本發(fā)明涉及振動與角度信號檢測的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種仿生智能電子果實振動檢測裝置。

背景技術(shù)：

隨著農(nóng)業(yè)自動化的發(fā)展，大規(guī)模、機械化收割普遍應用于農(nóng)林果實的收獲過程當中。大幅度提高勞動效率、降低人工勞動強度是機械化在作物采摘、收獲過程中突出的特點，但是在貫穿整個機械采摘、收獲期間機械負荷對目標果實（尤其是易腐果實）產(chǎn)生很大的機械沖擊降低果實質(zhì)量從而降低經(jīng)濟效益，例如藍莓在收割機收獲后有近78%的果實受到機械損傷失去經(jīng)濟效益。在經(jīng)濟層面上造成很大損失。

利用目前的智能電子果實雖然能夠檢測果實所受采振影響，但是在使用現(xiàn)場中卻并不能檢測果實在實際采收中的運動情況，因此不能評估果實所受激振時的運動軌跡情況，另外通過數(shù)據(jù)SD卡存儲再上傳到數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，不僅降低了數(shù)據(jù)分析的時效性也不能及時掌握現(xiàn)場動態(tài)信息。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服上述背景技術(shù)中存在的不足，提供一種仿生智能電子果實振動檢測裝置，將該裝置掛在果樹上，用采摘機激振樹體達到記錄果蔬所受沖擊與受振后擺動角度的目的，解決了現(xiàn)有技術(shù)中不能檢測電子果實在采收中的運動情況也可有效代替高速攝像機的使用，不僅節(jié)約大量成本也有方便項目的實施和普及，以及數(shù)據(jù)分析時效性低的問題并且可以實現(xiàn)專業(yè)技術(shù)人員對現(xiàn)場及時提供遠程技術(shù)支持。

為了達到上述目的，本發(fā)明型采用的技術(shù)方案是：一種仿生智能電子果實振動檢測裝置，包括外殼和安裝在外殼內(nèi)的MCU主處理模塊、加速度檢測模塊、電源模塊、角運動檢測模塊、ISP串口模塊和無線傳輸模塊；其中，所述MCU主處理模塊通過IIC接口分別與加速度檢測模塊和角運動檢測模塊相連，所述加速度檢測模塊用于檢測果實振動檢測裝置的加速度，所述角運動檢測模塊用于檢測果實振動檢測裝置的角速度；所述無線傳輸模塊與MCU主處理模塊采用SPI接口連接，所述電源模塊分別與MCU主處理模塊、加速度檢測模塊、角運動檢測模塊以及無線傳輸模塊提供工作電壓；所述ISP串口模塊與MCU主處理模塊相連。

進一步地，所述MCU主處理模塊包括MCU主處理芯片U4、電容C8和復位電路；所述復位電路包括電阻R21、電容C5和復位開關(guān)S1；所述電阻R21的一端與電源模塊相連；電阻R21的另一端、復位開關(guān)S1的一端和電容C5的一端均與MCU主處理芯片U4的復位引腳相連；所述復位開關(guān)S1的另一端和電容C5的另一端均接地；MCU主處理芯片U4的單片機基準電壓外部輸入引腳﹑電壓引腳、正模擬電源電壓引腳和電容C8的一端均與電源模塊相連；電容C8的另一端和MCU主處理芯片U4的接地引腳均接地。

進一步地，所述加速度檢測模塊包括加速度檢測芯片U5、電阻R23﹑電阻R24、電容C12；其中，所述加速度檢測芯片U5的電源輸入引腳和片選引腳以及電容C12一端均與電源模塊相連；加速度檢測芯片U5的第一中斷引腳和MCU主處理芯片U4的第一模擬中斷引腳相連，加速度檢測芯片U5的第二中斷引腳和MCU主處理芯片U4的第二模擬中斷引腳相連；加速度檢測芯片U5的IIC串行時鐘引腳與MCU主處理芯片U4的IIC串行時鐘引腳和電阻R23的一端相連，電阻R23的另一端與電源模塊相連；加速度檢測芯片U5的IIC串行數(shù)據(jù)輸入引腳分別與MCU主處理芯片U4的IIC串行數(shù)據(jù)輸入引腳和電阻R24的一端相連，電阻R24的另一端與電源模塊相連；電容C12的另一端、加速度檢測芯片U5的串行數(shù)據(jù)輸出引腳和加速度檢測芯片U5的接地引腳均接地。

