一、前言

1.1 項(xiàng)目介紹

【1】項(xiàng)目功能介紹

隨著科技的進(jìn)步和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率與質(zhì)量的提升成為重要的研究對(duì)象。其中，果蔬采摘環(huán)節(jié)在很大程度上影響著整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的效益。傳統(tǒng)的手工采摘方式不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低下，而且在勞動(dòng)力成本逐漸上升的背景下，越來(lái)越難以滿足大規(guī)模種植基地的需求。人工采摘還可能因不規(guī)范的操作導(dǎo)致果實(shí)損傷，影響商品果率。

基于視覺(jué)識(shí)別技術(shù)的自動(dòng)采摘機(jī)器人的研發(fā)，正是針對(duì)這一問(wèn)題提出的創(chuàng)新解決方案。本項(xiàng)目采用樹(shù)莓派4B作為主控芯片，因其具有強(qiáng)大的計(jì)算能力和豐富的擴(kuò)展接口，可以方便地集成各種傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜環(huán)境下的實(shí)時(shí)圖像采集與處理。

項(xiàng)目利用百度飛漿（PaddlePaddle）深度學(xué)習(xí)框架中的目標(biāo)檢測(cè)和分類算法，通過(guò)安裝在機(jī)器人上的高清攝像頭獲取果樹(shù)圖像，并進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，精準(zhǔn)識(shí)別出果實(shí)的位置、大小以及成熟度等信息。當(dāng)成功識(shí)別到目標(biāo)果實(shí)后，主控系統(tǒng)將根據(jù)識(shí)別結(jié)果快速計(jì)算出機(jī)械手臂的最佳運(yùn)動(dòng)路徑，控制其移動(dòng)至指定位置，以最適宜的方式完成果實(shí)的高效、無(wú)損采摘。

基于視覺(jué)識(shí)別的自動(dòng)采摘機(jī)器人設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目旨在解決傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中人工采摘的瓶頸問(wèn)題，通過(guò)人工智能與自動(dòng)化技術(shù)的深度融合，提高果園管理的智能化水平，降低勞動(dòng)成本，提高生產(chǎn)效率，從而推動(dòng)我國(guó)乃至全球農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)向更加智能、高效的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型。

【2】設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能

（1）視覺(jué)識(shí)別：借助高性能的攝像頭和圖像處理算法（本項(xiàng)目采用百度飛漿的目標(biāo)識(shí)別和分類算法），機(jī)器人能夠捕捉到果園中的果實(shí)圖像，并準(zhǔn)確地從中識(shí)別出目標(biāo)果實(shí)。

（2）定位與導(dǎo)航：在識(shí)別到果實(shí)后，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)計(jì)算果實(shí)的空間坐標(biāo)和距離，確定機(jī)械手臂需要到達(dá)的精確位置。同時(shí)，機(jī)器人會(huì)根據(jù)果園內(nèi)的環(huán)境信息和路徑規(guī)劃算法，自動(dòng)導(dǎo)航至目標(biāo)果實(shí)附近。

（3）機(jī)械手臂控制：一旦機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)位置，機(jī)械手臂會(huì)在系統(tǒng)的精確控制下，自動(dòng)調(diào)整姿態(tài)和動(dòng)作，以輕柔而準(zhǔn)確的方式采摘果實(shí)。這一過(guò)程涉及到復(fù)雜的機(jī)械動(dòng)力學(xué)和協(xié)同控制算法，確保采摘?jiǎng)幼鞯母咝Ш桶踩?/p>

（4）果實(shí)收集與處理：采摘下來(lái)的果實(shí)會(huì)被機(jī)器人收集到專門的容器中，以便后續(xù)的分揀、包裝和處理。系統(tǒng)還可以對(duì)采摘的果實(shí)進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計(jì)和質(zhì)量評(píng)估，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)支持。

本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的功能是一個(gè)完整的自動(dòng)采摘機(jī)器人系統(tǒng)，從視覺(jué)識(shí)別到機(jī)械手臂控制，再到果實(shí)收集與處理，形成了一個(gè)高效、智能的自動(dòng)化采摘流程。這不僅大大提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，也展示了人工智能技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。

