CN104581059A - 一种基于物联网的温室大棚图像远程监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的温室大棚图像远程监控系统，包括摄像头、无线图像及参数采集节点、ARM无线网关、GPRS模块、Internet服务器、手机端、PC端；三个无线图像及参数采集节点设置在大棚中控制摄像头上下左右移动并同时采集大棚中的温度、湿度、照度、CO₂含量、土壤水分含量等，ARM无线网关通过发送协议指令控制各个无线图像采集节点的运动及拍照并将图像数据及各项参数分时的进行收集，收集完成的图像数据及各项参数通过GPRS模块传送至Internet服务器，由数据服务软件接收，并将相关信息推入到CSV数据库中，Internet服务器再将相关信息发布到用户的手机端及PC端。

Description

一种基于物联网的温室大棚图像远程监控系统

技术领域

本发明属于图像传输领域，尤其涉及一种基于物联网的温室大棚图像远程监控系统。

背景技术

我国是一个病虫害频发的农业大国，虫害种类多、发病频率高、危害大是制约我国农业增产和品质提高的主要瓶颈。随着温室效应的增强，我国农业灾害程度逐年加重。其次，我国农民的科技素质普遍不高，急需要农业病虫害诊断知识和专家的指导，而在西部受地理位置等条件的制约专家不可能及时的进行一线的指导。再次，在农田图像传输系统设计方面，现在已有的系统主要以DSP和FPGA对农田图像进行采集并通过有线方式与GRPS模块相联接进行图像的远距离传输。在国内很少有人用物联网技术以ARM和WinCE嵌入式操作系统组建无线图像传输系统应用于农业种植病虫害的监控。在森林病虫害的防制方面无线监控做的比较多，但主要是靠卫星进行遥感监控。现在与之近似的是中国移动物联网研究中心研发的“基于物联网的设施农业病虫害生物控制专家服务平台”。现在正在测试运行中。但其中并未提及到无线图像传输的应用。只是利用物联网数据采集监测设备主要是利用无线传感器，实时采集种植大棚中的温度、湿度、光照以及土壤的各种环境参数，通过中国移动通信网络传输到专家服务平台，经过系统分析后，并根据农户提供的现场拍摄图片给出解决方案，随时随地的为农户提供专家服务，再以短信和网络的方式告知农户，让农户采取最佳的应对措施，实现对病虫害的有效控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于物联网的温室大棚图像远程监控系统，旨在实现对病虫害的有效监测，降低病虫害发生频率及提高作物产量。

本发明是这样实现的，一种基于物联网的温室大棚图像远程监控系统包括一个由一个普通摄像头和一个红外摄像头及各种传感器组成的双摄像头无线图像采集点、ARM无线网关、GPRS模块、Internet服务器、手机端、PC端；三个无线图像采集点设置在大棚中控制摄像头上下左右移动，ARM无线网关通过发送协议指令控制各个无线图像采集节点的运动及拍照并将图像及参数数据分时的进行收集，收集完成的图像及参数数据通过GPRS模块传送至Internet服务器，由数据服务软件接收，并将相关信息推入到CSV数据库中，Web服务器再将相关信息发送到用户的手机端及PC端。