進一步地，所述無線傳輸模塊為無線傳輸芯片U2；無線傳輸芯片U2的接地引腳接地；無線傳輸芯片U2的工作模式選擇引腳與MCU主處理芯片U4的I/O引腳相連；無線傳輸芯片U2的SPI時鐘引腳與MCU主處理芯片U4的時鐘引腳相連；無線傳輸芯片U2的SPI從機輸出引腳和MCU主處理芯片U4的主機SPI主機輸出引腳相連；無線傳輸芯片U2的SPI從機輸入引腳和MCU主處理芯片U4的主機SPI主機輸入引腳相連；無線傳輸芯片U2的電源引腳接電源模塊；無線傳輸芯片U2的片選引腳與MCU主處理芯片U4的SPI主從公共選擇引腳相連。

進一步地，所述ISP串口模塊為連接器座子J1；連接器座子J1的第二引腳與電源模塊連接；連接器座子J1的第四引腳、第六引腳、第八引腳、第十引腳均接地；連接器座子J1的第一引腳與MCU主處理芯片U4的數(shù)據(jù)輸出引腳相連；連接器座子J1的第五引腳與MCU主處理芯片U4的復位引腳相連；連接器座子J1的第七引腳與MCU主處理芯片U4的時鐘引腳相連；連接器座子J1的第九引腳與MCU主處理芯片U4的數(shù)據(jù)輸入引腳相連；連接器座子J1的第九引腳與MCU主處理芯片U4的數(shù)據(jù)輸入引腳相連。

進一步地，所述的角運動檢測模塊包括角度檢測芯片U3、電阻R22、電容C1、電容C2；角度檢測芯片U3的電源電壓引腳、I/O口電源引腳以及一個保留引腳均接電源模塊；角度檢測芯片U3的其余保留引腳和角度檢測芯片U3的接地引腳均接地；角度檢測芯片U3的IIC時鐘引腳和MCU主處理芯片U4的IIC時鐘引腳相連；角度檢測芯片U3的IIC數(shù)據(jù)傳輸引腳和MCU主處理芯片U4的IIC數(shù)據(jù)傳輸引腳相連接；角度檢測芯片U3的備選IIC引腳和片選引腳相連后接電源模塊；角度檢測芯片U3的第一中斷引腳和MCU主處理芯片U4的中斷第一引腳相連；角度檢測芯片U3的第二中斷引腳和MCU主處理芯片U4的第二中斷引腳相連；角度檢測芯片U3的鎖相環(huán)濾波引腳分別與電容C1的一端和電容C2的一端相連；電容C1的另一端與地相連；電容C2的另一端與電阻R22的一端相連；電阻R22的另一端與地相連。

進一步地，所述電源模塊為SR936SW鋰電池，提供3.3V電壓。

本發(fā)明型與背景技術(shù)相比，具有的有益效果是：

1、本發(fā)明采用8位AVR單片機作為主處理系統(tǒng)能夠快速處理數(shù)據(jù)信息，本發(fā)明可記錄果蔬振動時的沖擊數(shù)據(jù)和角位移數(shù)據(jù)；角運動檢測模可以檢測果實在激振狀態(tài)下的角度位移，通過檢測的角度位移數(shù)值分析果實在實際外部激振狀態(tài)下的運動方式，從而客觀分析果實運動軌跡和實際受振大小的關(guān)系，進而知道何種運動軌跡可較好地實現(xiàn)果實的采收同時角度檢測模塊可以檢測實際運動軌跡有效代替高速攝像機的使用功能不僅節(jié)約大量成本也有方便項目的實施和普及。

2、通過無線傳輸技術(shù)可實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程實時發(fā)送，有利于監(jiān)控果蔬時變信息加強了采集數(shù)據(jù)的時效性也便于專業(yè)技術(shù)人員對實際現(xiàn)場實現(xiàn)遠程技術(shù)支持；

3﹑本發(fā)明工作穩(wěn)定、故障率低、價格低廉、便于攜帶，對使用者的專業(yè)技術(shù)要求不高有利于廣泛普及。

附圖說明

圖 1 是本發(fā)明實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例中的電源模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例中的MCU主處理模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4 是本發(fā)明實施例中的加速度檢測模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例中的無線傳輸模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明實施例中的ISP串口模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明實施例中的角運動檢測模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明實施例的工作流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明型作進一步的說明。