【3】項(xiàng)目硬件模塊組成

（1）主控板：采用樹(shù)莓派4B開(kāi)發(fā)板作為整個(gè)系統(tǒng)的主控芯片。樹(shù)莓派是一款功能強(qiáng)大且易于使用的計(jì)算機(jī)主板，具備高性能的處理器、充足的內(nèi)存和存儲(chǔ)空間，以及豐富的接口和擴(kuò)展功能，可以滿足本項(xiàng)目對(duì)計(jì)算和控制的需求。

（2）視覺(jué)系統(tǒng)：視覺(jué)系統(tǒng)包括高性能的攝像頭和圖像處理單元。攝像頭負(fù)責(zé)捕捉果園中的圖像信息，而圖像處理單元?jiǎng)t基于百度飛漿的目標(biāo)識(shí)別和分類算法，對(duì)圖像進(jìn)行處理和分析，以識(shí)別和定位目標(biāo)果實(shí)。

（3）機(jī)械手臂：機(jī)械手臂是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采摘的關(guān)鍵部件，由多個(gè)關(guān)節(jié)和執(zhí)行器組成，可以在三維空間內(nèi)自由移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。通過(guò)精確的控制算法，機(jī)械手臂能夠準(zhǔn)確地到達(dá)目標(biāo)果實(shí)的位置，并執(zhí)行采摘?jiǎng)幼鳌?/p>

（4）傳感器和導(dǎo)航系統(tǒng)：為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)航和精確定位，項(xiàng)目中還集成了多種傳感器和導(dǎo)航系統(tǒng)。這些傳感器可以感知環(huán)境信息，如距離、方位、障礙物等，而導(dǎo)航系統(tǒng)則根據(jù)這些信息規(guī)劃出機(jī)器人的最佳路徑。

（4）電源和供電系統(tǒng)：為了保證機(jī)器人的持續(xù)工作，項(xiàng)目中還包括了電源和供電系統(tǒng)。電源負(fù)責(zé)為各個(gè)硬件模塊提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)，而供電系統(tǒng)則可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整電力輸出，以滿足機(jī)器人在不同工作狀態(tài)下的能耗需求。

本項(xiàng)目的硬件模塊組成包括主控板、視覺(jué)系統(tǒng)、機(jī)械手臂、傳感器和導(dǎo)航系統(tǒng)、電源和供電系統(tǒng)以及其他輔助模塊。這些硬件模塊相互協(xié)作，共同實(shí)現(xiàn)了基于視覺(jué)識(shí)別的自動(dòng)采摘機(jī)器人系統(tǒng)的功能。

【3】功能總結(jié)

系統(tǒng)集成了先進(jìn)的視覺(jué)識(shí)別技術(shù)、機(jī)械手臂控制技術(shù)以及自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)，能夠自動(dòng)識(shí)別和定位果園中的目標(biāo)果實(shí)，并通過(guò)機(jī)械手臂完成采摘?jiǎng)幼?。整個(gè)過(guò)程無(wú)需人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)了果園采摘的自動(dòng)化和智能化。

功能包括果實(shí)的自動(dòng)識(shí)別和定位、機(jī)械手臂的自動(dòng)導(dǎo)航和控制以及果實(shí)的自動(dòng)收集和處理。通過(guò)高性能的攝像頭和圖像處理算法，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確捕捉和識(shí)別目標(biāo)果實(shí)的圖像信息；借助精確的導(dǎo)航和控制算法，機(jī)械手臂能夠自動(dòng)導(dǎo)航至果實(shí)位置并完成采摘；最后，采摘下來(lái)的果實(shí)會(huì)被自動(dòng)收集并進(jìn)行后續(xù)處理。

本項(xiàng)目的功能實(shí)現(xiàn)不僅提高了果園采摘的效率和準(zhǔn)確性，降低了人力成本，同時(shí)也為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化和智能化發(fā)展提供了新的解決方案和思路。該系統(tǒng)的成功應(yīng)用將為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)革命性的變革，推動(dòng)農(nóng)業(yè)向更高效、更環(huán)保、更可持續(xù)的方向發(fā)展。

