CN107247422A - 低功耗的迁移性水稻基地虫害图像采集系统 - Google Patents

低功耗的迁移性水稻基地虫害图像采集系统 Download PDF

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欧智贵
郭建军
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Abstract

本发明公开了低功耗的迁移性水稻基地虫害图像采集系统，保障水稻基地害虫图像采集系统的可靠性。本发明包含有采集小车，采集小车底部设有麦克纳姆轮与电机，采集小车四周设有闭合夹板，夹板外壁设有LED灯诱装置，采集小车被四周的LED灯诱装置包覆，采集小车中央为虫害图像采集区，图像采集区上方设有摄像头。本发明实现虫害图像采集系统前行、横移、斜行、旋转及其组合等全方位运动方式，大大提高了虫害图像采集系统在水稻基地的灵活性和抗干扰性。

Description

低功耗的迁移性水稻基地虫害图像采集系统
技术领域
本发明属于物联网与机器视觉技术领域，具体说，是特别涉及一种低功耗的迁移性水稻基地虫害图像采集系统。
背景技术
当前，应用在农业其他领域中的虫害图像采集装置，均无法适应水稻基地这种环境条件。首先，水稻基地虫害图像采集装置要求图像采集装置迁移灵活，可到达指定位置完成虫害图像的采集工作，而现有的农业虫害图像采集装置要么不具备可迁移能力，只能进行定点采集虫害图像，其迁移的灵活性差，但稻田中稻株之间的间距通路右非常狭窄，容易造成虫害图像采集装置卡在稻株之间，而无法到达指定的位置进行虫害图像的采集工作。
其次，现有装置缺少具体有效的害虫诱捕方法，且水稻田中水稻虱等害虫体积小，图像位置不好确定，因此无法采集到清晰完整的害虫图像，也不便于机器识别算法的实现。此外，在春秋多雨季节，稻田多水潮湿，容易损坏设备。最后，由于野外供电不便，降低设备的电能损耗对于稻田基地的虫害图像采集装置也十分重要，而现有装置往往没有根据实际情况进行节能的程序设计，造成大量的电能损耗。解决这些问题成为水稻基地虫害图像采集技术及后续的虫害图像分析技术的关键。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，解决农业领域中现有的虫害图像采集系统在水稻基地的应用中出现的迁移灵活度低、抗干扰能力弱、图像采集效果不佳、能源浪费严重、装置易受潮损坏等问题，保障水稻基地害虫图像采集系统的可靠性。
为达到上述目的，本发明采用以下方案：
低功耗的迁移性水稻基地虫害图像采集系统，包含有采集小车，采集小车底部设有麦克纳姆轮与电机，采集小车四周设有闭合相连的夹板，相连的夹板在采集小车上围成口型空腔，夹板内设有凹形槽，夹板外壁设有LED灯诱装置，采集小车被四周的LED灯诱装置包覆；LED灯诱装置是由外嵌在四周夹板外围的6x3、5-4-5或4-3-4矩形灯阵组成，即每面夹板上设有18个、14个或11个LED灯，呈矩阵式排列；LED灯的走线在夹板内部，LED灯诱装置(灯阵总线)连接内部电源(主电源与太阳能供电模块)；采集小车中央设有虫害图像采集区，图像采集区上方设有摄像头，主电路和电源中电源部分包括主电源和辅助电源(太阳能供电模块)，主电源为整个系统供电，辅助电源(太阳能供电模块)用于存储太阳能板收集的电能，并在夜间先为LED灯诱装置供电，若电量不足时，控制器(处理器)再控制主电源为LED灯诱装置供电；主电路和电源中还包含处理器，处理器经过继电器后连接LED灯诱装置，处理器通过继电器控制LED灯诱装置开关；太阳能供电模块与主电源分别连接处理器与LED灯诱装置，处理器输出脚分别连接麦克纳姆轮与电机、无线收发模块、温度传感器、湿度传感器、摄像头。
进一步，在一些实施例中，夹板顶部设有支撑杆，支撑杆两端固定在夹板上，支撑杆上设有摄像头。
进一步，在一些实施例中，采集小车底部四个边角位各设置一麦克纳姆轮与电机。
