仿生智能电子果实振动检测装置的制作方法

本发明涉及振动与角度信号检测的技术领域，尤其是涉及一种仿生智能电子果实振动检测装置。

背景技术：

随着农业自动化的发展，大规模、机械化收割普遍应用于农林果实的收获过程当中。大幅度提高劳动效率、降低人工劳动强度是机械化在作物采摘、收获过程中突出的特点，但是在贯穿整个机械采摘、收获期间机械负荷对目标果实（尤其是易腐果实）产生很大的机械冲击降低果实质量从而降低经济效益，例如蓝莓在收割机收获后有近78%的果实受到机械损伤失去经济效益。在经济层面上造成很大损失。

利用目前的智能电子果实虽然能够检测果实所受采振影响，但是在使用现场中却并不能检测果实在实际采收中的运动情况，因此不能评估果实所受激振时的运动轨迹情况，另外通过数据SD卡存储再上传到数据分析系统，不仅降低了数据分析的时效性也不能及时掌握现场动态信息。

技术实现要素：

本发明克服上述背景技术中存在的不足，提供一种仿生智能电子果实振动检测装置，将该装置挂在果树上，用采摘机激振树体达到记录果蔬所受冲击与受振后摆动角度的目的，解决了现有技术中不能检测电子果实在采收中的运动情况也可有效代替高速摄像机的使用，不仅节约大量成本也有方便项目的实施和普及，以及数据分析时效性低的问题并且可以实现专业技术人员对现场及时提供远程技术支持。

为了达到上述目的，本发明型采用的技术方案是：一种仿生智能电子果实振动检测装置，包括外壳和安装在外壳内的MCU主处理模块、加速度检测模块、电源模块、角运动检测模块、ISP串口模块和无线传输模块；其中，所述MCU主处理模块通过IIC接口分别与加速度检测模块和角运动检测模块相连，所述加速度检测模块用于检测果实振动检测装置的加速度，所述角运动检测模块用于检测果实振动检测装置的角速度；所述无线传输模块与MCU主处理模块采用SPI接口连接，所述电源模块分别与MCU主处理模块、加速度检测模块、角运动检测模块以及无线传输模块提供工作电压；所述ISP串口模块与MCU主处理模块相连。

进一步地，所述MCU主处理模块包括MCU主处理芯片U4、电容C8和复位电路；所述复位电路包括电阻R21、电容C5和复位开关S1；所述电阻R21的一端与电源模块相连；电阻R21的另一端、复位开关S1的一端和电容C5的一端均与MCU主处理芯片U4的复位引脚相连；所述复位开关S1的另一端和电容C5的另一端均接地；MCU主处理芯片U4的单片机基准电压外部输入引脚﹑电压引脚、正模拟电源电压引脚和电容C8的一端均与电源模块相连；电容C8的另一端和MCU主处理芯片U4的接地引脚均接地。

进一步地，所述加速度检测模块包括加速度检测芯片U5、电阻R23﹑电阻R24、电容C12；其中，所述加速度检测芯片U5的电源输入引脚和片选引脚以及电容C12一端均与电源模块相连；加速度检测芯片U5的第一中断引脚和MCU主处理芯片U4的第一模拟中断引脚相连，加速度检测芯片U5的第二中断引脚和MCU主处理芯片U4的第二模拟中断引脚相连；加速度检测芯片U5的IIC串行时钟引脚与MCU主处理芯片U4的IIC串行时钟引脚和电阻R23的一端相连，电阻R23的另一端与电源模块相连；加速度检测芯片U5的IIC串行数据输入引脚分别与MCU主处理芯片U4的IIC串行数据输入引脚和电阻R24的一端相连，电阻R24的另一端与电源模块相连；电容C12的另一端、加速度检测芯片U5的串行数据输出引脚和加速度检测芯片U5的接地引脚均接地。

进一步地，所述无线传输模块为无线传输芯片U2；无线传输芯片U2的接地引脚接地；无线传输芯片U2的工作模式选择引脚与MCU主处理芯片U4的I/O引脚相连；无线传输芯片U2的SPI时钟引脚与MCU主处理芯片U4的时钟引脚相连；无线传输芯片U2的SPI从机输出引脚和MCU主处理芯片U4的主机SPI主机输出引脚相连；无线传输芯片U2的SPI从机输入引脚和MCU主处理芯片U4的主机SPI主机输入引脚相连；无线传输芯片U2的电源引脚接电源模块；无线传输芯片U2的片选引脚与MCU主处理芯片U4的SPI主从公共选择引脚相连。

进一步地，所述ISP串口模块为连接器座子J1；连接器座子J1的第二引脚与电源模块连接；连接器座子J1的第四引脚、第六引脚、第八引脚、第十引脚均接地；连接器座子J1的第一引脚与MCU主处理芯片U4的数据输出引脚相连；连接器座子J1的第五引脚与MCU主处理芯片U4的复位引脚相连；连接器座子J1的第七引脚与MCU主处理芯片U4的时钟引脚相连；连接器座子J1的第九引脚与MCU主处理芯片U4的数据输入引脚相连；连接器座子J1的第九引脚与MCU主处理芯片U4的数据输入引脚相连。

