基于視覺遙控的全方位自動綠化水炮裝置設(shè)計

劉霞　高良鵬　王廷軍

摘 要：隨著城市綠化事業(yè)的發(fā)展，綠化澆水要求節(jié)約、自動化。文章針對現(xiàn)有綠化水炮裝置的不足，研制了一款通過圖像實時遙控，實現(xiàn)澆灌噴灑均勻的新型視覺遙控自動全方位灑水車綠化水炮裝置，能夠改善工人工作環(huán)境、安全可靠、工作效率高。

關(guān)鍵詞：節(jié)水綠化；灑水車水炮；全方位；遙控

中圖分類號：TH122 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）32-0090-02

Abstract： With the development of urban greening industry， watering for greening requires economy and automation. In view of the deficiency of the existing greening water cannon device， this paper developed a new-type， visual， remotely-controlled， automatic， all-directional greening water cannon device for the sprinkler， which can realize uniform irrigation and spraying by real-time image remote control. It can improve the environment， safety， reliability and efficiency of workers.

Keywords： water-saving greening； water cannon for sprinkler； all-directional； remote control

近年來，我國的綠化事業(yè)逐步受到重視，環(huán)保問題已逐漸成為當(dāng)代的熱點問題。然而現(xiàn)有的澆灌技術(shù)存在一定缺陷，現(xiàn)階段的綠化水炮裝置，主要安裝在灑水車上并完成對綠化的噴淋，需要靠人力來操作，費時費力，自動化、智能化水平不高。為改善現(xiàn)有綠化水炮的不足與缺陷，設(shè)計研究了一款能通過圖像實時遙控、澆灌噴灑均勻、能夠改善工人工作環(huán)境的新型視覺遙控自動全方位灑水車綠化水炮裝置，目的是提供一種視覺遙控自動全方位灑水車綠化水炮裝置，通過實時圖像進行遙控，使灑水車在給綠化植物噴灑水的過程中實現(xiàn)自動、任意角度與全方位的效果，從而解決綠化水炮裝置效率低，安全系數(shù)低，不夠環(huán)保經(jīng)濟，工人會濕透全身，要依靠人力操作才能實現(xiàn)其功能的問題，從而實現(xiàn)整個綠化水炮裝置的自動化。從市場角度來說，提升了自動化水平以及工作效率，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

1 綠化水炮總體結(jié)構(gòu)設(shè)計及工作原理

所設(shè)計的視覺遙控自動全方位灑水車綠化水炮裝置是將水槍管和傳動部件、高度調(diào)節(jié)部件以及攝像頭實時監(jiān)控、遙控板操作結(jié)合在一起，工作人員駕駛室內(nèi)通過遙控準(zhǔn)確控制水槍管口的噴水方向，從而實現(xiàn)全方位、任意角度的自動噴灑，滿足綠化植物高低、遠近等等澆水的需求，不僅極大地改善了工作人員的工作環(huán)境，自動化程度高、效率高，而且節(jié)水，安全可靠。

1.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

一種視覺遙控自動全方位灑水車綠化水炮裝置是由傳動部件、支架、高度調(diào)節(jié)部件、攝像頭、水槍管、水槍管、同步帶輪、鋼絲繩索、固定板、旋轉(zhuǎn)軸、第一電機、第二電機以及控制部分等部件組成。

如圖1所示，單片機作為綠化水炮裝置的微處理器控制器，通過無線或有線與攝像頭通訊，使裝置周邊的情況能夠?qū)崟r顯示在顯示屏上；通過搖桿開關(guān)控制第一電機的正反轉(zhuǎn)，并采用傳動比為2：1的同步帶輪傳動綠化水炮裝置，從而實現(xiàn)裝置的圓周運動；通過搖桿開關(guān)控制第二電機的正反轉(zhuǎn)，拉動鋼絲繩索，使裝置實現(xiàn)俯仰運動；通過單片機P3口外接電磁閥端口，從而實現(xiàn)水量的控制。

