iCAN2023：应用TDK产品的优秀项目展示④：可视化大棚和智慧物流

本作品提出了基于 STM32 的智慧大棚智能化解决方案。随着城市化进程的加快和食品安全问题的日益凸显，智能化农业成为了解决现代农业问题的重要途径之一。智慧大棚作为现代农业的重要组成部分，通过应用物联网和传感技术，实现对温度、湿度、光照等环境参数的实时监测和控制，提高作物生长环境的稳定性和产量的效率。本方案基于 STM32 微控制器，设计并实现了智能大棚的温度和湿度控制系统、光照控制系统以及数据采集和远程监控系统。实验结果表明，该解决方案能够有效地提高大棚作物的生长质量和效益，并为现代农业的可持续发展提供了一种有效的技术支持。

关键词

智慧大棚，物联网，传感技术，STM32

作品简介

1.监测当前光照强度，二氧化碳，空气温湿度，土壤湿度。

2.监测到的所有数据显示在 OLED 屏幕并通过蓝牙模块上传至手机 app。

3.有两种模式，分别是自动控制模式和手动控制模式（按键控制和手机 app 远程控制）。

4.TDK PiezoListen™️压电扬声器可以用来制造声音障碍或声音吓唬装置，用于驱赶或防止害虫、野生动物进入农田。通过发出特定的声音频率或警报声，可以有效地保护农作物免受损害。具体可以起到以下作用：

声音驱赶器：用于驱赶农田中的害虫或鸟类。通过发出特定频率的声波，可以将害虫或鸟类赶离作物区域，减少害虫侵害或鸟类的损害。

声波灭菌：发出高频声波，用于灭菌处理。声波在农田土壤中传播，可以减少病原菌和病虫害的数量，提高土壤质量和作物品质。

智能喷洒系统：用于智能喷洒系统中的音频提示。通过发出特定的声音信号，可以指导农民或机器人在作物生长过程中进行精确的喷洒操作，提高喷洒效果和减少农药的使用量。

智能授粉系统：模拟花朵的声音和振动，吸引昆虫进行授粉。通过模拟自然花朵的声音，可以促进农作物的授粉效率，提高产量和品质。

音频监测：用于智能农业系统中的音频监测。通过收集农田中的声音信号，可以识别并监测农田中的病虫害、牲畜声音等，提前发现问题并采取相应的措施。

5.我们的智慧大棚搭载了高清摄像头，每隔一段时间会上传图片到云端，也会实时将大棚中的植物生长情况进行智能识别。如有异常，会及时将情况反馈给管理者。

技术原理

1.环境监测：通过传感器等设备对大棚内温度、湿度、光照、CO2、土壤温湿度等环境因素进行实时监测。

2.数据处理：将监测到的各项数据传送给控制器进行处理，分析当前环境情况并做出相应的控制策略。

3.智能控制：根据控制策略，控制器可以启动执行机构，调整大棚内的温度、湿度、光照等因素，保持作物生长环境在合适状态。

4.远程控制：智慧大棚,技术还可以通过网络远程控制，通过手机、电脑等设备实现对大棚环境的实时监测和控制，方便农民随时掌握大棚内的情况并进行调整。

作品创新点

1.物联网技术：智慧大棚通过无线传感器网络和物联网技术实现对大棚内温度、湿度、光照等环境参数的实时监测和数据采集，并将数据传输到云平台进行分析和管理。

2.自动化控制：智慧大棚内配备自动化设备，如智能喷灌系统、自动调节温度和湿度的装置等，通过预设的控制算法，实现对环境参数的智能调节和控制，提高农作物生长环境的稳定性和生产效率。

3.数据分析和决策支持：通过对大棚内环境数据的分析和建模，智慧大棚可以提供实时的农作物生长状态、预测和诊断，帮助农民做出科学决策，如合理施肥、水肥一体化管理、病虫害防治等，增加农作物产量和质量。

4.节能环保：智慧大棚通过精确的环境控制和优化的资源利用，如节水喷灌、减少化肥使用等，实现农业生产的节能环保，节约资源和成本。

5.远程监控和管理：智慧大棚通过云平台实现远程监控和管理，农民可以通过手机或电脑远程查看大棚内环境数据和实施控制，随时了解生产情况并进行管理。

智慧物流-无线充电摄像头电磁运输车

项目信息

学校：华北理工大学轻工学院

成员：王浩然、王伟旭、高梓航、徐娇、刘昊

项目摘要

运输车利用电感，摄像头双重寻迹，按照提前布置好的电磁路径，或者黑胶带封起来的路径，进行算法自动分析路径中产生的一些停车，加速，断路，弯路，障碍等路径信息。进而可以将货物直接运输到指定位置，并且本作品适应性强，可以完成多种行业的多种运输作业，只要和运输相关的行业，基本都可以修改程序适应。整个过程通过算法控制，完美解决了快递物流分拣中的，人员拥挤、事故频发、进度缓慢、费时费力等情况，大大降低制造业、物流业等各行业的成本，实打实地提高企业的利润。

通过无线串口，蓝牙设备来控制小车，以防运输过程中的一些其他事故，实现人机交互，更加安全便捷，以此可以加速当地物流产业的发展，集仓储、运输、配送、信息服务等多功能于一体，实现传统物流企业的现代化、专业化和互补性，优化社会物流资源配置。

