CN104503468A - 一种日光温室环境三维立体监测与成像仪器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及日光温室环境参数监测模拟技术领域，提供了一种日光温室环境三维立体监测与成像仪器。所述监测与成像仪器包括机械臂模块和控制模块，其中机械臂模块包括横向机械臂和纵向机械臂。本发明将传感器组固定在横向机械臂上，并且在控制模块的作用下，横向机械臂可相做升降运动，除此以外，横向机械臂上可以同时固定多个传感器组。采用本发明的监测与成像仪器，可以实现日光温室内多点、多参数灵活监测，并基于监测结果实现对温室环境的预测预警，从而提高作物产量和指导温室种植生产。

Description

一种日光温室环境三维立体监测与成像仪器

技术领域

本发明涉及日光温室环境参数监测模拟技术领域，尤其涉及一种日光温室环境三维立体监测与成像仪器。

背景技术

日光温室是我国农业设施的一种重要形式，并且种植规模逐年扩大。在温室种植的过程中，温室内的环境优劣将直接影响室内作物的生长，甚至诱发疾病，造成不必要的经济损失。而目前我国日光温室内的环境监测装置相对落后，相关环境监测装置的监测位置相对固定、监测参数单一，无法实时监测环境参数，更无从获取准确的环境变化规律。而众所周知，温室环境监测和环境规律变化的研究，对实现温室环境的预测预警，提高作物产量和指导温室种植生产具有十分重要的作用。

有鉴于此，亟待提出一种对温室进行多点、多参数灵活监测的日光温室环境三维监测与成像仪器，解决现有环境监测装置存在的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题就是如何提供一种能对温室进行多点、多参数灵活监测的日光温室环境三维监测与成像仪器。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种日光温室环境三维立体监测与成像仪器，包括传感器组，还包括机械臂模块，和控制所述机械臂模块的控制模块；所述机械臂模块包括横向机械臂、纵向机械臂和固定底座；所述纵向机械臂的一端安装于固定底座上，另一端与所述横向机械臂连接；所述传感器组安装在所述横向机械臂上；所述控制模块用于控制横向机械臂做升降运动。

优选地，所述纵向机械臂为伸缩杆，且连接第一直线驱动电机；所述控制模块通过控制所述第一直线驱动电机使得伸缩杆伸缩，带动所述横向机械臂做升降运动。

优选地，所述横向机械臂通过纵向导轨与所述纵向机械臂连接；所述横向机械臂连接第二直线驱动电机；所述控制模块通过控制所述第二直线驱动电机使得所述横向机械臂沿所述导轨做升降运动。

优选地，所述纵向机械臂连接第一旋转驱动电机；所述控制模块通过控制所述第一旋转驱动电机使得所述纵向机械臂自转，带动横向机械臂旋转。

优选地，所述横向机械臂与所述纵向机械臂枢接；所述横向机械臂连接第二旋转驱动电机；所述控制模块通过控制所述第二旋转驱动电机使得所述横向机械臂绕所述纵向机械臂旋转。

优选地，所述机械臂模块还包括枢接件；所述横向机械臂通过所述枢接件与所述纵向机械臂枢接；所述枢接件包括第一套筒、第二套筒，以及连杆；所述横向机械臂穿过所述第一套筒，并与所述第一套筒固定；所述连杆的两端分别与所述第一套筒和第二套筒固定；所述纵向机械臂穿过所述第二套筒，并且与所述第二套筒之间通过轴承连接。

