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95 学术研讨 1 总体方案设计 硬件架构包含主控模块 播种执行模块 导航定位模块 传感器模块 电源模块 电机驱动模块 1 主控模块这边选用的芯片是STM32F407ZGT6单片机 它带有高精度的定时器以及多种类型的通信接口 能够承担实 时数据处理这类任务 2 播种执行模块依靠步进电机来带动播种盘转动 再加 上电磁阀用来调节种子的流量大小 以此实现比较均匀的播撒 效果 3 导航定位模块把差分GPS和惯性测量单元 IMU 这 图1 播种机器人硬件设计图 两部分融合在一起 路径规划出来的精度能做到误差不超过5cm 软件架构包含路径规划算法 播种控制逻辑 传感器数据 4 传感器模块里面集成了土壤湿度的探头 用来识别地 融合 异常处理机制 开发环境基于Keil MDK与ROS框架 实 形的摄像头 OV5640 还有用于避障的超声波传感器 现模块化编程与任务调度 5 电源模块由一块18V 100W的太阳能电池板和一个24V 2 系统方案 20Ah的锂电池组组成 配合MPPT控制器让能源利用效率得到 2 1 硬件模块 提升 a 主控模块 6 电机驱动模块选的是TB6612FNG 它内部集成了先进 STM32F407ZGT6基于ARM Cortex M4内核 主频168MHz 的MOSFET H桥结构 支持双通道输入 可以同时驱动两台电 内置1MB Flash与192KBRAM 支持CAN总线与多路PWM输出 机一起工作 适用于复杂农田环境下的实时控制 图2为STM32F407ZGT6单片 图1为播种机器人硬件设计图 机原理图 面向农业生产的智能播种机器人研究 辽宁工程技术大学电气与控制工程学院 李云竹 摘要 设计一款面向农业生产应用的智能播种机器人 其基于STM32微控制器展开研制 旨在显 著提升播种作业效率 该机器人以STM32为核心控制单元 融合多种传感装置 视觉采集设备及导航 定位组件 用以实现对农田地形的精确感知 驱动部分由步进电机带动播种盘运转 所搭载的OV5640 摄像头与避障超声波传感器 配合图像识别算法及超声波探测机制 完成对复杂田间环境的多维检 测 为保障能源供给的持续性与稳定性 系统配置18V 100W太阳能电池板用于储能 并辅以锂电池组 供电 此款智能播种装置若成功落地 将有望为农业生产方式带来实质性革新 为农户提供一种更为 高效且操作便捷的播种手段 助力农业作业水平迈上新台阶 关键词 农业生产 STM32 智能播种 机器人 96 2026 年 第 7 期 行 此即PID闭环控制 播种深度 5 15cm可调 之动态调整 乃基于土壤湿度数据实施 属自适应调节之实例 c 多传感器数据融合 通过卡尔曼滤波融合GPS IMU及轮速编码器数据 提升定 位鲁棒性 d 自主避障程序设计 摄像头模块在运行过程中可以灵敏地捕捉到前方障碍物 当它察觉到障碍物时 便会生成一个脉冲信号 并将该信号传 送到STM32微继电器 信号进入STM32微继电器之后 会经历 一系列数据处理步骤 完成处理的数据会用来调整电机驱动模 块 借助改变电机的运转方式 以此实现主动避开障碍物的任 务 在整个系统中 STM32微控制器承担着核心作用 它与摄图2 STM32F407ZGT6单片机原理图 像头模块相互配合 依靠摄像头对道路前方情况进行监控 获b 播种执行机构 取障碍物相关信息 接下来 STM32微控制器对这些信息做进播种盘设计 蜂窝式分种结构 配合振动电机减少种子堵 一步分析和加工 将其转换成高低电平信号 这些电平信号被塞 送至电机驱动模块 