进一步，在一些实施例中，夹板内的凹形槽形成电气排布线路，主电路和电源的电气走线置于夹板的凹形槽内并密封，采集小车腔内一边设有太阳能供电模块。
进一步，在一些实施例中，处理器为基于LPC1250的ARM9处理器核心模块，处理器上包含时钟模块。
进一步，在一些实施例中，摄像头通过处理器后连接无线收发模块。
本发明实现虫害图像采集系统前行、横移、斜行、旋转及其组合等全方位运动方式，大大提高了虫害图像采集系统在水稻基地的灵活性和抗干扰性。其次，本发明根据动植物特有的秉性，可以将害虫诱引到固定位置，方便摄像头定点识别与拍摄。最后，本发明使用一系列简单可行的方法，使得装置的能耗较小，续航时间长，装置在农田工作时也不容易受潮损坏。
附图说明
图1为本发明实施例的原理架构图；
图2为本发明实施例的结构示意图。
附图标记说明：
LED灯诱装置11，太阳能供电模块12，继电器13，麦克纳姆轮与电机14，无线收发模块15，处理器18，主电路和电源19，夹板20，温度传感器21，湿度传感器22，摄像头23，图像采集区25，主电源26，支撑杆27。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，解析本发明的优点与精神，藉由以下通过实施例对本发明做进一步的阐述。
本发明可以解决现有的虫害图像采集系统在水稻基地的应用中出现的以下问题：其一，迁移灵活差，不能或者难以到达指定位置完成虫害图像的采集工作；其二，现存装置缺少具体有效的害虫诱捕方法；其三，水稻田中水稻虱等害虫体积小，图像位置不好确定，现存难以采集到清晰完整的害虫图像；其四，稻田多水潮湿时，现存设备容易损坏；其五，现存设备的电能损耗大，续航时间短。
本发明的架构如附图1原理架构图所示：“低功耗的迁移性水稻基地虫害图像采集系统简化架构图”。首先，本发明将虫害图像装置做成采集小车，采集小车车轮使用麦克纳姆轮(麦克纳姆轮与电机14)，从而实现虫害图像采集系统前行、横移、斜行、旋转及其组合等全方位运动方式，提高了采集小车在水稻基地的迁移灵活性。采集小车四周设有闭合夹板20，两夹板20顶部设有支撑杆27，支撑杆27两端固定在夹板20上，支撑杆27上设有摄像头23。其次，采集小车中央为虫害图像采集区25，该区放置一张富含水稻“香气”的试纸。研究表明，任何植物都有“体香”，即一些植物特有的化学物质，这些特有的化学物质对特定虫害具有诱引性。本发明根据动植物这一特有的秉性，通过高浓度的水稻株液制成虫害诱引试纸，放在采集小车中央的图像采集区域中。这样，一旦害虫进入图像采集系统(摄像头23)下，便会被吸引到图中的害虫图像采集区25，并由该区正上方的摄像头23完成虫害的图像采集。利用这种方法可以解决害虫随机移动而造成图像采集位置不好确定，采集到的图像模糊不清等问题。
此外，采集小车四周为内嵌LED灯的密封夹板20，夹板20形成一个凹形槽，电气走线均置夹板20内，装置的主电路和电源19(主控电路板及供电电池)置于夹板20的凹形槽内并做密封，仅保留太阳能供电模块12(太阳能吸收板)外置。这样，稻田多水时装置也不易损坏。
最后，本发明装置不仅包含主电源26与太阳能供电模块12(太阳能充放电模块)，而且通过处理器18(主控芯片)的时钟模块，温湿度监测模块(温度传感器21、湿度传感器22)测得数据设定条件，在设定的情况下控制继电器13，以关断外围LED灯诱装置11(灯诱模块)，使得装置的能耗较小，续航时间长。主电源26为充电电池。
显而易见，本发明附加电路所述的技术方案，有效地解决了现有的虫害图像采集系统在水稻基地的应用中出现的问题。
图1为的原理架构图，是低功耗的迁移性水稻基地虫害图像采集系统简化架构图；
图2为的结构示意图，是水稻基地虫害图像采集系统在实际应用中的系统整体结构方框图。
如图2结构示意图所示：“水稻基地虫害图像采集系统在实际应用中的系统整体结构方框图”，整个装置的构成包括：处理器18(基于LPC1250的ARM9处理器核心模块)，麦克纳姆轮与电机14，温度传感器21、湿度传感器22等信息采集模块，时钟模块(处理器18内)，无线收发模块15，太阳能供电模块12，LED灯诱装置11和摄像头23(USB摄像头模块)等。