利用无线充电技术解决了现有智能运输车电能补充困难耗时长，需要备用车造成成本高，电量耗光后，无法快速补充使用的问题。这也是本作品再次创新的一个点。释放了人力，更加快了生产进度，提高政府部门工作效率，助于政治体制改革，促进当地经济进一步发展，提升综合竞争力。可以有效的减小快递分拣运输行业的事故发生概率，智能分析，可以解决更多路况和突发情况。

关键词

智能化，STC32G12K128，电磁传感器，PID，运输业

作品简介

无线充电摄像头运输小车是一个旨在提高安全性、便利性和效率的项目。

实时监控和录像：运输小车配备摄像头，可以实时监控运输过程中的情况，并能够录像以备日后查看。

无线充电：运输小车采用无线充电技术，无需手动连接电缆，使用方便，同时避免了因电缆老化、损坏等问题造成的安全隐患。

高效运输：通过搭载智能导航系统，通过电磁线和黑胶带布置的运输通道，运输小车能够自动规划路径，高效地完成运输任务，提高运输效率。

安全保障：运输小车具备人工智能识别功能，能够自动识别并躲避障碍物，降低碰撞风险，保障运输安全。

节省人力成本：通过自动化技术，运输小车可以取代人工完成运输任务，节省人力成本。

便于管理：运输小车可通过远程监控、数据分析等方式，实现对运输过程的实时监控和管理，提高管理效率，同时运输小车还能在使用完成后，整齐放到一片规划好的位置，十分便捷，节省空间。

节能环保：通过采用先进的电源管理系统，无线充电的可循环利用，运输小车能够有效降低能耗，减少碳排放，符合绿色、可持续发展的理念。

技术原理

运输车电路部分主要的模块包括：单片机最小系统、电源模块、传感器模块、驱动模块、无线充电发射端，无线充电接收端。各模块的总体设计原则是：紧凑、易于拆换、稳定可靠。但根据各模块的不同,又有不同的设计要求。运输车采用了CH32V307VCT6的核心板。

用工字电感和摄像头作为主要的巡线传感器,这部分也是硬件电路设计的主要模块,是用来控制程序的基础。在设计时,要充分考虑到运输通道情况,包括实际生活中的各种特殊运输通道类型,要尽可能通过硬件保证检测的有效性和可靠性。另外考虑到电磁架设偏低摄像头架设会高一些,因此要尽可能的制作的轻巧。特别的，还要考虑到耗能问题，也就是节约企业成本。

速度控制并不像方向控制那样精确，只要在短时间内达到目标速度即可，而误差是允许的，因为作为运输车这个惯性系统来说，速度不会徒增骤减（与控制周期比较），因此我们使用了PD控制，经过调试，选择合适的PD系数后，加速可以很快也不会过冲，控制效果很好。

软件的控制，就是让控制运输车在稳定而又快速的前提下，以最快最稳定的速度跑完整个赛道。不论上哪种方案，软件的总体框架总是相似的，我们追求的就是稳定至上，兼顾速度，以我们的方案，软件上就是电磁采集、电磁处理，速度控制以及速度反馈，电感采集以及计算偏差。

TDK 霍尔开关 HAL1501的使用：在交流电的作用下，当通有交变电流时，导体两端将产生磁场并感应出电动势；而当通入直流电流时，则会产生相反方向的磁场并感应出电动势；如果同时存在两种不同频率和强度的交变电场和磁场作用在导线上时就会产生自感现象。

当导线处于交变磁场与交变电场之间时会发生电磁感应现象而产生一个自感电动势e1，我们借用e1此值的大小与外加电压及导线的电阻成正比的关系，设计了一款用于停车的硬件，由霍尔传感器设计的霍尔板子。

在库的周围布上磁场后就可以用车载的交流电场互相反应，产生电磁感应现象，通过检测e1的变化来确定运输库的位置，然后根据软件算法指定的值去控制运输车所要停的位置，十分方便快捷。

用霍尔元件进行刹车处理，当导线处于交变磁场与交变电场之间时会发生电磁感应现象而产生一个自感电动势e1，此值的大小与外加电压及导线的电阻成正比，通过调整电阻来看获得相应的电动势。

检测此电动势，达到标准后再进行刹车处理，也就是在运输位置周围布上磁场，通过运输车的交流回路产生电场。相当于电源用导线连接起来便构成了一个闭合回路，由于该回路中的任一节点所接通的节点的电位均相等且方向相同。故称为同向性负载，此时若将电源断开后重新接入电路仍可得到原先的功率输出。这就是所谓的"霍耳效应"，借此来判断刹车点。

作品创新点

无线充电摄像头运输小车作为一种新型的环保、高效运输工具，具有以下创新点：

电磁驱动：采用电磁驱动技术，实现高效、静音的牵引力，减少机械损耗，降低维修成本。

2.智能化控制：通过搭载先进的传感器和控制系统，实现运输车的自动驾驶、自动调度、路径优化等功能，提高运输效率和安全性。

绿色环保：采用节能、低碳的材料和生产工艺，无线充电的可循环利用，降低运输过程对环境的影响，实现可持续发展。

4.模块化设计：采用模块化设计思路，方便运输车的组装、拆卸和维护，降低运营成本。

5.无线充电：运输小车采用无线充电技术，无需手动连接电缆，使用方便，同时避免了因电缆老化、损坏等问题造成的安全隐患。

TDK-Micronas的HAL 15xy系列产品是各种霍尔开关，带具有主动偏置补偿和比较器的温度补偿霍尔片，可选开漏输出或者电流输出。HAL15xy开关系列具有不同的开关点版本，在最恶劣的温度条件下为各种各样的汽车和工业用途提供服务。