进一步，所述的基于物联网的温室大棚图像远程监控系统采用网络拓扑结构和nRF905驱动实现图像的传输。

进一步，手机端及PC端能控制图像采集节点的摄像头位置、图像分辨率、图像压缩率。

进一步，所述的基于物联网的温室大棚图像远程监控系统还包括挂载温湿度、照度、CO₂、土壤水分含量的传感器。

进一步，普通摄像头用于白天对植物生长及虫害的监控，红外摄像头用于夜间对虫害的监控。

进一步，摄像头的图像增强处理方法，包括以下步骤：

根据后级处理能力，将一大尺寸原始图像帧按照列的方向进行分割，形成若干小尺寸图像帧；

按照预设算法，依次处理全部小尺寸图像帧；

将处理好的全部小尺寸图像帧拼回一完整的大尺寸增强图像帧；

相邻小尺寸图像帧部分重叠；

对每个小尺寸图像帧重构同步信号，构成独立的虚拟帧；

将每一虚拟帧下载到本地缓存之中，以便进行后续处理；

对于每一虚拟帧，将各行数据下载到本地缓存之中，并逐次取一行数据作缓冲以进行滚动处理；其中，对于当前处理行数据，按像素点依次进行。

进一步，在系统内存中依次处理全部小尺寸图像帧，并将处理好的全部小尺寸图像帧拼回完整大尺寸增强图像帧；

大尺寸原始图像帧上传到系统内存；

在完成上传第一帧小尺寸图像帧后，同时启动系统内存DMA上传通道与下载通道。

效果汇总

本发明基于ARM和嵌入式操作系统的无线监测、监控系统构建基于物联网的病虫害远程图像传输系统，可以提供一种专家远程为农民指导生产和病虫害防治的可行性方案，有助于实现对病虫害的有效监测，降低病虫害发生频率及提高作物产量。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于物联网的温室大棚图像远程监控系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明是这样实现的，如图1所示，一种基于物联网的温室大棚图像远程监控系统包括一个由一个普通摄像头和一个红外摄像头及各种传感器组成的双摄像头无线图像采集点、ARM无线网关、GPRS模块、Internet服务器、手机端、PC端；三个无线图像采集点设置在大棚中控制摄像头上下左右移动，ARM无线网关通过发送协议指令控制各个无线图像采集节点的运动及拍照并将图像数据分时的进行收集，收集完成的图像数据通过GPRS模块传送至Internet服务器，由数据服务软件接收，并将相关信息推入到CSV数据库中，Web服务器再将相关信息发送到用户的手机端及PC端。

进一步，所述的基于物联网的温室大棚图像远程监控系统采用网络拓扑结构和nRF905驱动实现图像的传输。

进一步，手机端及PC端能控制图像采集节点的摄像头位置、图像分辨率、图像压缩率。

进一步，所述的基于物联网的温室大棚图像远程监控系统还包括挂载温湿度、照度、CO₂、土壤水分含量的传感器。

进一步，普通摄像头用于白天对植物生长及虫害的监控，红外摄像头用于夜间对虫害的监控。

摄像头的图像增强处理方法，包括以下步骤：

根据后级处理能力，将一大尺寸原始图像帧按照列的方向进行分割，形成若干小尺寸图像帧；

按照预设算法，依次处理全部小尺寸图像帧；

将处理好的全部小尺寸图像帧拼回一完整的大尺寸增强图像帧；

相邻小尺寸图像帧部分重叠；

对每个小尺寸图像帧重构同步信号，构成独立的虚拟帧；

将每一虚拟帧下载到本地缓存之中，以便进行后续处理；

对于每一虚拟帧，将各行数据下载到本地缓存之中，并逐次取一行数据作缓冲以进行滚动处理；其中，对于当前处理行数据，按像素点依次进行。

在系统内存中依次处理全部小尺寸图像帧，并将处理好的全部小尺寸图像帧拼回完整大尺寸增强图像帧；

大尺寸原始图像帧上传到系统内存；

在完成上传第一帧小尺寸图像帧后，同时启动系统内存DMA上传通道与下载通道。

本发明在软件设计方面主要使用STM32F103的C++语言、VC2005、VC2008、及PHP语言完成了相应功能，主要有如下几部分组成：

(1)应用了C++开发了STM32F103的控制程序，该程序主要完成了双摄像头的驱动，云台舵机的驱动，nRF905的驱动，温度、湿度、CO2含量、照度、土壤水份含量等传感器驱动及自定义的无线数据传输协议；

(2)用VC2005裁剪了WinCE 6.0嵌入式操作系统，将与本图像远程传输系统无关的多种组件进行了裁剪，使系统内核减少到22M。

(3)用VC2008开发了nRF905无线模块的驱动程序，为ARM无线网关能与无线图像采集节点进行无线通信打下了基础。

(4)用VC2008开发了无线网关的主控程序，该程序完成了与无线图像节点的数据传输和控制，并将图像及参数数据上传至Internet服务器。

(5)利用VC2008及数据库技术研发了服务器端进行图像及参数数据收集的服务程序，该程序可以将无线网关传送来的图像及控制相关的数据进行接收，并将相关数据存放入CSV数据库中。

(6)利用Adobe Dreamweaver CS5软件及PHP语言完成了传输系统Web网站的建设。使手机及PC机通过各种上网方式能够看到图像采集节点拍摄的图片及环境参数，并能控制图像采集节点进行拍照。

