CN105657375B - 气动式水稻避苗装置的控制系统及其控制、监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气动式水稻避苗装置的控制系统及其控制、监测方法，所述系统包括镜头、智能CCD相机、PLC、I/O模块、计算机以及二位五通电磁阀；所述镜头安装在智能CCD相机上；所述智能CCD相机与I/O模块连接；所述I/O模块与计算机连接；所述I/O模块的输入端口、输出端口分别与PLC的输出端口、输入端口连接；所述PLC的输出端口还与二位五通电磁阀的线圈接口连接；所述二位五通电磁阀的进气口与气泵连接；所述二位五通电磁阀的出气口与气动式水稻避苗装置的气缸连接。本发明能实现实时采集并处理图像的功能，同时能识别并判定图像中部是否存在完整稻苗，根据判定结果输出信号来控制水稻避苗装置动作，同时具有实时监测气动式水稻避苗装置工作状态的功能。

Description

气动式水稻避苗装置的控制系统及其控制、监测方法
技术领域
本发明涉及一种控制系统，尤其是一种气动式水稻避苗装置的控制系统及其控制、监测方法，属于水稻避苗装置的控制领域。
背景技术
随着现代农业的发展以及人们环境保护意识的加强和对食品质量安全问题的重视，机械除草技术得到了更多的研究和应用。对于水稻这种小株距穴栽作物而言，要避开作物而选择性地对稻苗周边进行作业需要作业机械在作业过程中快速地进行避苗前后状态的切换。由于水稻虽理论上株距分布均匀，但实际生产中由于单位面积上的取秧量不同、漏插以及漂秧现象的存在，致使水稻株距分布不均匀，因此要实现快速准确的避让稻苗，需要根据稻苗实时地控制作业机具的工作状态，即当存在稻苗时，控制装置打开实现避苗，当不存在稻苗时，控制装置闭合实现除草。目前，国内对水稻避苗装置控制的研究多是基于机器视觉的植株识别与定位的控制系统，但现有产品主要是针对某种叶菜类植株识别的控制系统，通用性差，且尚未能满足小株距快速准确避让秧苗的技术要求。
气动式水稻避苗装置是一种工作可靠、通用性好、可快速切换状态的水稻避苗装置，但该避苗装置需要准确的控制信号才可以实现状态的准确快速的切换，因此需设计一种适合于气动式水稻避苗装置的控制系统，可识别水田中的稻苗，并根据识别结果提供控制信号，要求其工作可靠、准确性高、实时性好。
发明内容
本发明的第一个目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种气动式水稻避苗装置的控制系统，该系统可以实时采集图像并根据图像中部是否存在完整稻苗来实时控制气动式水稻避苗装置，同时监测其工作状态，能快速准确的识别稻苗并驱动气动式水稻避苗装置动作，能实时监测气动式水稻避苗装置的工作状态，具有工作可靠、实时性好、准确性高等优点。
本发明的第二个目的在于提供一种基于上述气动式水稻避苗装置的控制系统的控制方法。
本发明的第三个目的在于提供一种基于上述气动式水稻避苗装置的控制系统的监测方法。
本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
气动式水稻避苗装置的控制系统，所述系统包括镜头、智能CCD相机、PLC、I/O模块、计算机以及二位五通电磁阀；
所述镜头安装在智能CCD相机上，用于图像的采集；
所述智能CCD相机与I/O模块连接，用于图像的传输和信号的编码发送；
所述I/O模块与计算机连接，用于将系统联网后，传输图像和信号给计算机；所述I/O模块的输入端口、输出端口分别与PLC的输出端口、输入端口连接，用于接收来自智能CCD相机的控制信号控制PLC和反馈PLC的输出信号到计算机；
所述PLC的输出端口还与二位五通电磁阀的线圈接口连接，用于控制二位五通电磁阀的不同通路；
所述二位五通电磁阀的进气口与气泵连接，用于供气；所述二位五通电磁阀的出气口与气动式水稻避苗装置的气缸连接，用于实现对气动式水稻避苗装置的控制。
作为一种优选方案，所述I/O模块的LAN端口通过RJ-45LAN电缆与计算机连接。
作为一种优选方案，所述智能CCD相机具有相配的以太网电缆和I/O模块电缆，所述智能CCD相机的POE端口通过以太网电缆与I/O模块的POE端口连接，智能CCD相机的I/O连接口通过I/O模块电缆与I/O模块的I/O连接口连接。
作为一种优选方案，所述镜头选用COMPUTAR公司的M0814-MP2。
作为一种优选方案，所述智能CCD相机选用COGNEX公司的ISM1400C。