进一步地，所述的角运动检测模块包括角度检测芯片U3、电阻R22、电容C1、电容C2；角度检测芯片U3的电源电压引脚、I/O口电源引脚以及一个保留引脚均接电源模块；角度检测芯片U3的其余保留引脚和角度检测芯片U3的接地引脚均接地；角度检测芯片U3的IIC时钟引脚和MCU主处理芯片U4的IIC时钟引脚相连；角度检测芯片U3的IIC数据传输引脚和MCU主处理芯片U4的IIC数据传输引脚相连接；角度检测芯片U3的备选IIC引脚和片选引脚相连后接电源模块；角度检测芯片U3的第一中断引脚和MCU主处理芯片U4的中断第一引脚相连；角度检测芯片U3的第二中断引脚和MCU主处理芯片U4的第二中断引脚相连；角度检测芯片U3的锁相环滤波引脚分别与电容C1的一端和电容C2的一端相连；电容C1的另一端与地相连；电容C2的另一端与电阻R22的一端相连；电阻R22的另一端与地相连。

进一步地，所述电源模块为SR936SW锂电池，提供3.3V电压。

本发明型与背景技术相比，具有的有益效果是：

1、本发明采用8位AVR单片机作为主处理系统能够快速处理数据信息，本发明可记录果蔬振动时的冲击数据和角位移数据；角运动检测模可以检测果实在激振状态下的角度位移，通过检测的角度位移数值分析果实在实际外部激振状态下的运动方式，从而客观分析果实运动轨迹和实际受振大小的关系，进而知道何种运动轨迹可较好地实现果实的采收同时角度检测模块可以检测实际运动轨迹有效代替高速摄像机的使用功能不仅节约大量成本也有方便项目的实施和普及。

2、通过无线传输技术可实现数据远程实时发送，有利于监控果蔬时变信息加强了采集数据的时效性也便于专业技术人员对实际现场实现远程技术支持；

3﹑本发明工作稳定、故障率低、价格低廉、便于携带，对使用者的专业技术要求不高有利于广泛普及。

附图说明

图 1 是本发明实施例的系统结构示意图；

图2是本发明实施例中的电源模块结构示意图；

图3是本发明实施例中的MCU主处理模块结构示意图；

图4 是本发明实施例中的加速度检测模块结构示意图；

图5是本发明实施例中的无线传输模块结构示意图；

图6是本发明实施例中的ISP串口模块结构示意图；

图7是本发明实施例中的角运动检测模块结构示意图；

图8是本发明实施例的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明型作进一步的说明。

如图1所示，本发明包括外壳和安装在外壳内的MCU主处理模块、加速度检测模块、电源模块、角运动检测模块、ISP串口模块和无线传输模块；其中，所述MCU主处理模块通过IIC接口分别与加速度检测模块和角运动检测模块相连，分别将加速度检测模块检测到的本装置的加速度信号和角运动检测模块检测到的本装置的角度信号通过IIC通讯协议传输到MCU主处理模块中，无线传输模块与MCU主处理模块采用SPI接口连接，MCU主处理模块通过无线传输模块把检测到的加速度信号和角度信号传输到上位机；电源模块分别与MCU主处理模块、加速度检测模块、角运动检测模块以及无线传输模块提供工作电压；所述ISP串口模块与MCU主处理模块相连。

如图2所示，所述电源模块为SR936SW锂电池，提供3.3V电压。

如图3所示，MCU主处理模块包括MCU主处理芯片U4、电容C8和复位电路；所述复位电路包括电阻R21、电容C5和复位开关S1；所述电阻R21的一端与电源模块相连；电阻R21的另一端、复位开关S1的一端和电容C5的一端均与MCU主处理芯片U4的复位引脚（引脚29）相连；所述复位开关S1的另一端和电容C5的另一端均接地；MCU主处理芯片U4的单片机基准电压外部输入引脚（引脚20）﹑2个接入电路电压引脚（引脚4和引脚6）、正模拟电源电压引脚（引脚18）和电容C8的一端均与电源模块相连；电容C8的另一端和MCU主处理芯片U4的接地引脚（引脚3﹑引脚5和引脚21）均接地；所述MCU主处理芯片U4可以采用Atmel Corporation公司ATmega128P型号的产品，但不限于此。

如图4所示，所述加速度检测模块包括加速度检测芯片U5、电阻R23﹑电阻R24、电容C12；其中，所述加速度检测芯片U5的电源输入引脚（引脚6）和片选引脚（引脚7）以及电容C12一端均与电源模块相连；加速度检测芯片U5的第一中断引脚（引脚8）和MCU主处理芯片U4的第一模拟中断引脚（引脚32）相连，加速度检测芯片U5的第二中断引脚（引脚9）和MCU主处理芯片U4的第二模拟中断引脚（引脚1）相连；加速度检测芯片U5的IIC串行时钟引脚（引脚14）与MCU主处理芯片U4的IIC串行时钟引脚（引脚28）和电阻R23的一端相连，电阻R23的另一端与电源模块相连；加速度检测芯片U5的IIC串行数据输入引脚（引脚13）分别与MCU主处理芯片U4的IIC串行数据输入引脚（引脚27）和电阻R24的一端相连，电阻R24的另一端与电源模块相连；电容C12的另一端、加速度检测芯片U5的串行数据输出引脚（引脚12）和加速度检测芯片U5的接地引脚（引脚2﹑引脚4和引脚5）均接地。加速度检测芯片U5可以采用ADI公司ADXL335型号的产品，但不限于此。

