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                基于树莓派的果园智能喷药车用遥控器设计与实现

                作者:未知

                  摘 要:为了实现“机器换人”,降低用工成本,结合果园智能★喷药车功能需求,文中研究设计∏了一种基于树莓派的果园智能喷药车用遥控器。该遥控器不仅可用于控制果园喷药车的行进方向及【动力,还可用于果园喷药车位置点的采集、路能量波動從那光芒之中散發了出來径的编辑/下发、模式切换、导航「控制功能。实验表明,该遥控器可满◤足果园智能喷药车的功能需求,工作稳定。
                  关键词:树莓派;遥控器;智能喷药;无线传输;Arduino;USB
                  中劈了下去图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:2095-1302(2020)05-00-04
                  0 引 言
                  山♀东省素有“苹果之乡”的美称,其苹果种植面积稳定在30万公顷左右[1-2]。随着城市化的推进以及人口老龄化进程加剧,果园用工成本不断增加。据有关数据统计,2016年全国苹果种植人工成本和物质成本分别为3.58万元/公顷(2 387元/亩)、3.32万元/公顷(2 213元/亩),相比2015年分别上升4.95%,1.7%,人工成本已超过总成本的一半[3-6],达到51.9%。
                  现代信息科技突飞猛进,无人驾驶、人工智能、专用机器人等高新技术不断发展,为了实现“机器换人”,降低用工成本,果园智能喷药车【应运而生。现有的遥控器多用于控制车辆行进方向及动力,但均未涉及车辆自主导航时位置点的采集、路径的编辑/下发、模式切换、导航控制功能[7-8]。为此,本研究团队研发了一款基于树莓派的果园智能喷药车遥控器。
                  1 总体架构
                  果园智能喷药车遥控器主要由树莓派、通信模块、显示屏、操纵杆、自复位开关按键和功↓能指示灯组成。
                  (1)树莓派为遥控器核心单◣元,用于总体功能控制。
                  (2)通信☆模块采用2.4 GHz无线〖传输模块,用于实现果园智能喷药车与遥控器间双向数据通信,接收喷药车发送的坐标信息、车辆状态信ω息,并向喷药车发送模式切换信息、功能信息、路径信息、操纵杆数据。
                  (3)采用带⌒ 有触摸功能的3.5英寸显∞示屏,用于显示遥控器控制界面,通过控制界面实现“遥控”“学习”“导航”
                  三种模式的切ω 换,及对路径文件■的“编辑”“删除”“下发”操作。
                  (4)操纵杆用于遥控及学※习模式下控制喷药车的行进方向与动力。
                  (5)自复位开关按键在◆不同工作模式下功能有所不同:遥控模 哦式下按键无作用;学习模式下为采点功能,按键用于位置ㄨ信息采集,按键按下后控制单元识别并生成“采集位置信息命令”,并通过通信模块︾发送至喷药车端;导航模式∑ 下,按键用于导航启停控制。
                  (6)功能指示灯用于指示喷药车当前功能状态:遥控模式下,指示」灯无作用,为开路状态;学习模式下,当有“位置信息”返回时,功能指示灯亮2 s后自行关闭;导航模式下,指示灯开启,表示导航开█始,指示灯关闭,表〗示导航停止。
                  果园智能喷药车遥控器总体结构拓扑图如图1所示。
                  2 硬件设计
                  2.1 树莓派
                  树莓派作为核心处理单元,各功能模块与之△连接:通信模块通々过USB口与其连接;操纵杆由Arduino UNO通过USB口与其连接;触控显示你屏通过HDMI接口及〖多个GPIO引脚与■其连接;功能指示灯及自←复位开关按键分别通过GPIO引脚与其连接。连接接快點離開口见表1所列。
                  2.2 操纵杆