作为一种优选方案，所述I/O模块选用COGNEX公司的CIO-MICRO-CC。
作为一种优选方案，所述PLC选用三菱公司的FX2N-32MT。
作为一种优选方案，所述二位五通电磁阀选用AIRTAC公司的4v210-08电磁阀。
本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：
气动式水稻避苗装置的控制系统的控制方法，所述方法包括以下步骤：
S1、智能CCD相机实时采集图像；
S2、智能CCD相机将采集的图像传输到I/O模块；
S3、I/O模块将采集的图像实时传输到计算机；
S4、计算机对采集的图像进行处理，识别判定图像中部是否存在完整稻苗，并将判定结果以电信号形式传回到I/O模块；
S5、I/O模块将判定结果传回到智能CCD相机；
S6、智能CCD相机根据判定结果编制信号，并将编制的信号传输给I/O模块；信号在I/O模块内表现为0、1信号，其中，0、1信号具体表现为：若判定结果为不存在完整稻苗，则为0，若判定结果为存在完整稻苗，则为1；
S7、I/O模块根据编制的信号打开或闭合输出端口，若信号为0，则打开输出端口，若信号为1，则闭合输出端口，以此方式控制PLC的输入端口输入的信号；
S8、当检测到存在完整稻苗时，PLC的输出端口输出信号，控制二位五通电磁阀闭合，从而控制气动式水稻避苗装置的气缸伸展，进而驱动气动式水稻避苗装置打开，实现避苗；当检测到不存在完整稻苗时，PLC的输出端口输出信号，控制二位五通电磁阀打开，从而控制气动式水稻避苗装置的气缸收缩，进而驱动气动式水稻避苗装置闭合，实现除草。
本发明的第三个目的可以通过采取如下技术方案达到：
气动式水稻避苗装置的控制系统的监测方法，所述方法包括以下步骤：
S1、PLC将其输出端口的信号状态反馈给I/O模块的输入端口；
S2、I/O模块将输入的信号反馈给智能CCD相机；
S3、智能CCD相机将输入的信号进行处理后传输到I/O模块；
S4、I/O模块将经智能CCD相机处理后的信号传输到计算机上；
S5、计算机根据接收到的信号，显示当前气动式水稻避苗装置的工作状态，进而实现对气动式水稻避苗装置的监测。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本发明可以通过智能CCD相机实时采集图像，并通过I/O模块将采集的图像传输到计算机，由计算机对图像进行处理，识别判定图像中部是否存在完整稻苗，然后通过I/O模块将判定结果传回到智能CCD相机中，经智能CCD相机信号编码后，I/O模块根据判定结果所对应的编码，控制PLC，进而驱动气动式水稻避苗装置动作，整个系统的实时性好，而且可以避免因水田中杂草引起装置的误动作，准确性高。
2、本发明可以通过PLC将其输出端口的信号状态反馈给I/O模块，I/O模块将输入的信号反馈给智能CCD相机，智能CCD相机再将输入的信号进行处理后传输到I/O模块，并由I/O模块传输到计算机上，计算机根据接收到的信号，显示当前气动式水稻避苗装置的工作状态，进而实现对气动式水稻避苗装置的监测，整个系统的实时监测相当方便。
3、本发明具有工作可靠、实时性好、准确性高等优点，而且系统中各个部分均选用工业产品，工作可靠性高。
附图说明
图1为本发明实施例1的气动式水稻避苗装置的控制系统结构框图。
图2为本发明实施例1的气动式水稻避苗装置的控制系统实现控制功能时的信息传输流程图。
图3为本发明实施例1的气动式水稻避苗装置的控制系统实现监测功能时的信息传输流程图。
具体实施方式
实施例1：
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，本实施例的气动式水稻避苗装置的控制系统包括镜头、智能CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)相机、PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)、I/O(Input/Output，输入/输出)模块、计算机以及二位五通电磁阀；
所述镜头选用COMPUTAR公司的M0814-MP2；所述智能CCD相机选用COGNEX公司的ISM1400C；所述I/O模块选用COGNEX公司的CIO-MICRO-CC；所述PLC选用三菱公司的FX2N-32MT；所述二位五通电磁阀选用AIRTAC公司的4v210-08电磁阀；
所述计算机安装软件Insight explore，用于图像处理、控制信号的发出和监测信号的显示；