1.2 設(shè)計(jì)思路

（1）需求分析：對(duì)果園采摘的實(shí)際需求進(jìn)行分析，明確項(xiàng)目需要解決的問(wèn)題和達(dá)到的目標(biāo)。了解果園的環(huán)境特點(diǎn)、果實(shí)類型和生長(zhǎng)狀況，以及采摘作業(yè)的流程和要求，為后續(xù)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)依據(jù)。

（2）技術(shù)選型：根據(jù)需求分析的結(jié)果，選擇合適的技術(shù)方案。選用樹(shù)莓派4B開(kāi)發(fā)板作為主控芯片，利用其高性能的處理器和豐富的接口資源，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的控制和管理。同時(shí)，采用百度飛漿的目標(biāo)識(shí)別和分類算法，通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)果實(shí)的準(zhǔn)確識(shí)別和定位。

（3）硬件設(shè)計(jì)：根據(jù)技術(shù)選型，設(shè)計(jì)機(jī)器人的硬件結(jié)構(gòu)。包括攝像頭的選型和布局，確保能夠捕捉到清晰、穩(wěn)定的圖像信息；機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)和選型，使其能夠適應(yīng)果園環(huán)境和采摘需求；導(dǎo)航和傳感器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和選型，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自動(dòng)導(dǎo)航和精確定位。

（4）軟件設(shè)計(jì)：編寫機(jī)器人的控制程序和算法。通過(guò)圖像處理算法實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)果實(shí)的識(shí)別和定位，將結(jié)果傳遞給導(dǎo)航和控制系統(tǒng)；根據(jù)導(dǎo)航和傳感器系統(tǒng)提供的信息，規(guī)劃?rùn)C(jī)器人的運(yùn)動(dòng)路徑和動(dòng)作，控制機(jī)械手臂完成采摘?jiǎng)幼鳎粚?shí)現(xiàn)果實(shí)的計(jì)數(shù)、分類和收集等功能，以及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸。

（5）系統(tǒng)集成與測(cè)試：將各個(gè)硬件模塊和軟件程序進(jìn)行集成，并進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試和調(diào)試。確保各個(gè)模塊之間的通信和協(xié)作正常，機(jī)器人能夠準(zhǔn)確識(shí)別和采摘目標(biāo)果實(shí)，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)航和收集等功能。

1.3 系統(tǒng)功能總結(jié)

功能模塊	功能描述
視覺(jué)識(shí)別	- 通過(guò)高性能攝像頭捕捉果園圖像
	- 利用百度飛漿的目標(biāo)識(shí)別和分類算法，識(shí)別目標(biāo)果實(shí)
	- 確定果實(shí)的空間坐標(biāo)和距離
導(dǎo)航與定位	- 根據(jù)果園環(huán)境信息和路徑規(guī)劃算法，自動(dòng)導(dǎo)航至目標(biāo)果實(shí)附近
	- 集成多種傳感器，感知環(huán)境信息，如距離、方位、障礙物等
機(jī)械手臂控制	- 在系統(tǒng)精確控制下，自動(dòng)調(diào)整姿態(tài)和動(dòng)作，采摘果實(shí)
	- 確保采摘?jiǎng)幼鞯母咝Ш桶踩?/td>
果實(shí)收集與處理	- 采摘下來(lái)的果實(shí)被自動(dòng)收集到專門容器中
	- 對(duì)采摘的果實(shí)進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計(jì)和質(zhì)量評(píng)估
	- 提供數(shù)據(jù)支持，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策提供參考
通信與監(jiān)控	- 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制功能

二、樹(shù)莓派4B環(huán)境搭建

【1】硬件環(huán)境介紹

樹(shù)莓派是什么？Raspberry Pi(中文名為“樹(shù)莓派”,簡(jiǎn)寫為RPi，或者RasPi/RPi)是為學(xué)生計(jì)算機(jī)編程教育而設(shè)計(jì)，只有信用卡大小的卡片式電腦，其系統(tǒng)基于Linux。

【2】資料下載

第一步，先將樹(shù)莓派4B需要使用的資料下載下來(lái)。

【3】準(zhǔn)備需要的配件

（1）準(zhǔn)備一張至少32G的TFT卡，用來(lái)燒寫系統(tǒng)。

（2）準(zhǔn)備一個(gè)讀卡器，方便插入TFT卡，好方便插入到電腦上拷貝系統(tǒng)