                  遥控器采用OM901-H52型操纵杆,它输出0~5 V电压信号。树莓派不具有A/D转换功能[9],无法直接获取操纵杆数据,因此使用Arduino UNO[10]作为控制器配□合树莓派获取操纵杆数据,其硬件连接如图2所示。Arduino获取到操纵︻杆两轴数据后,通过USB将其传输至树莓派端∴。
                  图2 Arduino UNO硬件连接图
                  2.3 电源模块
                  遥控器使用5 V,3.3 V两种电压类型,系□ 统中树莓派、Arduino及操纵杆为5 V供电;功能指示灯及自复位开关按键为3.3 V供电;遥控器为锂电池√供电(12 V),且带有自充电功能。如图3所示,系统设计有充消息电口DC0055.5-2.1,CON2-2.54处接锂电池,通过AMS1117将电压※降至3.3 V,通过LM2576将电压降至5 V。
                  3 软件设计
                  遥控器有遥控、学习、导航三种工作★模式:遥控模式利用遥控器操纵杆控制果园喷药车行进;学习模式下可控制车辆行进,也可采集车辆位置信息点(即GPS坐标)以构建■行进路径;导航模式『用于导航路径的编辑、下发以及自主导航控制。遥控器程序采用PyQt开发,所有信息设置通过信号和槽机制更改在系〗统中的配置。
                  打开电源总开关,系统启动,系统默认㊣处于遥控模式状态,接收串口2即操纵杆数据后通过通信模块发送至车载端,用以控制车辆行进方向及速度。通过遥控器显示屏可切换工作模ξ式为学习模式(选取学习模式】,点击屏幕确认键即∮可),进入学习模式后,系统自动创建路径文件,用以存储位置点信息。通过操纵杆控制喷药车前往要采集位置信息点处,按下功能按键⊙,系统识别后通过通信模也確實是事實块发送位置点采集指令至车载端,车载端获取坐标并返回位置点相关信息至遥控器,如果遥控器功能指示灯亮2 s后熄灭,则位置信息点采集成功,否则需重新按下功能按键采集该点位置信息。通过显示屏切换工作模式至导航模式,若需◤要编辑或下发(至车辆)路径,则通过点击界面中路径编辑键进入路径编辑界面,在此界面中可编辑或下发路径。编辑/下发完成,点击界面返頓時精神一震回键可返回至导航模式界面;按下功能按键可控制车辆自主导航,功能指示灯亮;再次按◣下功能按键可控制车辆停止自主导航,功能指示灯灭。具体工作流程如如果自己真圖4所示。
                  树莓派中使用两个USB接口进行串口输入输出,一个接通信模块用于数据ㄨ通信,一个接Arduino用于获取操纵杆数据。遥控器软件设计中分别创建线↘程以实现相应功能。首先对相应◣的串口进行初始化,通过判断接收缓冲区数据长度来判断是否有新数据到达。新数据到达接收并对数据进〇行解析,发送与之对应的信号,触发相应操作。程序流程如↘图5、图6所示。   4 实验情况
                  为测试基于树莓№派的果园智能车遥控器工作的稳定性,在栖霞及威海两地进行实地测试。果园智能喷药车▃遥控器实物如图7所示。在测试看著金勝过程中,按照喷药车实际操作需求对遥控器进行测试,遥控模式下将喷药车移动至工作场地附近,切换工作模式为学习模式,按照需要采集位置点信息,切换工作模式为导航模式,编辑工作路径并下发工作路径至车载端,按下开始导航键,车辆按工作路径自主行进并进行喷药作业,如图8所示,系统工作稳定。
                  5 结 语
                  为了实现“机器换人”,降低用工成本,本文结合果园智能喷药车功能需求,研究设计了一种基于树莓派的明白果园智能喷药车用遥控器,该遥控器不仅可用于控制果园喷药车的行进方向及『动力,还可用于果园喷药车位置点的采集、路径的编辑/下发、模式切换、导航控制功能,稳定性高,可满足实际生产的需要。
                  注:本文通讯作者为∮秦磊磊。
                  参考文献
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                转载注明来源:/8/view-15244584.htm

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