1.2 工作原理

本裝置通過攝像頭與遙控板在灑水車駕駛室內(nèi)進行遙控整個綠化水炮裝置，當(dāng)操控遙控板時，與齒形帶相連接的第一電動機轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)圓周運動，進行圓周噴灑，因考慮到噴灑過程中，植物高低不相同的問題，故采用鋼絲繩索與第二電動機配合的方式解決，當(dāng)與鋼絲繩索相連的第二電動機正轉(zhuǎn)時，此時，鋼絲繩索收緊，克服重力做功，水槍向上運動；當(dāng)與鋼絲繩索相連的第二電動機反轉(zhuǎn)時，鋼絲繩索處于松弛狀態(tài)，重力做正功，水槍管依靠自身以及水的重力向下運動完成噴灑。

2 水炮裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

一種視覺遙控自動全方位灑水車綠化水炮裝置，包括傳動部件、設(shè)置于傳動部件上端的支架、設(shè)置于傳動部件上端的高度調(diào)節(jié)部件、設(shè)置于傳動部件上端的攝像頭以及設(shè)置于高度調(diào)節(jié)部件上端的水槍管等部件組成。本裝置通過同步帶輪與第一電機的配合，實現(xiàn)了水炮的圓周運動；通過第二電機的正反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了水炮的俯仰運動，以滿足于不同高低、不同位置植物的澆灌。攝像頭設(shè)置于支架下端左側(cè)位置，攝像頭通過墊片固定于傳動軸側(cè)面，攝像頭采用全玻璃封閉式結(jié)構(gòu)，通過無線通信外接于顯示屏，而顯示屏安裝于灑水車的駕駛室內(nèi)部。第一電動機與第二電動機通過無線通信外接有遙控板，通過遙控板來控制第一電動機與第二電動機的運轉(zhuǎn)，遙控板通過無線通信與水槍管內(nèi)部的電磁閥連接并控制電磁閥，以達到控制水槍管內(nèi)部水量大小的目的。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 單片機控制系統(tǒng)設(shè)計

單片機是嵌入式系統(tǒng)的獨立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機的發(fā)展自然形成了SoC化趨勢。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計、EDA工具的發(fā)展，基于SoC的單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計會有較大的發(fā)展。介于單片機的優(yōu)點，本裝置采用80SC51單片機作為控制系統(tǒng)：（1）通過單片機與攝像頭的通訊，實現(xiàn)了可按照顯示屏圖像進行澆灌操作的目的，達到了改善工人工作環(huán)境的要求。（2）通過程序編程來控制電磁閥的通斷，從而達到了即停即用的目的，節(jié)約了水資源。（3）通過C51單片機，控制第一、第二電機，實現(xiàn)了電機的正反轉(zhuǎn)，簡單方便。（單片機控制流程圖如圖3所示）。

3.2 電機的控制

本綠化水炮裝置是用單片機來控制步進電機的正反轉(zhuǎn)的，用單片機來產(chǎn)生步進電機的脈沖信號，通過單片機的P1口輸出脈沖信號，因為所選電機是兩相的，所以只需要P1口的低四位P1.0～P1.3分別接到步進電機的四根線上即可。通過單片機C51的程序編程，實現(xiàn)第一電機與同步帶輪的配合轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)裝置的圓周運動；實現(xiàn)第二電機與鋼絲繩的收拉運動，從而實現(xiàn)水槍管的俯仰運動，以澆灌不同的植物。

4 結(jié)束語

綠化環(huán)保問題已逐漸成為當(dāng)代的時代主題，一種視覺遙控自動全方位灑水車綠化水炮裝置的出現(xiàn)，極大地改善了工人的工作環(huán)境，利用實時圖像遙控，提高了工人的工作效率，本裝置融合了無線通信技術(shù)，通過通訊連接以達到遙控的目的，可彌補現(xiàn)有綠化水炮的不足與缺陷，安全、可靠，具有良好的市場前景。

參考文獻：

[1]張永宇，陸寧主.機械設(shè)計基礎(chǔ)[M].清華大學(xué)出版社，2009，11.

[2]羅文廣.電機控制技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社，2010，10.

[3]石新春，楊京燕，王毅.電力電子技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2010.

[4]丁立軍，戴曙光，孟青云，等.基于產(chǎn)品功能分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化的機械設(shè)計方法[J].機電工程技術(shù)，2014（05）：57～60+112.