所述镜头安装在智能CCD相机上，用于图像的采集；
所述智能CCD相机具有相配的以太网电缆和I/O模块电缆，智能CCD相机的POE端口通过以太网电缆与I/O模块的POE端口连接，智能CCD相机的I/O连接口通过I/O模块电缆与I/O模块的I/O连接口连接，用于图像的传输和信号的编码发送；
所述I/O模块的LAN端口通过RJ-45LAN电缆与计算机连接，用于将系统联网后，传输图像和信号给计算机；I/O模块的输入端口、输出端口通过电线分别与PLC的输出端口、输入端口连接，用于接收来自智能CCD相机的控制信号控制PLC和反馈PLC的输出信号到计算机；
所述PLC的输出端口还与二位五通电磁阀的线圈接口连接，用于控制二位五通电磁阀的不同通路；
所述二位五通电磁阀的进气口与气泵连接，用于供气；所述二位五通电磁阀的出气口与气动式水稻避苗装置的气缸连接，用于实现对气动式水稻避苗装置的控制。
如图2所示，本实施例的气动式水稻避苗装置的控制系统实现的控制功能，即实现由稻苗触发气动式水稻避苗装置动作，包括以下步骤：
步骤1、智能CCD相机实时(触发时间为8ms)采集图像；
步骤2、智能CCD相机将采集的图像通过以太网电缆传输到I/O模块；
步骤3、I/O模块将采集的图像通过RJ-45LAN电缆实时传输到计算机；
步骤4、计算机通过安装的Insight explore软件对采集的图像进行处理，识别判定图像中部是否存在完整稻苗，并将判定结果以电信号形式通过以太网电缆传回到I/O模块；
步骤5、I/O模块通过以太网电缆将判定结果传回到智能CCD相机；
步骤6、智能CCD相机根据判定结果编制信号，并将编制的信号传输给I/O模块；信号在I/O模块内表现为0、1信号，其中，0、1信号具体为：若判定结果为不存在完整稻苗，则为0，若判定结果为存在完整稻苗，则为1；
步骤7、I/O模块根据编制的信号打开或闭合输出端口，若信号为0，则打开输出端口，若信号为1，则闭合输出端口，以此方式控制PLC的输入端口输入的信号；
步骤8、当检测到存在完整稻苗时，PLC的输出端口输出信号，控制二位五通电磁阀闭合，从而控制气动式水稻避苗装置的气缸伸展，进而驱动气动式水稻避苗装置打开，实现避苗；当检测到不存在完整稻苗时，PLC的输出端口输出信号，控制二位五通电磁阀打开，从而控制气动式水稻避苗装置的气缸收缩，进而驱动气动式水稻避苗装置闭合，实现除草。
如图3所示，本实施例的气动式水稻避苗装置的控制系统实现的监测功能，即实现对气动式水稻避苗装置动作状态的监测，包括以下步骤：
步骤1、PLC将其输出端口的信号状态反馈给I/O模块的输入端口；
步骤2、I/O模块将输入的信号通过I/O模块电缆反馈给智能CCD相机；
步骤3、智能CCD相机将输入的信号进行处理后通过以太网电缆传输到I/O模块；
步骤4、I/O模块将经智能CCD相机处理后的信号通过RJ-45LAN电缆传输到计算机上；
步骤5、计算机上的Insight explore软件根据接收到的信号，显示当前气动式水稻避苗装置的工作状态，进而实现对气动式水稻避苗装置的监测。
综上所述，本发明提供的气动式水稻避苗装置的控制系统可以实时采集图像并根据图像中部是否存在完整稻苗来实时控制气动式水稻避苗装置，同时监测其工作状态的控制系统，能快速准确的识别稻苗并驱动气动式水稻避苗装置动作，能实时监测气动式水稻避苗装置的工作状态，具有工作可靠、实时性好、准确性高等优点。
以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (10)

1.气动式水稻避苗装置的控制系统，其特征在于：所述系统包括镜头、智能CCD相机、PLC、I/O模块、计算机以及二位五通电磁阀；
所述镜头安装在智能CCD相机上，用于图像的采集；
所述智能CCD相机与I/O模块连接，用于图像的传输和信号的编码发送；
所述I/O模块与计算机连接，用于将系统联网后，传输图像和信号给计算机；所述I/O模块的输入端口、输出端口分别与PLC的输出端口、输入端口连接，用于接收来自智能CCD相机的控制信号控制PLC和反馈PLC的输出信号到计算机；
所述PLC的输出端口还与二位五通电磁阀的线圈接口连接，用于控制二位五通电磁阀的不同通路；
所述二位五通电磁阀的进气口与气泵连接，用于供气；所述二位五通电磁阀的出气口与气动式水稻避苗装置的气缸连接，用于实现对气动式水稻避苗装置的控制；