（3）樹(shù)莓派主板一個(gè)

（4）一根網(wǎng)線（方便插路由器上與樹(shù)莓派連接）

（5）一根type-C的電源線。用自己Android手機(jī)的數(shù)據(jù)線就行，拿手機(jī)充電器供電。

【4】準(zhǔn)備燒寫系統(tǒng)

（1）安裝鏡像燒寫工具

（2）格式化SD卡

將TFT卡通過(guò)讀卡器插入到電腦上，將TFT卡格式化。

（3）燒寫系統(tǒng)

**接下來(lái)準(zhǔn)備燒寫的系統(tǒng)是這一個(gè)系統(tǒng)：**將系統(tǒng)解壓出來(lái)。

然后打開(kāi)剛才安裝好的鏡像燒寫工具，在軟件中選擇需要安裝的 img（鏡像）文件，“Device”下選擇SD的盤符，然后選擇“Write”，然后就開(kāi)始安裝系統(tǒng)了，根據(jù)你的SD速度，安裝過(guò)程有快有慢。

注意：從網(wǎng)盤下載下來(lái)的鏡像如果沒(méi)有解壓就先解壓，釋放出img文件。

下面是燒寫的流程：

點(diǎn)擊YES，開(kāi)始燒寫。

燒寫過(guò)程中：

安裝結(jié)束后會(huì)彈出完成對(duì)話框，說(shuō)明安裝就完成了，如果不成功，需要關(guān)閉防火墻一類的軟件，重新插入SD進(jìn)行安裝。

需要注意的是，安裝完，windows系統(tǒng)下看到SD只有74MB了，這是正?，F(xiàn)象，因?yàn)閘inux下的磁盤分區(qū)win下是看不到的。 燒錄成功后windows系統(tǒng)可能會(huì)因?yàn)闊o(wú)法識(shí)別分區(qū)而提示格式化分區(qū)，此時(shí)**千萬(wàn)不要格式化！不要格式化！不要格式化！**點(diǎn)擊取消，然后彈出內(nèi)存卡，插入到樹(shù)莓派上。

至此，樹(shù)莓派燒寫成功。

【5】啟動(dòng)系統(tǒng)

（1）樹(shù)莓派供電

由于我買的樹(shù)莓派開(kāi)發(fā)板不帶電源線，就采用Android手機(jī)的充電線供電。 使用Type-C供電時(shí)，要求電源頭的參數(shù)要求，電壓是5V，電流是3A。

我的充電器是小米的120W有線快充，剛好滿足要求。

（2）啟動(dòng)樹(shù)莓派（以Type-C供電示例）

燒寫完后把MicroSD卡直接插入樹(shù)莓派的MicroSD卡插槽，如果有顯示器就連接顯示器，有DHMI線機(jī)也可以連接外接的顯示器，有鼠標(biāo)、鍵盤都可以插上去，就可以進(jìn)入樹(shù)莓派系統(tǒng)了。

但是，我這塊板子就一個(gè)主板，什么都沒(méi)有。就拿網(wǎng)線將樹(shù)莓派的網(wǎng)口與路由器連接。

上電之后，開(kāi)發(fā)板的指示燈會(huì)閃爍，說(shuō)明已經(jīng)啟動(dòng)。

（3）查看開(kāi)發(fā)板的IP地址

現(xiàn)在板子沒(méi)屏幕，想要連接板子，只能通過(guò)SSH遠(yuǎn)程登錄的方式，當(dāng)前燒寫的這個(gè)系統(tǒng)默認(rèn)開(kāi)機(jī)就啟動(dòng)了SSH，所以只要知道開(kāi)發(fā)板的IP地址就可以遠(yuǎn)程登錄進(jìn)去。