如圖1所示，本發(fā)明包括外殼和安裝在外殼內(nèi)的MCU主處理模塊、加速度檢測模塊、電源模塊、角運動檢測模塊、ISP串口模塊和無線傳輸模塊；其中，所述MCU主處理模塊通過IIC接口分別與加速度檢測模塊和角運動檢測模塊相連，分別將加速度檢測模塊檢測到的本裝置的加速度信號和角運動檢測模塊檢測到的本裝置的角度信號通過IIC通訊協(xié)議傳輸?shù)組CU主處理模塊中，無線傳輸模塊與MCU主處理模塊采用SPI接口連接，MCU主處理模塊通過無線傳輸模塊把檢測到的加速度信號和角度信號傳輸?shù)缴衔粰C；電源模塊分別與MCU主處理模塊、加速度檢測模塊、角運動檢測模塊以及無線傳輸模塊提供工作電壓；所述ISP串口模塊與MCU主處理模塊相連。

如圖2所示，所述電源模塊為SR936SW鋰電池，提供3.3V電壓。

如圖3所示，MCU主處理模塊包括MCU主處理芯片U4、電容C8和復位電路；所述復位電路包括電阻R21、電容C5和復位開關(guān)S1；所述電阻R21的一端與電源模塊相連；電阻R21的另一端、復位開關(guān)S1的一端和電容C5的一端均與MCU主處理芯片U4的復位引腳（引腳29）相連；所述復位開關(guān)S1的另一端和電容C5的另一端均接地；MCU主處理芯片U4的單片機基準電壓外部輸入引腳（引腳20）﹑2個接入電路電壓引腳（引腳4和引腳6）、正模擬電源電壓引腳（引腳18）和電容C8的一端均與電源模塊相連；電容C8的另一端和MCU主處理芯片U4的接地引腳（引腳3﹑引腳5和引腳21）均接地；所述MCU主處理芯片U4可以采用Atmel Corporation公司ATmega128P型號的產(chǎn)品，但不限于此。

如圖4所示，所述加速度檢測模塊包括加速度檢測芯片U5、電阻R23﹑電阻R24、電容C12；其中，所述加速度檢測芯片U5的電源輸入引腳（引腳6）和片選引腳（引腳7）以及電容C12一端均與電源模塊相連；加速度檢測芯片U5的第一中斷引腳（引腳8）和MCU主處理芯片U4的第一模擬中斷引腳（引腳32）相連，加速度檢測芯片U5的第二中斷引腳（引腳9）和MCU主處理芯片U4的第二模擬中斷引腳（引腳1）相連；加速度檢測芯片U5的IIC串行時鐘引腳（引腳14）與MCU主處理芯片U4的IIC串行時鐘引腳（引腳28）和電阻R23的一端相連，電阻R23的另一端與電源模塊相連；加速度檢測芯片U5的IIC串行數(shù)據(jù)輸入引腳（引腳13）分別與MCU主處理芯片U4的IIC串行數(shù)據(jù)輸入引腳（引腳27）和電阻R24的一端相連，電阻R24的另一端與電源模塊相連；電容C12的另一端、加速度檢測芯片U5的串行數(shù)據(jù)輸出引腳（引腳12）和加速度檢測芯片U5的接地引腳（引腳2﹑引腳4和引腳5）均接地。加速度檢測芯片U5可以采用ADI公司ADXL335型號的產(chǎn)品，但不限于此。

如圖5所示，所述無線傳輸模塊為無線傳輸芯片U2；無線傳輸芯片U2的接地引腳（引腳1）接地；無線傳輸芯片U2的工作模式選擇引腳（引腳2）與MCU主處理模塊U4的I/O引腳（引腳11）相連；無線傳輸芯片U2的SPI時鐘引腳（引腳3）與MCU主處理模塊U4的時鐘引腳（引腳17）相連；無線傳輸芯片U2的SPI從機輸出引腳（引腳4）和MCU主處理模塊U4的主機SPI主機輸出引腳（引腳16）相連；無線傳輸芯片U2的SPI從機輸入引腳（引腳6）和MCU主處理模塊U4的主機SPI主機輸入引腳（引腳15）相連；無線傳輸芯片U2的電源引腳（引腳8）接電源模塊；無線傳輸芯片U2的片選引腳（引腳7）與MCU主處理模塊U4的SPI主從公共選擇引腳（引腳14）相連。所述無線傳輸芯片U2可以采用杭州青鵬電子有限公司型號為NRF24L01QFN-20的產(chǎn)品，但不限于此。

