趙文鈺，郭橋雨，張成杰，付利榮，劉曉文

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 河北 保定 071000）

1 系統(tǒng)方案

1.1 系統(tǒng)原理

小車底部和側(cè)部分別裝有紅外傳感器。底部紅外傳感器保證小車沿一定軌跡行駛，側(cè)部傳感器用來檢測水池和被灌溉植株。正常運(yùn)行狀態(tài)中，小車正常循跡，當(dāng)側(cè)部紅外傳感器首次探測到信號后，將信號傳送至單片機(jī)，單片機(jī)接收到信號后先對舵機(jī)發(fā)送命令，舵機(jī)帶動機(jī)械臂將水管傳送至水中；再對繼電器發(fā)送命令，繼電器導(dǎo)通水泵電源，水泵開始抽水，單片機(jī)同時開始計時；待到達(dá)計時時間后，繼電器斷電，水泵停止工作，機(jī)械臂帶動水管升起。小車?yán)^續(xù)循跡。當(dāng)側(cè)部紅外傳感器再次探測到信號后，機(jī)械臂放下，繼電器帶動水泵放水同時單片機(jī)開始計時，計時滿后，停止放水，收起機(jī)器臂，繼續(xù)循跡。

1.2 系統(tǒng)論證

1.2.1 硬件系統(tǒng)

（1）電源模塊

因?yàn)樗霉β屎艽螅ㄟ^單片機(jī)電源進(jìn)行供電可能會導(dǎo)致單片機(jī)電壓不穩(wěn)定，進(jìn)而影響單片機(jī)的處理速度，所以決定將單片機(jī)和水泵分別供電，采取雙電源供電的方式。一路采用5V電池盒電源對單片機(jī)進(jìn)行供電，另一路采用12V學(xué)生電源對水泵進(jìn)行供電。雙電源供電保證單片機(jī)的正常運(yùn)行，減少水泵對單片機(jī)工作的影響。

（2）機(jī)械臂模塊

機(jī)械臂由兩個舵機(jī)、若干舵機(jī)支架、抽（放）水管及水泵構(gòu)成。兩個舵機(jī)負(fù)責(zé)機(jī)械臂的兩個自由度，使其按照設(shè)定好的程序運(yùn)動；舵機(jī)支架負(fù)責(zé)支撐和連接舵機(jī)、水管；水管主要用來導(dǎo)流，引導(dǎo)水流流向植株或?qū)⒊閬淼乃魅胲嚿纤?。機(jī)械臂信號由單片機(jī)發(fā)送，電源接12V學(xué)生電源。

（3）傳感器模塊

本裝置共設(shè)置有3個紅外傳感器模塊，其中兩個傳感器位于小車底部，用于檢測底部白線，使小車沿著既定白線自主行駛；側(cè)部紅外傳感器用于檢測水池及被灌溉植株，使其能夠精準(zhǔn)的抽水和灌溉。

傳感器由5V電池盒進(jìn)行供電，正常狀態(tài)下，傳感器輸出口輸出高電平；當(dāng)傳感器探測到白線時，會輸出一個低電平，直到不再探測到白線。

1.2.2 軟件系統(tǒng)

（1）循跡部分

小車前輪為主動輪，后輪為從動輪。單片機(jī)通過驅(qū)動可直接控制兩個前輪電機(jī)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)、轉(zhuǎn)向及停車的功能，具體分析：

a當(dāng)兩輪同時轉(zhuǎn)動，小車直行；

b當(dāng)左輪停止，右輪轉(zhuǎn)動，小車左轉(zhuǎn)；c當(dāng)左輪轉(zhuǎn)動，右輪停止，小車右轉(zhuǎn)；d當(dāng)兩輪同時轉(zhuǎn)動，小車停止；

車頭底部兩側(cè)分別安裝有一個紅外傳感器，在正常行駛過程中，傳感器分布在白線兩側(cè)，單片機(jī)通過分析兩個傳感器返回的信號，控制小車直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、或停車，具體情況如下：

a當(dāng)兩側(cè)傳感器同時為高電平，小車直行；

b當(dāng)左側(cè)傳感器為低電平，右側(cè)傳感器為高電平，小車左轉(zhuǎn)；

c當(dāng)左側(cè)傳感器為高電平，右側(cè)傳感器為低電平，小車右轉(zhuǎn)；

d當(dāng)兩側(cè)傳感器同時為高電平，小車停止；

（2）機(jī)械臂部分

機(jī)械臂含有兩個自由度，每個自由度都由一個舵機(jī)進(jìn)行控制，兩個舵機(jī)通過舵機(jī)支架連接。其取水工作流程如下：首先，第一舵機(jī)順時針旋轉(zhuǎn)九十度，將機(jī)械臂展開，然后第二舵機(jī)順時針旋轉(zhuǎn)九十度，將連接在舵機(jī)上的水管送到水箱中，開始取水；待取水完成之后，第二舵機(jī)逆時針旋轉(zhuǎn)九十度，將水管從書中取出，第一舵機(jī)逆時針旋轉(zhuǎn)九十度，將機(jī)械臂整體收起，完成取水。灌溉過程與取水過程機(jī)械臂動作類似，只是由抽水變成了放水，其他動作完全相同。

2 系統(tǒng)測試

2.1 循跡測試

測試準(zhǔn)備：在接入機(jī)械臂之前，對小車進(jìn)行循跡測試。賽道為黑色底板，上面有白色循跡線，白線分為直線部分、S彎道、直角彎道、直線部分，將小車放置在循跡線上，傳感器分別在白線兩側(cè)。啟動系統(tǒng)，觀測小車運(yùn)行狀態(tài)。

測試結(jié)果：小車可以沿著白線自主尋跡，直線、S彎道、直角彎都可以順利通過。

2.2 機(jī)械臂測試

測試過程：單獨(dú)接上機(jī)械臂模塊，用盛有水的水池遮擋側(cè)部傳感器，使單片機(jī)給機(jī)械臂發(fā)送動作命令，待動作完成后立即撤離水池，觀測機(jī)械臂是否可以帶動水管將水池中的水抽到車體上的水箱中；再次用水池遮擋側(cè)部傳感器，待動作完成后立即撤離水池，觀測機(jī)械臂是否可以帶動水管將剛抽入水箱中的水放到水池中。

測試結(jié)果：機(jī)械臂可以很好的帶動水管將水池中的水抽入水箱中，并在第二次探測到信號之后，可以很好地將水箱中的水放到水池中。

2.3 綜合測試

測試過程：采用循跡測試的場地，在開始的直線部分放一個盛有水的水池，在結(jié)束的直線部分放置另一個沒有盛有水的水池，打開系統(tǒng)，觀測小車是否可以沿著白線循跡并在從第一個水池中抽水，在第二個水池中放水。

測試結(jié)果：小車可以自主沿白線循跡，很好地經(jīng)過直線、S彎道、直角彎道、直線部分，并從第一個水箱中抽水，在第二個水箱處灌溉。

[1]張鐵.工業(yè)機(jī)器人及智能制造發(fā)展現(xiàn)狀分析[J].機(jī)電工程技術(shù)，2014，(4)：1-3.

[2]鄒赫.影響電子通訊設(shè)備可靠性的因素及設(shè)備可靠性對策分析[J].信息與電腦 (理論版)，2014(07).