**如何知道樹(shù)莓派板子的IP地址？**方法很多，最簡(jiǎn)單是直接登錄路由器的后臺(tái)界面查看連接進(jìn)入的設(shè)備。

我使用的小米路由器，登錄后臺(tái)，看到了樹(shù)莓派的IP地址。

（4）SSH方式登錄開(kāi)發(fā)板

當(dāng)前燒寫系統(tǒng)的登錄賬號(hào)和密碼如下：

賬號(hào)：pi 密碼：yahboom

打開(kāi)SSH遠(yuǎn)程登錄工具：PuTTY_0.67.0.0.exe。

輸入IP地址和端口號(hào)，點(diǎn)擊open。

然后輸入賬號(hào)和密碼。

輸入用戶名 pi按下回車，然后再輸入密碼 yahboom。 注意：Linux下為了保護(hù)隱私，輸入密碼是不可見(jiàn)的，你只需要正常輸入，按下回車鍵確定 即可。

正常情況下，就登錄成功了。

接下來(lái)看看聯(lián)網(wǎng)情況。 ping一下百度測(cè)試互聯(lián)網(wǎng)是否暢通，因?yàn)榻酉聛?lái)要在線安裝軟件包。

ping www.baidu.com

可以看到網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有問(wèn)題。

提示： 按下 Ctrl + C 可以終止命令行。 這算是Linux基礎(chǔ)。

【6】windows遠(yuǎn)程登錄桌面

為了方便圖形化方式開(kāi)發(fā)，可以使用windows系統(tǒng)通過(guò)遠(yuǎn)程桌面登錄樹(shù)莓派，就可以看到界面了，不過(guò)需要先安裝工具。

（1）安裝xdrp

在樹(shù)莓派的命令行終端輸入命令：

sudo apt-get install xrdp

按下回車之后，會(huì)彈出確認(rèn)窗口。輸入 y之后，按下回車，繼續(xù)安裝。

安裝完畢：

（2）打開(kāi)windows遠(yuǎn)程桌面

在windows電腦上打開(kāi)運(yùn)行命令的窗口，輸入mstsc來(lái)打開(kāi)遠(yuǎn)程桌面。

打開(kāi)遠(yuǎn)程桌面的窗口：

（3）連接樹(shù)莓派遠(yuǎn)程桌面

打開(kāi)遠(yuǎn)程桌面后，輸入樹(shù)莓派開(kāi)發(fā)板的IP地址，點(diǎn)擊連接。

如果彈出窗口，就選擇是。

接下來(lái)就進(jìn)入到樹(shù)莓派開(kāi)發(fā)板的遠(yuǎn)程桌面的登錄窗口了。

接下來(lái)輸入面賬號(hào)和密碼。

賬號(hào)：pi 密碼：yahboom

輸入后點(diǎn)擊OK按鈕登錄。

正常情況下，就順利的進(jìn)入樹(shù)莓派的桌面了。接下來(lái)就可以進(jìn)行遠(yuǎn)程桌面開(kāi)發(fā)了。

【7】擴(kuò)展樹(shù)莓派SD卡可用空間

樹(shù)莓派系統(tǒng)默認(rèn)啟動(dòng)時(shí)，樹(shù)莓派默認(rèn)沒(méi)有把整個(gè)存儲(chǔ)空間拓展到整張卡中，如果需要使用整個(gè)SD卡，這時(shí)候可以通過(guò)人為的把存儲(chǔ)空間拓展到整張卡上。

（1）查看內(nèi)存使用情況

打開(kāi)命令行終端，輸入df -h 命令。

（2）擴(kuò)展內(nèi)存

<1> 打開(kāi)樹(shù)莓派命令行終端輸入：

pi@raspberrypi:~ $ sudo raspi-config

<2> 在彈出的命令行里選擇Advanced Options

<3> 選擇第一個(gè)選項(xiàng)。

<4> 點(diǎn)擊確定

<5> 點(diǎn)擊右邊的Finish按鈕保存退出。

確定之后，關(guān)閉界面，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)重啟，重啟之后，使用df命令查看是否擴(kuò)展成功(我這里插的是32G的SD卡)。

可以看到，我的系統(tǒng)已經(jīng)擴(kuò)展成功了，目前可以內(nèi)存空間是19G。

【8】樹(shù)莓派連接WIFI

（1）配置需要連接的WIFI

點(diǎn)擊右上角的數(shù)據(jù)連接圖標(biāo)，打開(kāi)WIFI列表，點(diǎn)擊想要的WIFI進(jìn)行連接。

輸入密碼：

連接成功后的效果：

（2）通過(guò)WIFI的IP地址登錄遠(yuǎn)程桌面

在路由器的后臺(tái)可以看到，目前樹(shù)莓派連入了兩個(gè)IP地址。接下來(lái)把網(wǎng)線拔掉，使用WIFI無(wú)線也可以直接連接無(wú)線桌面，這樣就不用插網(wǎng)線了。