所述计算机对采集的图像进行处理，识别判定图像中部是否存在完整稻苗，并将判定结果以电信号形式传回到I/O模块；信号在I/O模块内表现为0、1信号，其中，0、1信号具体为：若判定结果为不存在完整稻苗，则为0，若判定结果为存在完整稻苗，则为1；I/O模块根据编制的信号打开或闭合输出端口，若信号为0，则打开输出端口，若信号为1，则闭合输出端口，以此方式控制PLC的输入端口输入的信号；当检测到存在完整稻苗时，PLC的输出端口输出信号，控制二位五通电磁阀闭合，从而控制气动式水稻避苗装置的气缸伸展，进而驱动气动式水稻避苗装置打开，实现避苗；当检测到不存在完整稻苗时，PLC的输出端口输出信号，控制二位五通电磁阀打开，从而控制气动式水稻避苗装置的气缸收缩，进而驱动气动式水稻避苗装置闭合，实现除草；
所述PLC将其输出端口的信号状态反馈给所述I/O模块的输入端口；所述I/O模块将输入的信号反馈给所述智能CCD相机；所述智能CCD相机将输入的信号进行处理后传输到所述I/O模块；所述I/O模块将经所述智能CCD相机处理后的信号传输到所述计算机上；所述计算机根据接收到的信号，显示当前气动式水稻避苗装置的工作状态，进而实现对气动式水稻避苗装置的监测。
2.根据权利要求1所述的气动式水稻避苗装置的控制系统，其特征在于：所述I/O模块的LAN端口通过RJ-45LAN电缆与计算机连接。
3.根据权利要求1所述的气动式水稻避苗装置的控制系统，其特征在于：所述智能CCD相机具有相配的以太网电缆和I/O模块电缆，所述智能CCD相机的POE端口通过以太网电缆与I/O模块的POE端口连接，智能CCD相机的I/O连接口通过I/O模块电缆与I/O模块的I/O连接口连接。
4.根据权利要求1-3任一项所述的气动式水稻避苗装置的控制系统，其特征在于：所述镜头选用COMPUTAR公司的M0814-MP2。
5.根据权利要求1-3任一项所述的气动式水稻避苗装置的控制系统，其特征在于：所述智能CCD相机选用COGNEX公司的ISM1400C。
6.根据权利要求1-3任一项所述的气动式水稻避苗装置的控制系统，其特征在于：所述I/O模块选用COGNEX公司的CIO-MICRO-CC。
7.根据权利要求1-3任一项所述的气动式水稻避苗装置的控制系统，其特征在于：所述PLC选用三菱公司的FX2N-32MT。
8.根据权利要求1-3任一项所述的气动式水稻避苗装置的控制系统，其特征在于：所述二位五通电磁阀选用AIRTAC公司的4v210-08电磁阀。
9.基于权利要求1所述气动式水稻避苗装置的控制系统的控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
S1、智能CCD相机实时采集图像；
S2、智能CCD相机将采集的图像传输到I/O模块；
S3、I/O模块将采集的图像实时传输到计算机；
S4、计算机对采集的图像进行处理，识别判定图像中部是否存在完整稻苗，并将判定结果以电信号形式传回到I/O模块；
S5、I/O模块将判定结果传回到智能CCD相机；
S6、智能CCD相机根据判定结果编制信号，并将编制的信号传输给I/O模块；信号在I/O模块内表现为0、1信号，其中，0、1信号具体为：若判定结果为不存在完整稻苗，则为0，若判定结果为存在完整稻苗，则为1；
S7、I/O模块根据编制的信号打开或闭合输出端口，若信号为0，则打开输出端口，若信号为1，则闭合输出端口，以此方式控制PLC的输入端口输入的信号；
S8、当检测到存在完整稻苗时，PLC的输出端口输出信号，控制二位五通电磁阀闭合，从而控制气动式水稻避苗装置的气缸伸展，进而驱动气动式水稻避苗装置打开，实现避苗；当检测到不存在完整稻苗时，PLC的输出端口输出信号，控制二位五通电磁阀打开，从而控制气动式水稻避苗装置的气缸收缩，进而驱动气动式水稻避苗装置闭合，实现除草。
10.基于权利要求1所述气动式水稻避苗装置的控制系统的监测方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
S1、PLC将其输出端口的信号状态反馈给I/O模块的输入端口；
S2、I/O模块将输入的信号反馈给智能CCD相机；
S3、智能CCD相机将输入的信号进行处理后传输到I/O模块；
S4、I/O模块将经智能CCD相机处理后的信号传输到计算机上；
S5、计算机根据接收到的信号，显示当前气动式水稻避苗装置的工作状态，进而实现对气动式水稻避苗装置的监测。
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