，自动农药机进行果树与非果树障碍物的判断，如果为果树则采集风速风向信息控制喷头进行农药喷洒；如果是非果树障碍物则启动避障程序绕过障碍物继续前进，直至果园喷洒完毕。卜整个自动农药喷洒机的系统框图，见图1。1．2主控制器系统主控制器系统包含主控制器模块与视频采集模块两部分。主控制器模块选择RaspberryPi(树莓派)开发板，实现视频信号分析功能，并且与副控制器系统间完成通信。视频采集模块选择0V7670图像处理传感器，实图1整个自动农药喷洒机的系统框图现道路信息采集功能、

4、并且能将道路信息传输到主控制器，完成通信。1．2．1主控制器模块主控制器模块选择嵌有ARM11架构的RaspberryPi微处理器与OV7670摄像头。RaspberryPi是收稿日期：2015-05-20作者简介：游子跃(1993一)，男，吉林省吉林市人，吉林大学通讯工程学院自动化专业在读本科生，主要研究方向：自动化控制、神经网络．80东北电力大学学报第35卷一款高性能的卡片式电脑，额定功率3．5w，额定电流700mA，内部嵌有ARM11架构，可运行Linux等系统，并且Raspberrypi体积小巧轻便，减少了系统空间占用，而且开发系统上扩展了2个usb串口，方便利用U

5、ART完成主控制器与副控制器之间通信。1．2．2视频采集模块本装置采用OV7670，OV7670是一款采用24脚封装的芯片，30万像素CMOSVGA图像处理传感器。该模块具有体积小、工作电压低等特点，可以实现对单片VGA摄像头和影像处理器的所有功能。1．2．3OV7670的输出信号时序像素数据输出时序和帧与行有效信号时序分别如图2和图3所示。像素时钟与主时钟同频，在一帧图像开始输出时帧有效信号由低电平变为高电平，一帧输出结束时由高电平变为低电平；而行有效信号则在一行数据输出有效时由低电平变为高电平，一行数据输出完成后由高电平变为低电平。根据OV7670的输出信号时序就能正确

6、地采集整帧图像。图3中，P为帧消隐区，A为有效数据区，Q为行消隐区。图2为像素数据输出时序图，图3为帧与行有效信号时序图。⋯—]1．2．4图像采集行有效信号摄像头的工作原理是按特定的分辨率，以隔行像素时钟⋯厂_＼／_、扫描的方式采集图像上的点，当扫描到某点时，就通I有效姗区I过图像传感芯片将该点处图像的灰度转换成与灰度数据输出)(二)(二二)(二)(二](==⋯口[][]相对应的电压值，然后将此电压值通过视频信号端图2像素数据输出时序图输出。图4为视频信号的示意图。由于我们所采用的摄像头ov7670像素为帧蝻有右效赫信住号县—厂J———一⋯—————————]L625x58

7、2，如果逐行逐点扫描的话数据的信息量很大。另外，对于提取道路信息来说也不用如此高的行有效信号』]⋯一]』]J]』]—几分辨率，所以每场采l5行(可每隔40行采集一行)，PAQAQAQAQAQAQAQP每行采50个点(可每隔1O点采集一点)，这里需要图3帧与行有效信号时序图说明的是摄像头在安装时采取旋转90度安装。1．3副控制器系统行消隐区图像信号行扫描时间H副控制器系统包括付控制器模块、电机驱动模块、超声波测距模块、颜色传感器模块、风向风速信息采集模块和农药喷洒模块。行同步脉冲复合消隐脉冲场同步脉冲行同步脉冲副控制