如图5所示，所述无线传输模块为无线传输芯片U2；无线传输芯片U2的接地引脚（引脚1）接地；无线传输芯片U2的工作模式选择引脚（引脚2）与MCU主处理模块U4的I/O引脚（引脚11）相连；无线传输芯片U2的SPI时钟引脚（引脚3）与MCU主处理模块U4的时钟引脚（引脚17）相连；无线传输芯片U2的SPI从机输出引脚（引脚4）和MCU主处理模块U4的主机SPI主机输出引脚（引脚16）相连；无线传输芯片U2的SPI从机输入引脚（引脚6）和MCU主处理模块U4的主机SPI主机输入引脚（引脚15）相连；无线传输芯片U2的电源引脚（引脚8）接电源模块；无线传输芯片U2的片选引脚（引脚7）与MCU主处理模块U4的SPI主从公共选择引脚（引脚14）相连。所述无线传输芯片U2可以采用杭州青鹏电子有限公司型号为NRF24L01QFN-20的产品，但不限于此。

如图6所示，所述ISP串口模块为连接器座子J1；连接器座子J1的第二引脚（引脚2）与电源模块连接；连接器座子J1的第四引脚（引脚4）、第六引脚（引脚6）、第八引脚（引脚8）、第十引脚（引脚10）均接地；连接器座子J1的第一引脚（引脚1）与MCU主处理芯片U4的数据输出引脚（引脚15）相连；连接器座子J1的第五引脚（引脚5）与MCU主处理芯片U4的复位引脚（引脚29）相连；连接器座子J1的第七引脚（引脚7）与MCU主处理芯片U4的时钟引脚（引脚17）相连；连接器座子J1的第九引脚（引脚9）与MCU主处理芯片U4的数据输入引脚（引脚16）相连；连接器座子J1的第九引脚（引脚9）与MCU主处理芯片U4的数据输入引脚（引脚16）相连；所述连接器座子J1可以采用深圳市丽铧机电设备有限公司的HHD1026A型号的产品，但不限于此。

如图7所示，所述的角运动检测模块包括角度检测芯片U3、电阻R22、电容C1、电容C2；角度检测芯片U3的电源电压引脚（引脚2）、I/O口电源引脚（引脚1）以及一个保留引脚（引脚3）均接电源模块；角度检测芯片U3的其余五个保留引脚（引脚4、引脚5、引脚6、引脚7、引脚8）和角度检测芯片U3的接地引脚（引脚9）均接地；角度检测芯片U3的IIC时钟引脚（引脚16）和MCU主处理芯片U4的IIC时钟引脚（引脚28）相连接；角度检测芯片U3的IIC数据传输引脚（引脚15）和MCU主处理芯片U4的IIC数据传输引脚（引脚27）相连接；角度检测芯片U3的备选IIC引脚（引脚14）和片选引脚（引脚13）相连后接电源模块；角度检测芯片U3的第一中断引脚（引脚11）和MCU主处理芯片U4的中断第一引脚（引脚32）相连；角度检测芯片U3的第二中断引脚（引脚12）和MCU主处理芯片U4的第二中断引脚（引脚1）相连；角度检测芯片U3的锁相环滤波引脚（引脚10）分别与电容C1的一端和电容C2的一端相连；电容C1的另一端与地相连；电容C2的另一端与电阻R22的一端相连；电阻R22的另一端与地相连。所述角度检测芯片U3可以采用深圳市义嘉详科技有限公司公司L3G4200D型号的产品，但不限于此。

本发明型的工作过程如下：

将本发明挂在果树上，用采摘机激振树体达到记录果蔬所受冲击与受振后摆动角度的目的。当整个系统上电之后，首先对MCU主处理模块进行初始化动作包括电路复位、内部时钟重置以及看门狗定时器清零等动作，接下来对加速度检测模块、角运动检测模块和无线传输模块进行初始化，包括对加速度检测模块的检测范围、采杨频率、分辨率的设置，对角运动检测模块角度校正和误差补偿以及TCP/IP协议的校验和加载。

如果初始化失败，则返回重新执行对其三个模块进行初始化，初始化成功则向下继续执行，加速度检测模块开始进行加速度信号的检测和角运动检测模块开始进行角度信号检测，并将检测到的加速度信号和角度信号通过IIC通讯协议传输到MCU主处理模块中，MCU主处理模块通过无线传输模块把检测到的加速度信号和角度信号传输到上位机。