賬號(hào)和密碼：

賬號(hào)：pi 密碼：yahboom

三、代碼設(shè)計(jì)

3.1 舵機(jī)控制代碼（機(jī)械手臂控制）

C語(yǔ)言代碼: 使用wiringPi庫(kù)控制樹(shù)莓派上的GPIO引腳，實(shí)現(xiàn)對(duì)舵機(jī)的控制。通過(guò)servo_rotate()函數(shù)可以控制舵機(jī)旋轉(zhuǎn)到指定的角度。在main()函數(shù)中，使用鍵盤輸入獲取目標(biāo)角度，并調(diào)用servo_rotate()函數(shù)控制舵機(jī)旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)角度。

舵機(jī)的控制方式為PWM脈沖寬度調(diào)制，即將角度轉(zhuǎn)換為脈寬值并輸出對(duì)應(yīng)的高低電平信號(hào)。將舵機(jī)信號(hào)線連接到GPIO18引腳，通過(guò)digitalWrite()函數(shù)輸出高低電平來(lái)控制舵機(jī)旋轉(zhuǎn)。

#include <wiringPi.h>
#include <stdio.h>

#define SERVO_PIN 18 // SG90舵機(jī)信號(hào)線連接的GPIO引腳

void servo_rotate(int angle) {
    int pulse_width = (angle * 11) + 500; // 將角度轉(zhuǎn)換為脈寬值
    digitalWrite(SERVO_PIN, HIGH); // 輸出高電平
    delayMicroseconds(pulse_width); // 延時(shí)脈寬值對(duì)應(yīng)的時(shí)間
    digitalWrite(SERVO_PIN, LOW); // 輸出低電平
    delay(20 - pulse_width / 1000); // 延時(shí)剩余時(shí)間
}

int main(void) {
    wiringPiSetupGpio(); // 初始化wiringPi庫(kù)
    pinMode(SERVO_PIN, OUTPUT); // 將舵機(jī)信號(hào)線接口設(shè)為輸出模式

    while(1) {
        // 從鍵盤輸入目標(biāo)角度
        printf("Enter the angle to rotate (0-180): ");
        fflush(stdout);
        int angle;
        scanf("%d", &angle);

        // 旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)角度
        if(angle >= 0 && angle <= 180) {
            servo_rotate(angle);
        } else {
            printf("Invalid angle! Please enter an angle between 0 and 180.n");
        }
    }

    return 0;
}

Pyhon代碼： 使用RPi.GPIO庫(kù)來(lái)控制樹(shù)莓派上的GPIO引腳，實(shí)現(xiàn)對(duì)舵機(jī)的控制。通過(guò)setup()函數(shù)進(jìn)行初始化設(shè)置，并通過(guò)set_angle()函數(shù)控制舵機(jī)旋轉(zhuǎn)到指定的角度。

在main()函數(shù)中，使用鍵盤輸入獲取目標(biāo)角度，并調(diào)用set_angle()函數(shù)控制舵機(jī)旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)角度。

import RPi.GPIO as GPIO
import time

SERVO_PIN = 18  # SG90舵機(jī)信號(hào)線連接的GPIO引腳

def setup():
    GPIO.setmode(GPIO.BCM)
    GPIO.setup(SERVO_PIN, GPIO.OUT)
    global servo_pwm
    servo_pwm = GPIO.PWM(SERVO_PIN, 50)  # 創(chuàng)建PWM對(duì)象，頻率設(shè)置為50Hz
    servo_pwm.start(0)  # 啟動(dòng)PWM輸出，初始占空比設(shè)為0

def set_angle(angle):
    duty_cycle = (angle / 18) + 2.5  # 將角度轉(zhuǎn)換為占空比值
    servo_pwm.ChangeDutyCycle(duty_cycle)
    time.sleep(0.3)  # 等待舵機(jī)轉(zhuǎn)到指定角度

def main():
    setup()

    while True:
        # 從鍵盤輸入目標(biāo)角度
        angle = int(input("Enter the angle to rotate (0-180): "))