优选地，所述控制模块为运动控制器；

所述运动控制器包括手动控制装置和/或自动控制装置；

所述手动控制装置为安装于所述机械臂模块的开关；

所述自动控制装置包括控制平台、无线接收器和控制器；

所述无线接收器接收控制平台的指令，并将指令传输给控制器。

优选地，所述横向机械臂上安装有两个以上传感器组。

(三)有益效果

本发明的技术方案具有以下优点：本发明日光温室环境三维立体监测与成像仪器的机械臂模块中，纵向机械臂通过固定底座固定在温室内，通过移动固定底座，可以将本方案的日光温室环境三维立体监测与成像仪器移动到任何位置。并且，横向机械臂可以做升降运动，从而使得横向机械臂上的传感器可以到达任何水平高度，进而可以灵活采集温室内任意点的多个参数。除此以外，横向机械臂上可以同时固定多个传感器组，从而可以实现温室环境内参数的多点同时采集。其中，传感器组包括温度、二氧化碳浓度、光照强度、空气湿度、大气压、风向、风速、相对位置信息(温室平面横纵坐标)、绝对位置(经、纬度)、高度等信息等参数获取的传感器，以实现温室环境参数的全面采集。本方案提供的光温室环境三维立体监测与成像仪器对环境变化规律、环境预测预警及指导种植、疾病防治等技术的研究具有重要意义。

本发明的优选方案中，横向机械臂与纵向机械臂枢接，并且在第二旋转驱动电机的驱动下，绕着所述横向机械臂做旋转运动。通过横向机械臂的运动，使得安装在其上的传感器组能够更灵活的获取温室环境内不同坐标位置的环境参数，进一步实现多点、多参数灵活监测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一的一种日光温室环境三维立体监测与成像仪器的结构示意图；

图2是本发明实施例一的一种机械臂模块的结构示意图；

图中：1、横向机械臂；2、纵向机械臂；3、枢接件；4、传感器组固定装置；5、运动控制器；6、有线采集器；7、传感器组；8、蓄电电池；9、数据传输模块；10、计算机；11、电缆线；12、信号线；13、固定底座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“纵向”、“横向”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例一

本实施例一提供的一种日光温室环境三维立体监测与成像仪器，包括传感器组7，还包括机械臂模块，和控制所述机械臂模块的控制模块；所述机械臂模块包括横向机械臂1、纵向机械臂2和固定底座13；所述纵向机械臂2的一端安装于固定底座13上，另一端与所述横向机械臂1连接；所述传感器组7安装在所述横向机械臂1上；所述控制模块用于控制横向机械臂1做升降运动。

请参见图1，纵向机械臂2为伸缩臂，并连接第一直线驱动电机。控制模块通过控制所述第一直线驱动电机使得伸缩杆伸缩，带动所述横向机械臂做升降运动，从而实现不同高度的环境参数的监测。

值得一提的是，要实现横向机械臂1的升降运动，除了通过纵向机械臂2伸缩带动以外，还可以将横向机械臂1通过纵向导轨与所述纵向机械臂2连接，并且将所述横向机械臂1与第二直线驱动电机连接。控制模块通过控制所述第二直线驱动电机使得所述横向机械臂1沿所述导轨做升降运动，进一步实现不同水平高度的环境参数的监测。当然此处需要注意到是，要实现横向机械臂的升降，并不一定需要第一直线驱动电机和第二直线驱动电机同时运动，只要保证其中之一运动，即可实现上述效果。

其中，上述纵向机械臂2和横向机械臂1连接的第一直线驱动电机和第二直线驱动电机可以是同一个电机。

本实施例一中，通过移动固定底座13可以改变传感器组7的空间坐标值，从而实现同一水平高度内任意点的参数获取。但是由于整个监测与成像仪器的重量几乎都由固定底座13承载，因此移动较为不便。基于此，本实施例进一步提供一种可以带动传感器组7做水平方向运动的机械臂模块。其中，横向机械臂1与纵向机械臂2之间通过枢接件3枢接。枢接件3的结构如图2中所示，包括第一套筒、第二套筒，以及连杆。横向机械臂1穿过所述第一套筒，并与所述第一套筒固定；连杆的两端分别与所述第一套筒和第二套筒固定；纵向机械臂2穿过所述第二套筒，并且与所述第二套筒之间通过轴承连接。本实施例中，横向机械臂1连接第二旋转驱动电机，控制模块通过控制所述第二旋转驱动电机使得所述横向机械臂1绕所述纵向机械臂2旋转，从而实现不同水平位置的参数监测。

