基于 AVR 單片機(jī)的自動(dòng)對(duì)靶噴霧控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.4 輸出控制

單片機(jī)的控制信號(hào)通過 PC0 引腳輸出。PC0 接固態(tài)繼電器（SSR），通過固態(tài)繼電器控
制電磁閥的開閉。當(dāng) PC0 為高電平時(shí)，繼電器吸合開關(guān)，接通電源，打開電磁閥進(jìn)行噴霧；
當(dāng) PC0 為低電平時(shí)，開關(guān)斷開，電磁閥關(guān)閉，不進(jìn)行噴霧。

4. 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

自動(dòng)對(duì)靶控制系統(tǒng)運(yùn)行程序采用 C 語(yǔ)言編寫，采用模塊化設(shè)計(jì)，整個(gè)程序由功能模塊
子程序構(gòu)成。上位機(jī)軟件是基于 Visual C++6.0 開發(fā)的。

4.1 下位機(jī)軟件結(jié)構(gòu)

下位機(jī)軟件的主要軟件模塊有初始化、延時(shí)、顯示、鍵盤掃描、中斷處理等功能模塊。
其中延時(shí)函數(shù)采用循環(huán)計(jì)數(shù)的方法，單片機(jī)晶振頻率為 7.3728MHZ，計(jì)數(shù)循環(huán)次數(shù)為 1832，
在 AVR Studio 下仿真，1ms 誤差為 0.44us，所以完全可以滿足實(shí)際要求。初始化時(shí)延遲時(shí)
間為 0.0s，串口為異步通信模式，8 位數(shù)據(jù)位，2 位停止位，波特率設(shè)為 9600。其主程序流
程圖如圖 3 所示。

4.2 上位機(jī)軟件結(jié)構(gòu)

上位機(jī)軟件是基于 Visual C++6.0 開發(fā)的。上位機(jī)軟件主要由兩部分組成：（1）串口通信
部分，（2）圖像處理部分。
其中串口通信通過串口類 CSerialPort 實(shí)現(xiàn)[3]。圖像處理部分采用采集卡實(shí)時(shí)采集圖像，
該系統(tǒng)的圖像采集卡為嘉恒中自公司的 OK_C30A 采集卡。該卡是基于 PCI 總線，能采集彩
色又能采集黑白圖像的采集卡，適用于圖像處理、工業(yè)監(jiān)控和多媒體的壓縮、處理等研究開
發(fā)和工程應(yīng)用領(lǐng)域[8]。通過該公司提供的 API 實(shí)現(xiàn)圖像的采集和顯示。圖像的實(shí)時(shí)采集通過
VC 中的響應(yīng) WM_TIMER 消息實(shí)現(xiàn)，即每隔一定時(shí)間通過在 OnTimer 函數(shù)中調(diào)用采集卡的
API 將圖像采集進(jìn)來并顯示。而由于雜草為綠色，所以用 2g-r-b 分量對(duì)圖像進(jìn)行分割[4]，當(dāng)
其值大于一定閥值后便認(rèn)為此像素為綠色，當(dāng)綠色像素所占整個(gè)圖像超過一定比例時(shí)便判定
攝像頭下有雜草，然后通過串口將信號(hào)發(fā)送給下位機(jī)。

5. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本實(shí)驗(yàn)在直徑 67cm 的轉(zhuǎn)盤上進(jìn)行，通過轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)模擬拖拉機(jī)的行走。本實(shí)驗(yàn)測(cè)定了不
同轉(zhuǎn)速下的實(shí)際對(duì)靶延遲時(shí)間，其中每個(gè)轉(zhuǎn)速下用秒表測(cè)定 20 次，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 1 所示

設(shè)定的延遲時(shí)間即軟件中的延遲時(shí)間 T,實(shí)際延遲時(shí)間為攝像頭從采集到靶標(biāo)圖像到執(zhí)行機(jī)
構(gòu)進(jìn)行噴霧之間所經(jīng)過的實(shí)際時(shí)間。其能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)靶的最大轉(zhuǎn)速為 38r/min 即 1.33m/s。
而且通過表 1 數(shù)據(jù)可知，延遲時(shí)間誤差小于 0.2s，可滿足自動(dòng)對(duì)靶的要求。

6. 結(jié)論

本系統(tǒng)通過對(duì)電磁閥的控制實(shí)現(xiàn)了農(nóng)藥噴施的自動(dòng)對(duì)靶，并在實(shí)驗(yàn)室條件下調(diào)試成功。
該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，延時(shí)準(zhǔn)確，在一定速度范圍內(nèi)能實(shí)現(xiàn)精確對(duì)靶，從而大大提高了農(nóng)藥的利
用率，并且硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，為進(jìn)一步在田間推廣打下了很好的基礎(chǔ)。若能進(jìn)一步優(yōu)化圖像處
理算法，減少圖像處理時(shí)間，以及提高硬件的響應(yīng)速度，從而提高能響應(yīng)自動(dòng)對(duì)靶的行走速
度，并且提高圖像處理算法處理復(fù)雜背景下的雜草識(shí)別的能力，實(shí)現(xiàn)在田間復(fù)雜環(huán)境下的自
動(dòng)對(duì)靶噴霧。