柯汉艺，汪震，夏国贤，胡斌

（东南大学成贤学院，江苏南京，210000）

0 引言

在这个信息化的时代，科技水平不断地进步。对生活的高质量追求也越来越多，智能化开始普遍流行，如智能家居等。据显示，智能机器人技术也不断地发展，应用到多方面且更加的智能化。

我国是农业大国，土地资源丰富，气候条件适宜，适合大面积种植水果蔬菜 。果蔬成为我国继粮食产业之后的第二大农业支柱产业。果蔬采摘与分选成为食品加工中必要的环节。

智能机器人在该产业也有了身影。据高工机器人网统计，国内外目前有八款水果采摘机器人，国内有苹果、荔枝等采摘机器人。目前国内外关于水果分拣的分拣方式有：人工分拣、机械分拣、气吹式分拣和基于传感器分拣等。充分展示智能机器人已经涉及到了水果产业。

1 传统的果园的采摘方式及不足

传统果园的采摘方式就是单纯的人力采摘或者一些笨重的机器采摘，因为如今智能机器人应用已经比较广泛，果园采摘系统的智能化发展的前景非常广阔。然而，智能化是当今的主流趋势，从该角度分析，我们会了解传统的不足之处。

1.1 消耗较大，资源浪费。

传统的采摘方式就是单纯的人工采摘，在水果成熟时间，总是需要大量的人力物力去进行采摘。不够智能化浪费大量的资源。所谓智能化就是通过智能将资源的消耗在一定程度上降低。

1.2 工序复杂，工作量巨大

传统的采摘方式只是单纯的采摘，之后在采取再通过大量的人力去分级分拣，这样就导致传统的采摘工序十分的复杂，工作量也是十分的巨大。作为智能分级分拣系统，就直接将多种复杂工序同时实行，最大程度上减少工作量。

2 基于物联网的智能分级分拣水果系统的优势

采用stm32 单片机设计并实现水果的智能分拣分级系统可以分拣水果的大小和成熟度，使用红外传感器来识别水果的成熟度，同时使小车循迹和避障，使用超声波传感器来识别夹取水果的大小。

2.1 智能夹取

通过红外传感器识别水果的颜色值，红外传感器反馈不同的颜色值，根据颜色值来判断水果的成熟度并夹取。可以根据不同水果成熟后不同的颜色来实现不同水果夹取分类。同时通过超声波传感器来判断水果的大小或者形状，根据超声波反馈信号的高低电平来判断水果的大小并实现水果的大小分类。

2.2 智能化控制

通过蓝牙模块来控制小车的运行和停止，蓝牙模块连接手机上，通过手机来控制蓝牙模块发送不同的信号使小车运行，小车运行后自动实现循迹避障，实现完全自动化和智能化。

2.3 便于维护，硬件稳固

该智能分级分拣系统采用了stm32F 系列的MCU，其运算能力强大，拥有多个时钟通道和AD 通道完全可以实现该智能小车的运行，同时小车采用麦克纳姆轮，可以通过MCU 控住电机电平变化实现小车多方向运动。机械臂模块采用了多个舵机实现了六自由度，可以做出多种方式的夹取。

3 系统结构

3.1 主控STM32F103C8T6 模块

由于STM32F103C8T6 功能属于增强型，STM32F103C8T6非常适合于高功耗系统的应用，在实际运行中，小车需要11V左右的电压才能运行，同时STM32 需要处理多模块的运行，STM32F103C8T6 有多个复用管脚可以连接，多个寄存器，以及多个ADC 通道满足功能需求。

图1 系统结构图

3.2 传感器PulseSensor 模块

超声波传感器：US-016

当Range 管脚悬空时，量程为3m。模块上电后，系统首先判断Range 引脚的输入电平，根据输入电平状态来设置不同的量程。当Range 引脚为高电平时，量程为3m，当Range 管脚为低电平时，量程为1m。然后，系统开始连续测距，同时将测距结果通过模拟电压在Out 管脚输出。当距离变化时，模拟电压也会随之进行变化。模拟电压与测量距离成正比，模拟电压的输出范围是0～Vcc。用做判断物体高度来测物体大小。

颜色传感器：又称灰度传感器，是根据不同的颜色对光反射强度的不同，进而对颜色进行区分，特点是检测简单，根据采集的AD 值分析即可，不足之处是受环境光影响较大，适合光源稳定的环境下使用。识别物体颜色。

红外循迹模块：TCRT5000 传感器的红外发射二极管不断发射红外线，当发射出的红外线没有被反射回来或被反射回来但强度不够大时，红外接收管一直处于关断状态，此时模块的输出端为高电平，指示二极管一直处于熄灭状态；被检测物体出现在检测范围内时，红外线被反射回来且强度足够大，红外接收管饱和，此时模块的输出端为低电平，指示二极管被点亮。

用作机器人循迹避障。

3.3 电机驱动模块

L298N：主要采用L298N,通过主控板的I/O 输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，停止的操作。实验利用两个L298N 构成四驱的电机驱动电路。

L298N 内部包含4 通道逻辑驱动电路，是-种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H 桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL 逻辑电平信号，可驱动46V、2A 以下的电机。OUT1,5、OUT2,6 和OUT3,7、OUT4,8 之间分别接左边两个电机和右边两个电动机。IN1，5、IN2，6、IN3，7、IN4，8 引脚从主控板接输入控制电平，控制电机的正反转，ENA，ENB 接控制使能端，控制电机的停转。L298 的逻辑功能表如1 所示。

表1 L298 的逻辑功能表

3.4 机械臂模块

考虑到我们这个设备的实际需求，我们配备了六个舵机进行运行。

六个舵机控制不同的位置以实现多方位的抓取放置，每个舵机的重量为60 克左右，工作电压为5-7.2V,空载电流为100mA,特点:虚位小，噪音小,大扭力，散热强.耐烧，虚位小。控制方式：改变脉冲宽度，脉宽范围0.5ms-2.5ms 中立位置1.5ms。

3.5 蓝牙模块

图2 蓝牙模块

我们通过蓝牙模块实现了物联网的功能，通过代码控制，由蓝牙发送不同的指令给小车，让小车实现不同功能。该模块启动后手机会对其进行配对，通过手机APP 通过蓝牙模块发送数据控制。

3.6 核心代码

4 总结

本文主要介绍了基于物联网的智能分级分拣系统，与传统的分级分拣相比明显有了很大的进步且更加的智能化。我小组认为基于物联网的智能分级分拣系统有着广阔的发展前景，在日益智能化的社会，智能化会越来越普遍，智能分级分拣系统降低了资源的消耗，将采摘与分级分拣更加的方便。