        # 旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)角度
        if 0 <= angle <= 180:
            set_angle(angle)
        else:
            print("Invalid angle! Please enter an angle between 0 and 180.")

if __name__ == '__main__':
    try:
        main()
    finally:
        servo_pwm.stop()  # 停止PWM輸出
        GPIO.cleanup()  # 清理GPIO資源

3.2 調(diào)用算法識(shí)別目標(biāo)

（1）安裝PaddlePaddle和PaddleDetection庫(kù)：

• 先安裝Python和pip。然后，打開(kāi)終端并執(zhí)行以下命令安裝PaddlePaddle和PaddleDetection庫(kù)：

  pip install paddlepaddle paddlepaddle-gpu
  pip install paddlehub
  pip install paddlehub -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple
  

（2）下載預(yù)訓(xùn)練模型：

• 百度飛槳提供了預(yù)訓(xùn)練的目標(biāo)檢測(cè)模型，可以從PaddleDetection的GitHub頁(yè)面下載這些模型。選擇適合的任務(wù)的模型，并將其解壓到合適的目錄中。

（3）編寫調(diào)用代碼：

• 創(chuàng)建一個(gè)Python腳本文件，例如detect_fruits.py，并使用以下代碼編寫腳本：

  import paddlehub as hub
  import cv2
  
  def detect_fruits(image_path, model_path):
      # 加載模型
      module = hub.Module(name='yolov3_mobilenet_v1_coco2017')
      input_dict = {'image': [image_path]}
  
      # 目標(biāo)檢測(cè)
      results = module.object_detection(data=input_dict)
  
      # 處理結(jié)果
      for result in results:
          if len(result['data']) > 0:
              for obj in result['data']:
                  label = obj['label']
                  confidence = obj['confidence']
                  left, top, right, bottom = obj['left'], obj['top'], obj['right'], obj['bottom']
                  print(f"Label: {label}, Confidence: {confidence:.2f}")
                  print(f"Bounding Box: ({left}, {top}), ({right}, {bottom})")
  
      # 可視化結(jié)果
      img = cv2.imread(image_path)
      for result in results:
          module.visualize(data=result, output_dir='output', score_thresh=0.5, use_visualize=True, visualization=True, plot_bbox=True, save_bbox_txt=True, image=img)
  
  if __name__ == '__main__':
      image_path = 'path/to/your/image.jpg'  # 替換為你的圖片路徑
      model_path = 'path/to/your/model'  # 替換為你的模型路徑
      detect_fruits(image_path, model_path)
  

  在上面的代碼中，使用PaddleHub庫(kù)加載了預(yù)訓(xùn)練的yolov3_mobilenet_v1_coco2017模型，并將其應(yīng)用于指定的圖像。然后，處理檢測(cè)結(jié)果并進(jìn)行輸出。最后，使用OpenCV庫(kù)可視化結(jié)果并保存到指定目錄中。

（4）運(yùn)行腳本：

• 將目標(biāo)果實(shí)圖像放置在與腳本相同的目錄下（或根據(jù)需要修改圖像路徑）。然后，在終端中執(zhí)行以下命令運(yùn)行腳本：

  python detect_fruits.py
  

腳本將分析圖像并輸出檢測(cè)到的目標(biāo)果實(shí)的標(biāo)簽、置信度和邊界框。會(huì)生成一個(gè)帶有目標(biāo)果實(shí)標(biāo)注的圖像。

3.3 機(jī)器人小車控制代碼

小車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用L298N模塊，連接在GPIO17、GPIO18、GPIO27和GPIO22上。 使用了wiringPi庫(kù)來(lái)控制樹(shù)莓派上的GPIO引腳，實(shí)現(xiàn)對(duì)小車電機(jī)驅(qū)動(dòng)的控制。通過(guò)setup()函數(shù)進(jìn)行初始化設(shè)置，并通過(guò)forward()、backward()、turn_left()和turn_right()函數(shù)控制小車前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)彎。其中，stop()函數(shù)用于停止小車運(yùn)動(dòng)。