如圖6所示，所述ISP串口模塊為連接器座子J1；連接器座子J1的第二引腳（引腳2）與電源模塊連接；連接器座子J1的第四引腳（引腳4）、第六引腳（引腳6）、第八引腳（引腳8）、第十引腳（引腳10）均接地；連接器座子J1的第一引腳（引腳1）與MCU主處理芯片U4的數(shù)據(jù)輸出引腳（引腳15）相連；連接器座子J1的第五引腳（引腳5）與MCU主處理芯片U4的復位引腳（引腳29）相連；連接器座子J1的第七引腳（引腳7）與MCU主處理芯片U4的時鐘引腳（引腳17）相連；連接器座子J1的第九引腳（引腳9）與MCU主處理芯片U4的數(shù)據(jù)輸入引腳（引腳16）相連；連接器座子J1的第九引腳（引腳9）與MCU主處理芯片U4的數(shù)據(jù)輸入引腳（引腳16）相連；所述連接器座子J1可以采用深圳市麗鏵機電設(shè)備有限公司的HHD1026A型號的產(chǎn)品，但不限于此。

如圖7所示，所述的角運動檢測模塊包括角度檢測芯片U3、電阻R22、電容C1、電容C2；角度檢測芯片U3的電源電壓引腳（引腳2）、I/O口電源引腳（引腳1）以及一個保留引腳（引腳3）均接電源模塊；角度檢測芯片U3的其余五個保留引腳（引腳4、引腳5、引腳6、引腳7、引腳8）和角度檢測芯片U3的接地引腳（引腳9）均接地；角度檢測芯片U3的IIC時鐘引腳（引腳16）和MCU主處理芯片U4的IIC時鐘引腳（引腳28）相連接；角度檢測芯片U3的IIC數(shù)據(jù)傳輸引腳（引腳15）和MCU主處理芯片U4的IIC數(shù)據(jù)傳輸引腳（引腳27）相連接；角度檢測芯片U3的備選IIC引腳（引腳14）和片選引腳（引腳13）相連后接電源模塊；角度檢測芯片U3的第一中斷引腳（引腳11）和MCU主處理芯片U4的中斷第一引腳（引腳32）相連；角度檢測芯片U3的第二中斷引腳（引腳12）和MCU主處理芯片U4的第二中斷引腳（引腳1）相連；角度檢測芯片U3的鎖相環(huán)濾波引腳（引腳10）分別與電容C1的一端和電容C2的一端相連；電容C1的另一端與地相連；電容C2的另一端與電阻R22的一端相連；電阻R22的另一端與地相連。所述角度檢測芯片U3可以采用深圳市義嘉詳科技有限公司公司L3G4200D型號的產(chǎn)品，但不限于此。

本發(fā)明型的工作過程如下：

將本發(fā)明掛在果樹上，用采摘機激振樹體達到記錄果蔬所受沖擊與受振后擺動角度的目的。當整個系統(tǒng)上電之后，首先對MCU主處理模塊進行初始化動作包括電路復位、內(nèi)部時鐘重置以及看門狗定時器清零等動作，接下來對加速度檢測模塊、角運動檢測模塊和無線傳輸模塊進行初始化，包括對加速度檢測模塊的檢測范圍、采楊頻率、分辨率的設(shè)置，對角運動檢測模塊角度校正和誤差補償以及TCP/IP協(xié)議的校驗和加載。

如果初始化失敗，則返回重新執(zhí)行對其三個模塊進行初始化，初始化成功則向下繼續(xù)執(zhí)行，加速度檢測模塊開始進行加速度信號的檢測和角運動檢測模塊開始進行角度信號檢測，并將檢測到的加速度信號和角度信號通過IIC通訊協(xié)議傳輸?shù)組CU主處理模塊中，MCU主處理模塊通過無線傳輸模塊把檢測到的加速度信號和角度信號傳輸?shù)缴衔粰C。