基于视觉遥控的全方位自动绿化水炮装置设计

刘霞　高良鹏　王廷军

摘 要：随着城市绿化事业的发展，绿化浇水要求节约、自动化。文章针对现有绿化水炮装置的不足，研制了一款通过图像实时遥控，实现浇灌喷洒均匀的新型视觉遥控自动全方位洒水车绿化水炮装置，能够改善工人工作环境、安全可靠、工作效率高。

关键词：节水绿化；洒水车水炮；全方位；遥控

中图分类号：TH122 文献标志码：A 文章编号：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

近年来，我国的绿化事业逐步受到重视，环保问题已逐渐成为当代的热点问题。然而现有的浇灌技术存在一定缺陷，现阶段的绿化水炮装置，主要安装在洒水车上并完成对绿化的喷淋，需要靠人力来操作，费时费力，自动化、智能化水平不高。为改善现有绿化水炮的不足与缺陷，设计研究了一款能通过图像实时遥控、浇灌喷洒均匀、能够改善工人工作环境的新型视觉遥控自动全方位洒水车绿化水炮装置，目的是提供一种视觉遥控自动全方位洒水车绿化水炮装置，通过实时图像进行遥控，使洒水车在给绿化植物喷洒水的过程中实现自动、任意角度与全方位的效果，从而解决绿化水炮装置效率低，安全系数低，不够环保经济，工人会湿透全身，要依靠人力操作才能实现其功能的问题，从而实现整个绿化水炮装置的自动化。从市场角度来说，提升了自动化水平以及工作效率，具有广阔的市场应用前景。

1 绿化水炮总体结构设计及工作原理

所设计的视觉遥控自动全方位洒水车绿化水炮装置是将水枪管和传动部件、高度调节部件以及摄像头实时监控、遥控板操作结合在一起，工作人员驾驶室内通过遥控准确控制水枪管口的喷水方向，从而实现全方位、任意角度的自动喷洒，满足绿化植物高低、远近等等浇水的需求，不仅极大地改善了工作人员的工作环境，自动化程度高、效率高，而且节水，安全可靠。

1.1 总体结构设计

一种视觉遥控自动全方位洒水车绿化水炮装置是由传动部件、支架、高度调节部件、摄像头、水枪管、水枪管、同步带轮、钢丝绳索、固定板、旋转轴、第一电机、第二电机以及控制部分等部件组成。

如图1所示，单片机作为绿化水炮装置的微处理器控制器，通过无线或有线与摄像头通讯，使装置周边的情况能够实时显示在显示屏上；通过摇杆开关控制第一电机的正反转，并采用传动比为2：1的同步带轮传动绿化水炮装置，从而实现装置的圆周运动；通过摇杆开关控制第二电机的正反转，拉动钢丝绳索，使装置实现俯仰运动；通过单片机P3口外接电磁阀端口，从而实现水量的控制。

1.2 工作原理

本装置通过摄像头与遥控板在洒水车驾驶室内进行遥控整个绿化水炮装置，当操控遥控板时，与齿形带相连接的第一电动机转动，实现圆周运动，进行圆周喷洒，因考虑到喷洒过程中，植物高低不相同的问题，故采用钢丝绳索与第二电动机配合的方式解决，当与钢丝绳索相连的第二电动机正转时，此时，钢丝绳索收紧，克服重力做功，水枪向上运动；当与钢丝绳索相连的第二电动机反转时，钢丝绳索处于松弛状态，重力做正功，水枪管依靠自身以及水的重力向下运动完成喷洒。

2 水炮装置结构设计

一种视觉遥控自动全方位洒水車绿化水炮装置，包括传动部件、设置于传动部件上端的支架、设置于传动部件上端的高度调节部件、设置于传动部件上端的摄像头以及设置于高度调节部件上端的水枪管等部件组成。本装置通过同步带轮与第一电机的配合，实现了水炮的圆周运动；通过第二电机的正反转，实现了水炮的俯仰运动，以满足于不同高低、不同位置植物的浇灌。摄像头设置于支架下端左侧位置，摄像头通过垫片固定于传动轴侧面，摄像头采用全玻璃封闭式结构，通过无线通信外接于显示屏，而显示屏安装于洒水车的驾驶室内部。第一电动机与第二电动机通过无线通信外接有遥控板，通过遥控板来控制第一电动机与第二电动机的运转，遥控板通过无线通信与水枪管内部的电磁阀连接并控制电磁阀，以达到控制水枪管内部水量大小的目的。

3 控制系统设计

3.1 单片机控制系统设计

单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。介于单片机的优点，本装置采用80SC51单片机作为控制系统：（1）通过单片机与摄像头的通讯，实现了可按照显示屏图像进行浇灌操作的目的，达到了改善工人工作环境的要求。（2）通过程序编程来控制电磁阀的通断，从而达到了即停即用的目的，节约了水资源。（3）通过C51单片机，控制第一、第二电机，实现了电机的正反转，简单方便。（单片机控制流程图如图3所示）。

3.2 电机的控制

本绿化水炮装置是用单片机来控制步进电机的正反转的，用单片机来产生步进电机的脉冲信号，通过单片机的P1口输出脉冲信号，因为所选电机是两相的，所以只需要P1口的低四位P1.0～P1.3分别接到步进电机的四根线上即可。通过单片机C51的程序编程，实现第一电机与同步带轮的配合转动，从而实现装置的圆周运动；实现第二电机与钢丝绳的收拉运动，从而实现水枪管的俯仰运动，以浇灌不同的植物。

4 结束语

绿化环保问题已逐渐成为当代的时代主题，一种视觉遥控自动全方位洒水车绿化水炮装置的出现，极大地改善了工人的工作环境，利用实时图像遥控，提高了工人的工作效率，本装置融合了无线通信技术，通过通讯连接以达到遥控的目的，可弥补现有绿化水炮的不足与缺陷，安全、可靠，具有良好的市场前景。

参考文献：

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