准确调节车辆的行驶方向与速度 最终让驱动单元 TB6600步进电机驱动器 支持微步细分 132 车辆具备自动避障的功能 自主避障程序模块的设计流程图如步 确保播种间隔精度 2cm 图3所示 c 导航定位系统 差分GPS模块 U blox NEO M8N 定位精度 2 5cm RTK 模式 IMU补偿 MPU6050六轴传感器 修正地形起伏导致的路 径偏差 d 传感器模块 土壤检测 电容式湿度传感器 精度 3 实时调整播 种深度 视觉避障 OV5640摄像头结合YOLOv5 Tiny模型 识别田 间障碍物 石块 沟壑等 e 能源管理 MPPT控制器 实现太阳能最大功率点跟踪 转换效率 95 双电源切换 锂电池优先供电 光照不足时无缝切换至备 用电池 f 电机驱动模块TB6612 电机驱动模块我们选用TB6612FNG 其内置先进MOSFET H桥结构 支持双通道输入 可驱动两台电机同步运行 采用MOSFET H桥架构的TB6612FNG电机驱动模块 被设 计为具备双通道输入能力 两个电机的同步运转由此得以轻松 实现 与L298N这类传统器件相较 其性能优势显而易见 外部 电路之简洁 乃该模块在电路设计方面的一大特点 仅需接入 一个电源滤波器于外侧 即可完成对电机的快速操控 操作之 图3 自主避障程序模块的设计流程图 便捷与高效可见一斑 体积小巧之特性亦为其所具 运行期间 3 测试与验证 测试的时候 先拿万用表跟示波器来调试硬件 确认机器温度维持于较低水平 因过热引致的性能衰减及故障风险因而 人集成电路连接没有差错 接下来在计算机上调试软件 保证有效降低 空间受限之应用场景 抑或对系统稳定性提出较高 软硬件能够正常跑起来 这有助于做整体测试 看看机器人可要求之环境 皆可见证其优异表现 不可以沿着预设轨道自动行驶 能不能够抵抗光线 气温 电2 2 软件与算法 磁一类环境方面的干扰 还有在S型 回型这种不同轨道上面的a 路径规划算法 行驶状态 以A算法及农田栅格地图为基础 最优播种路径得以动态规 3 1 硬件测试划 作业模式涵盖 回 字形与螺旋形者 路径之优化 可见 电源模块 万用表验证太阳能输出稳定性 波动 5 于两种模式之实际运行实例 播种精度 在试验田测量播种间距 目标10cm实测偏差 b 播种控制逻辑 1 5cm 下转101页 电机转速与播种频率之调节 系依GPS坐标及编码器反馈而 101 学术研讨 在于P I D参数的设计与整定 器人并能顺利通过复杂障碍物 说明了多机器人协同工作方式 是可行的 综上所述 本机器人具备较好的环境感知能力及协 1 同性 可适应多种实际情况下的货物运输需求 具体试验结果 2 见表1所示 表1 测试情况记录表 3 4 分别是比例系数 积分时间常数与微分时间 常数 为控制器输出 则为系统误差 工作中 PID算 法不仅通过调节电机功率来实现车辆的平稳加减速 还能通过 对转向角的精确修正 保障行驶过程的安全性与稳定性 3 测试 4 结束语 正式开始测试之前先使用万用表以及示波器检查各个功能 本文设计的是互联信标定位运送机器人 通过树莓派4B和 块之间的电路连通性是否良好 在确认所有硬件单元均正常的 TC264核心板对多个模块进行协同调节 使得机器人能够有序工 情况下 将机器人进行整体组装 并借助上位机分别采用ADS 作 经过多项测试 表示该机器人设计具有较大的应用适应 集成开发环境以及Python脚本烧录到TC264主控板以及树莓派4B 性 该机器人除了拥有高效的运送功能 还具有良好的互联能 计算单元中 并对各个子系统分别进行单独调试以保证各系统 力 既能够适应复杂的运送环境及远距离配送 又可以适应多 的功能实现 