系统的工作原理如下：

该系统通过ARM无线网关可设置两种工作模式，一是定时采集模式，二是实时采集模式。

定时采集模式工作原理：

通过ARM无线网关可设置定时时间，范围10～60分钟，当定时时间到后，ARM无线网关自动发送拍照指令，进行三个采集节点的同时拍照，三个采集节点收到指令后控制摄像头进行拍照并采集各项参数。后将图像数据及各项参数分时的传送到ARM无线网关，然后再将图像数据及各项参数通过GPRS模块传送至Internet服务器并保存至CSV数据库，最后通过Web技术将数据发布到手机及PC机端。这时手机及PC机就可以看到大棚中植物生长、虫害情况及各项参数。

实时采集模式工作原理：

通过手机或PC机发送拍摄指令至Internet服务器，Internet服务器再将拍摄指令转发至ARM无线网关。ARM无线网关通过指令信息判断是由那一个采集节点进行拍照，并将拍照指令发送给相应采集节点，采集节点收到指令后根据指令信息调整摄像头位置并进行拍照，同时采集各项参数。当图像数据及各项参数采集完毕后采集节点将所有采集到的数据发送给ARM无线网关，再由ARM无线网关通过GPRS模块将数据转发至Internet服务器并保存至CSV数据库，最后通过Web技术将数据发布到手机及PC机端。这时手机及PC机就可以看到大棚中植物生长、虫害情况及各项参数。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性的劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于物联网的温室大棚图像远程监控系统，其特征在于，该基于物联网的温室大棚图像远程监控系统包括一个由一个普通摄像头和一个红外摄像头组成的挂载多种传感器的双摄像头无线图像采集点、ARM无线网关、GPRS模块、Internet服务器、手机端、PC端；三个无线图像采集点设置在大棚中控制摄像头上下左右移动，ARM无线网关通过发送协议指令控制各个无线图像采集节点的运动、拍照及参数采集并将图像及参数数据分时的进行收集，收集完成的图像及参数数据通过GPRS模块传送至Internet服务器，由数据收集服务软件接收，并将相关信息推入到CSV数据库中，Web服务器再将相关信息发布到用户的手机端及PC端。

2.如权利要求1所述的基于物联网的温室大棚图像远程监控系统，其特征在于，所述的基于物联网的温室大棚图像远程监控系统采用网络拓扑结构和nRF905驱动实现图像及参数的传输。

3.如权利要求1所述的基于物联网的温室大棚图像远程监控系统，其特征在于，手机端及PC端能控制图像采集节点摄像头位置、图像分辨率、图像压缩率。

4.如权利要求1所述的基于物联网的温室大棚图像远程监控系统，其特征在于，所述的基于物联网的温室大棚图像远程监控系统还包括挂载温湿度、照度、CO₂、土壤水分含量的传感器。

5.如权利要求1所述的基于物联网的温室大棚图像远程监控系统，其特征在于，普通摄像头用于白天对植物生长及虫害的监控，红外摄像头用于夜间对虫害的监控。

6.如权利要求1所述的基于物联网的温室大棚图像远程监控系统，其特征在于，摄像头的图像增强处理方法，包括以下步骤：

根据后级处理能力，将一大尺寸原始图像帧按照列的方向进行分割，形成若干小尺寸图像帧；

按照预设算法，依次处理全部小尺寸图像帧；

将处理好的全部小尺寸图像帧拼回一完整的大尺寸增强图像帧；

相邻小尺寸图像帧部分重叠；

对每个小尺寸图像帧重构同步信号，构成独立的虚拟帧；

将每一虚拟帧下载到本地缓存之中，以便进行后续处理；

对于每一虚拟帧，将各行数据下载到本地缓存之中，并逐次取一行数据作缓冲以进行滚动处理；其中，对于当前处理行数据，按像素点依次进行。

7.如权利要求6所述的基于物联网的温室大棚图像远程监控系统，其特征在于，在系统内存中依次处理全部小尺寸图像帧，并将处理好的全部小尺寸图像帧拼回完整大尺寸增强图像帧；

大尺寸原始图像帧上传到系统内存；

在完成上传第一帧小尺寸图像帧后，同时启动系统内存DMA上传通道与下载通道。