其中，LED灯诱装置11的功能主要是在夜晚利用虫害的趋光性来对害虫进行诱引。在夜晚，设置在采集小车外围的LED灯诱装置11发挥作用，害虫由于趋光性会被吸引到达装置采集小车位置，然后再被进一步吸引到图像采集区25(害虫图像采集平台)，摄像头23识别采集图像并通过无线收发模块15传送到云端服务器。
在一些实施例中，时钟模块、温湿度模块(温度传感器21、湿度传感器22)功能是为处理器18(微控制单元MCU)提供时间、温湿度等数据，方便微控制单元MCU节能算法的实现，当判断到当前为白天，或者在夜间当空气湿度高于58％(雨天或雾天)，此时LED灯诱装置11不能发挥应有的引诱作用，则处理器18(微控制单元MCU)控制继电器断开LED灯诱装置11，节省能耗。
太阳能供放电模块12的功能是在白天利用太阳能为供电电池充电，延长装置的续航时间。
无线收发模块15主要用于建立用户对装置采集小车的控制，用户可以通过终端(或移动终端如手机APP)访问云端，接收水稻基地虫害图像采集系统传送来的数据，以及对装置采集小车进行远程控制，比如指示采集小车到达指定位置等。USB摄像头23负责在图像采集区采集图像，以便处理器18(微控制单元MCU)对虫害进行识别。
以上所述实施例仅表达了本发明的部分实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种低功耗的迁移性水稻基地虫害图像采集系统，包含有采集小车，其特征在于，所述采集小车底部设有麦克纳姆轮与电机(14)，采集小车四周设有闭合相连的夹板(20)，相连的夹板(20)在采集小车上围成口型空腔，夹板(20)内设有凹形槽，夹板(20)外壁设有LED灯诱装置(11)，采集小车被四周的LED灯诱装置(11)包覆；LED灯诱装置(11)是由外嵌在四周夹板(20)外围的矩形灯阵组成，LED灯诱装置(11)连接主电源(26)与太阳能供电模块(12)；
采集小车中央设有虫害图像采集区(25)，图像采集区(25)上方设有摄像头(23)，主电路和电源(19)中电源部分包括主电源(26)；主电路和电源(19)中还包含处理器(18)，处理器(18)经过继电器(13)后连接LED灯诱装置(11)；
太阳能供电模块(12)与主电源(26)分别连接处理器(18)与LED灯诱装置(11)，处理器(18)输出脚分别连接麦克纳姆轮与电机(14)、无线收发模块(15)、温度传感器(21)、湿度传感器(22)、摄像头(23)。
2.根据权利要求1所述的低功耗的迁移性水稻基地虫害图像采集系统，其特征在于，所述夹板(20)顶部设有支撑杆(27)，支撑杆(27)两端固定在夹板(20)上，支撑杆(27)上设有摄像头(23)。
3.根据权利要求1所述的低功耗的迁移性水稻基地虫害图像采集系统，其特征在于，所述采集小车底部四个边角位各设置一麦克纳姆轮与电机(14)；
LED灯诱装置(11)是由外嵌在四周夹板(20)外围的6x3、5-4-5或4-3-4矩形灯阵组成，即每面夹板(20)上设有18个、14个或11个LED灯，呈矩阵式排列，LED灯的走线在夹板(20)内部。
4.根据权利要求1所述的低功耗的迁移性水稻基地虫害图像采集系统，其特征在于，所述夹板(20)内的凹形槽形成电气排布线路，主电路和电源(19)的电气走线置于夹板(20)的凹形槽内并密封，采集小车腔内一边设有太阳能供电模块(12)。
5.根据权利要求1所述的低功耗的迁移性水稻基地虫害图像采集系统，其特征在于，所述处理器(18)为基于LPC1250的ARM9处理器核心模块，处理器(18)上包含时钟模块。
6.根据权利要求1所述的低功耗的迁移性水稻基地虫害图像采集系统，其特征在于，所述摄像头(23)通过处理器(18)后连接无线收发模块(15)。
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