本实施例一中横向机械臂1中可以同时固定多个传感器组7，从而实现多点、多参数同时监测。固定底座13优选为稳定性较好的圆锥形固定底座。传感器组7通过传感器组固定装置4安装在所述横向机械臂1上。其中，传感器组固定装置4可以采用现有技术中任何适用的固定或夹紧装置。并且，当多组传感器组7同时固定在所述横向机械臂1上时，可以实现多点参数的同时采集。

本实施例一中，控制模块优选为运动控制器5，包括手动控制装置和自动控制装置。其中，手动控制装置为安装于所述机械臂模块上的开关；本实施例中，将开关安装于枢接件3中的第二套筒上。通过启停所述开关，实现对所述机械臂模块中横向机械臂1或者纵向机械臂2的运动控制。自动控制装置包括控制平台、无线接收器和控制器。所述无线接收器接收控制平台的指令，并将指令传输给控制器。本实施例中，控制模块至少能实现对横向机械臂1的顺时针旋转或逆时针旋转，以及纵向机械臂2的升或缩的控制。

本实施例进一步说明监测与成像仪器采集环境参数的过程。其中，监测与成像仪器包括有线采集器6、信号线12、电源模块、数据传输模块9、数据处理模块和显示模块。参数采集过程中，传感器组7获取当前点的环境参数。本实施例中，传感器组7获取的参数包括温度、二氧化碳浓度、光照强度、空气湿度等空气环境参数，以及监测点的大气压、风向、风速、相对位置信息(也即温室平面内的横纵坐标)、绝对位置(经、纬度)信息、高度等信息等15个环境参数。应当理解的是，本实施例一的检测与成像仪器能实现对任何一般的环境参数的监测。传感器组7通过信号线12将获取的参数发送给有监测与成像仪器的有线采集器6。当然也可以采用无线采集器，并通过GPRS网络或者其他无线网络方式采集传感器组7获取的参数值。采集器获取相关参数值后，通过数据传输模块9将相关参数值发送给数据处理模块和显示模块。本实施例一提供一种计算机10，包括数据处理模块和显示模块。数据处理模块通过对日光温室参数数据的分析处理，实现对温室环境恶化情况的预测预警，同时显示模块展示温室参数的变化规律。所述数据处理模和所述显示模块连接。其中，显示模块显示的为数据处理模块处理过的数据显示图像，或者由数据传输模块9直接发送过来并未经数据处理模块处理的数据显示图像。其中，数据传输模块9优选通过GPRS网络传输数据。本实施例一提供的一种数据分析平台，将采集模块采集的温室环境参数进行单参数和多参数的关系分析，其中单参数和多参数的关系分析实现神经网络、遗传算法、粒子群算法等方法的集成。本实施方式提供的一种三维展示平台具有视频三维成像接口，可根据监测点的信息，实现不同参数的日光温室环境特征专题图像的三维展示。

本实施例中，优选将数据传输模块9、采集器、控制模块和电源模块安装于枢接件3上。当然该安装方式仅仅是为了从空间或者力学角度更加合理的布置监测与成像仪器的结构，并不构成对监测与成像仪器原理及功能上的限制。由于枢接件3的承载表面积有限，不排除借助一些辅助结构实现相关模块的固定。

本实施例中，电源模块实现数据采集模块、数据传输模块9、控制模块和机械臂模块的供电功能。在一般情况下，数据处理模块和显示模块具有自身的电源供应模块，但是也不排除其不具有独立的电源供应模块的情形。电源模块优选采用标准220V供电电压，其可以为蓄电电池8，包括锂电池和直流供电两部分，蓄电电池8通过电缆线11充电。