#include <wiringPi.h>

#define MOTOR_ENA_PIN 0  // L298N模塊ENA引腳連接的GPIO引腳
#define MOTOR_ENB_PIN 2  // L298N模塊ENB引腳連接的GPIO引腳
#define MOTOR_IN1_PIN 3  // L298N模塊IN1引腳連接的GPIO引腳
#define MOTOR_IN2_PIN 4  // L298N模塊IN2引腳連接的GPIO引腳
#define MOTOR_IN3_PIN 5  // L298N模塊IN3引腳連接的GPIO引腳
#define MOTOR_IN4_PIN 6  // L298N模塊IN4引腳連接的GPIO引腳

void setup() {
    wiringPiSetup();  // 初始化wiringPi庫(kù)
    pinMode(MOTOR_ENA_PIN, OUTPUT);
    pinMode(MOTOR_ENB_PIN, OUTPUT);
    pinMode(MOTOR_IN1_PIN, OUTPUT);
    pinMode(MOTOR_IN2_PIN, OUTPUT);
    pinMode(MOTOR_IN3_PIN, OUTPUT);
    pinMode(MOTOR_IN4_PIN, OUTPUT);
}

void forward() {
    digitalWrite(MOTOR_IN1_PIN, HIGH);
    digitalWrite(MOTOR_IN2_PIN, LOW);
    digitalWrite(MOTOR_IN3_PIN, LOW);
    digitalWrite(MOTOR_IN4_PIN, HIGH);
    digitalWrite(MOTOR_ENA_PIN, HIGH);
    digitalWrite(MOTOR_ENB_PIN, HIGH);
}

void backward() {
    digitalWrite(MOTOR_IN1_PIN, LOW);
    digitalWrite(MOTOR_IN2_PIN, HIGH);
    digitalWrite(MOTOR_IN3_PIN, HIGH);
    digitalWrite(MOTOR_IN4_PIN, LOW);
    digitalWrite(MOTOR_ENA_PIN, HIGH);
    digitalWrite(MOTOR_ENB_PIN, HIGH);
}

void turn_left() {
    digitalWrite(MOTOR_IN1_PIN, LOW);
    digitalWrite(MOTOR_IN2_PIN, HIGH);
    digitalWrite(MOTOR_IN3_PIN, LOW);
    digitalWrite(MOTOR_IN4_PIN, HIGH);
    digitalWrite(MOTOR_ENA_PIN, HIGH);
    digitalWrite(MOTOR_ENB_PIN, HIGH);
}

void turn_right() {
    digitalWrite(MOTOR_IN1_PIN, HIGH);
    digitalWrite(MOTOR_IN2_PIN, LOW);
    digitalWrite(MOTOR_IN3_PIN, HIGH);
    digitalWrite(MOTOR_IN4_PIN, LOW);
    digitalWrite(MOTOR_ENA_PIN, HIGH);
    digitalWrite(MOTOR_ENB_PIN, HIGH);
}

void stop() {
    digitalWrite(MOTOR_ENA_PIN, LOW);
    digitalWrite(MOTOR_ENB_PIN, LOW);
}

int main() {
    setup();

    while (1) {
        // 從鍵盤輸入指令
        char cmd = getchar();
        getchar();  // 忽略回車符

        // 根據(jù)指令執(zhí)行動(dòng)作
        switch (cmd) {
            case 'w':  // 前進(jìn)
                forward();
                break;
            case 's':  // 后退
                backward();
                break;
            case 'a':  // 左轉(zhuǎn)
                turn_left();
                break;
            case 'd':  // 右轉(zhuǎn)
                turn_right();
                break;
            case 'x':  // 停止
                stop();
                break;
            default:
                break;
        }
    }

    return 0;
}

四、總結(jié)

隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，自動(dòng)化、智能化已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要趨勢(shì)。本項(xiàng)目通過(guò)結(jié)合視覺(jué)識(shí)別技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)，成功設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于視覺(jué)識(shí)別的自動(dòng)采摘機(jī)器人系統(tǒng)。這一創(chuàng)新性的成果不僅提高了果園采摘的效率和準(zhǔn)確性，降低了人力成本，還為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化和智能化發(fā)展提供了新的解決方案和思路。