然后再对PID控制器参数进行整定优化 预置运动 个机器人同时工作的应用场景 可以满足工业和商业的运送需 起点和终点 在重要工位布置声学信标源 进行总体试运行 求 同时也给予使用方良好的配置选择 机器人收到启动信号开始自主运行 远距离搬运过程中根据GPS 定位信息及时纠正方向 在较近范围内 树莓派利用外部蓝牙 模块进行周围蓝牙设备搜索 并根据返回的数据控制机器人的 1 曹永豪 刘付永红 张钿钿 等 基于TC264的智能小车循迹 前进方向与速度 完成对其他机器人的自动避让 相机部分实 系统设计 J 电子设计工程 2023 31 24 24 28 时采集外界图像 自动避开前方固定障碍物以及地面沟壑 在 2 叶啸天 周为峰 刘尊雷 基于树莓派4B的高效CTD数据处 到达目的地附近后 则使用声音信标进行导航 可以精准地抵 理系统设计 J 渔业信息与战略 2024 39 04 282 289 达指定位置完成货物运输任务 经试验可知运用树莓派加上视 基金项目 辽宁省大学生创新创业训练计划项目 S202510 觉传感器的多传感器信息融合的方式可以让机器人避让同类机 147031 参考文献 上接96页 3 2 功能测试 术方案 路径跟踪 在S型与矩形田块中测试 路径偏差 7cm 避障响应 超声波传感器检测到障碍物后 0 5s内完成停车 与路径重规划 1 彭金龙 李晨昊 郭锋 面向工业厂区智能巡检机器人技术 3 3 环境适应性 研究 J 机械管理开发 2024 39 12 219 220 223 极端天气 该设备拥有良好极端环境适应性能与长期运行 2 郭晓琦 李昕光 王登泽 等 智能播种机器人结构设计与试 验 J 农业装备与车辆工程 2024 62 10 7 13 可靠性 就高温40 恶劣气候条件以及相对湿度90 的高湿雨天 3 何昕怡 柴刘斌 机构紧锣密鼓忙 春播 三大行业成调工况来说 都能够做到连续稳定作业 经过连续4小时满负荷运 研热土 N 上海证券报 2024 03 13 007 行测试 整机电气系统 传动系统还有执行机构均维持正常工 4 王雷 陈炳羽 朱正凡 智能播种机器人控制系统设计 J 农作状态 没有异常停机 没有性能衰减 没有故障发生 这可 机使用与维修 2024 02 11 15 以满足复杂多变田间环境里全天候作业需求 5 刘铮 带状复合种植通用播种机器人底盘的研究 D 四川多地形测试 这台设备专门对复杂田间地形做了专项优 农业大学 2023 化 拥有不错的地形自适应能力 在倾斜角度不大于15 的坡 6 徐姣姣 智能播种机器人控制系统设计及其关键技术研究地以及松软土壤这类复杂工作条件下 它仍然可以维持稳定的 D 吉林化工学院 2022 作业姿态 并做到精准的下种深度控制 经过实际测试 播种 7 高迟 张恒 阎勤劳 等 基于工作目标区图的大蒜播种机器深度一致性指标达到93 这有助于确保株距和播深均匀 为出 人的路径规划 J 安徽农业科学 2012 40 04 2495 2496 2543 苗整齐度以及作物产量带来可靠保障 8 高迟 大蒜播种机器人控制系统的研究 D 西北农林科技4 结束语 大学 2010 本文设计了一款面向农业生产的智能播种机器人 通过高 作者简介 李云竹 2004 女 四川成都市人 辽宁精度导航 自适应控制与多传感器融合技术 解决了传统播种 工程技术大学电气与控制工程学院本科在读 作业效率低 精度差的问题 实测结果表明机器人可适应复杂 农田环境 将播种效率提升40 其为智慧农业提供了可靠的技 参考文献
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