本实施例中，结合日光温室环境参数监测模拟技术领域的具体情况，优选将横向机械臂1设置为长八米，纵向机械臂2设置为长六米。枢接件3由防腐蚀的钢材做成。

实施例二

本实施例二和实施例一的技术方案基本相同，相同部分不再赘述，不同的是，本实施二中，横向机械臂1与纵向机械臂2固定连接。纵向机械臂2除了连接第一直线驱动电机以外，还与连接第一旋转驱动电机。本实施例中，控制模块通过控制所述第一直线驱动电机使得伸缩杆伸缩，带动所述横向机械臂1做升降运动。除此以外，控制模块通过控制所述第一旋转驱动电机使得所述纵向机械臂2自转，带动横向机械臂1旋转。本实施例中，通过纵向机械臂2的运动，带动横向机械臂1升降并旋转，并使得横向机械臂1上的传感器组7可以实现三维空间坐标中环境的多点、多参数灵活监测。

实施例三

本实施例三和实施例一的技术方案基本相同，相同部分不再赘述，不同的是，本实施中，横向机械臂1通过纵向导轨与所述纵向机械臂2连接，并且所述横向机械臂连接第二直线驱动电机；所述控制模块通过控制所述第二直线驱动电机使得所述横向机械臂1沿所述导轨做升降运动，从而实现不同高度的参数获取。除此以外，纵向机械臂2连接第一旋转驱动电机，控制模块通过控制所述第一旋转驱动电机使得所述纵向机械臂2自转，带动横向机械臂1旋转，从而实现同一水平高度不同位置的参数获取。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种日光温室环境三维立体监测与成像仪器，包括传感器组，其特征在于，还包括机械臂模块，和控制所述机械臂模块的控制模块；所述机械臂模块包括横向机械臂、纵向机械臂和固定底座；所述纵向机械臂的一端安装于固定底座上，另一端与所述横向机械臂连接；所述传感器组安装在所述横向机械臂上；所述控制模块用于控制横向机械臂做升降运动。

2.根据权利要求1所述的监测与成像仪器，其特征在于，所述纵向机械臂为伸缩杆，且连接第一直线驱动电机；所述控制模块通过控制所述第一直线驱动电机使得伸缩杆伸缩，带动所述横向机械臂做升降运动。

3.根据权利要求1或2所述的监测与成像仪器，其特征在于，所述横向机械臂通过纵向导轨与所述纵向机械臂连接；所述横向机械臂连接第二直线驱动电机；所述控制模块通过控制所述第二直线驱动电机使得所述横向机械臂沿所述导轨做升降运动。

4.根据权利要求1或2所述的监测与成像仪器，其特征在于，所述纵向机械臂连接第一旋转驱动电机；所述控制模块通过控制所述第一旋转驱动电机使得所述纵向机械臂自转，带动横向机械臂旋转。

5.根据权利要求1或2所述的监测与成像仪器，其特征在于，所述横向机械臂与所述纵向机械臂枢接；所述横向机械臂连接第二旋转驱动电机；所述控制模块通过控制所述第二旋转驱动电机使得所述横向机械臂绕所述纵向机械臂旋转。

6.根据权利要求5所述的监测与成像仪器，其特征在于，所述机械臂模块还包括枢接件；所述横向机械臂通过所述枢接件与所述纵向机械臂枢接；所述枢接件包括第一套筒、第二套筒，以及连杆；所述横向机械臂穿过所述第一套筒，并与所述第一套筒固定；所述连杆的两端分别与所述第一套筒和第二套筒固定；所述纵向机械臂穿过所述第二套筒，并且与所述第二套筒之间通过轴承连接。

7.根据权利要求1或2所述的监测与成像仪器，其特征在于，所述控制模块为运动控制器；

所述运动控制器包括手动控制装置和/或自动控制装置；

所述手动控制装置为安装于所述机械臂模块的开关；

所述自动控制装置包括控制平台、无线接收器和控制器；

所述无线接收器接收控制平台的指令，并将指令传输给控制器。

8.根据权利要求1或2所述的监测与成像仪器，其特征在于，所述横向机械臂上安装有两个以上传感器组。