CN108363313A - 一种基于智能收获机械的无线多传感控制系统及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于智能收获机械的无线多传感控制系统及检测方法，该系统包括安装在玉米收获机上的中央控制器、基于视觉检测的边缘玉米漏收检测器、散落玉米收捡装置、基于视觉检测的粮箱贮藏量检测器、智能语音播报器以及控制面板；中央控制器、智能语音播报器以及控制面板安装在玉米收获机的驾驶室，边缘玉米漏收检测器安装在驾驶室的上方，粮箱贮藏量检测器安装在粮箱的上方，散落玉米收捡装置安装在玉米收获机的侧方；边缘玉米漏收检测器和粮箱贮藏量检测器通过相机获取视觉图像信息，由中央控制器对视觉图像信息进行处理分析，并通过智能语音播报器进行语音播报以提示驾驶员，然后驾驶员通过控制面板对整个系统进行设置和人机交互。本发明的结构简单，操作方便，将视觉检测和车机交互运用到系统中，有效解决玉米收获漏收问题、提高工作效率、降低收获成本。

Description

一种基于智能收获机械的无线多传感控制系统及检测方法
技术领域
本发明涉及农业机械领域，特别涉及一种基于智能收获机械的无线多传感控制系统及检测方法。
背景技术
玉米是我国第二大种植作物，种植面积广泛，每年玉米收成量巨大。我国正在大力推广玉米机械化收获技术，因此玉米联合收获机行业发展很快。生产玉米联合收获机的厂家很多，机械收获的质量参差不齐。通常，玉米联合收获机要完成摘穗、剥皮、果穗集箱、秸秆粉碎还田等作业。目前玉米收获机的主要问题是跑粮、玉米漏收，要浪费时间和劳动力来拾捡，并造成浪费，影响收成效率，增加作业成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种基于智能收获机械的无线多传感控制系统，将视觉检测和车机交互运用到系统中，有效解决玉米收获漏收问题、提高工作效率、降低收获成本。
本发明的另一目的在于提供一种运用上述无线多传感控制系统的检测方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种基于智能收获机械的无线多传感控制系统，包括安装在玉米收获机上的中央控制器、基于视觉检测的边缘玉米漏收检测器、散落玉米收捡装置、基于视觉检测的粮箱贮藏量检测器、智能语音播报器以及控制面板；中央控制器、智能语音播报器以及控制面板安装在玉米收获机的驾驶室，边缘玉米漏收检测器安装在驾驶室外侧的上方，粮箱贮藏量检测器安装在粮箱的上方，散落玉米收捡装置安装在玉米收获机的侧方；边缘玉米漏收检测器和粮箱贮藏量检测器通过相机获取视觉图像信息，由中央控制器对视觉图像信息进行处理分析，并通过智能语音播报器进行语音播报以提示驾驶员，然后驾驶员通过控制面板对整个系统进行设置和人机交互。
基于视觉检测的边缘玉米漏收检测器通过CCD工业相机采集图像，相机安装在玉米收获机的驾驶室外侧上方，采集玉米收获机前方的玉米图像，并实时传送到中央控制器，由中央控制器进行图像处理，分析是否存在玉米漏收现象，对驾驶员做出相应提示。相机前方有透明的防护盖，透明的防护盖不影响相机采集图像信息，还能防止穗屑污染相机。
基于视觉检测的粮箱贮藏量检测器通过CCD工业相机采集图像，安装在玉米收获机的粮箱上方，利用单目视觉获取粮箱图像，然后将粮箱的可视化图像传输到中央控制器，由中央控制器进行处理分析。
散落玉米收捡装置安装在玉米收获机的侧方，用于将被碰撞而掉落的玉米收集起来，并在重力作用下将玉米喂入摘穗装置，完成对散落玉米的收捡。
控制面板和智能语音播报器安装在玉米收获机的驾驶室，能够共同完成对驾驶员手机信息的处理，确保驾驶员在安全驾驶的同时，又能够及时处理手机信息；同时还能将作业情况反馈到驾驶员手机，使驾驶员能够有效掌握作业情况，对下一步的收获任务进行指导。
所述玉米回收拨杆为可收缩型拨杆；不存在玉米漏收现象时，拨杆处于收拢状态，不影响玉米的正常作业；存在玉米漏收现象时，驾驶员操作回收拨杆时，拨杆打开，将漏收玉米拢住并送至玉米收获机分禾器，然后在拨禾装置的作用下玉米被喂入摘穗装置，完成漏收玉米的回收。
所述散落玉米收捡装置为具有一定倾斜角(倾斜角度根据实际生产状况进行调节)和一定承重能力(承重能力根据实际生产状况进行调节)的铁板，安装于玉米收获机的两侧，受到振动而掉落的玉米正好落于铁板上，因为铁板具有一定倾斜角，因此落于铁板上的玉米将在重力的作用下向摘穗装置运动，最终进入摘穗装置，完成散落玉米的捡拾。
中央控制器具有多传感器信息融合处理的功能；中央控制器完成对图像信息、语音信息、文字信息的处理和反馈，同时发出相应指令控制其他部件，使基于智能收获机械的无线多传感控制系统能够正常运行与工作。
所述智能语音播报器不仅能够接收中央控制器的命令，发出相应提示声音；还能够对驾驶员来电信息、短消息进行播报，并识别驾驶员的声音，完成对来电信息的拒收或接通、以及是否语音播报短消息内容。
所述控制面板具有支持安全驾驶的功能，控制面板包括驾驶室的内部处理装置和车机信息交互装置。驾驶室的内部处理装置集成了空调、灯光、时间等传统功能，这些功能都显示在控制面板上，驾驶员可在控制面板进行操作来完成对空调、灯光等的控制。车机信息交互装置是在驾驶室的控制箱中，内置蓝牙芯片，驾驶员的手机通过手机蓝牙功能与车内蓝牙芯片连接，车机信息交互装置能将手机的情况实时显示在控制面板上，同时玉米收获机的作业情况也能通过蓝牙实时反馈到手机上，以便驾驶员掌握作业情况。当驾驶员手机有来电、短消息时，通过蓝牙直接在控制面板显示。驾驶员可以通过语音输入，来确认是否接收来电、是否语音播报短消息。如果驾驶员确认接收来电，即可通过车内语音系统接听电话，避免了驾驶员边拿手机听电话边驾驶机械作业的危险。如果驾驶员确认语音播报短消息，智能语音播报系统将播报手机短消息，使驾驶员既能够安全作业，又能及时处理信息。
所述基于智能收获机械的检测方法，是采用上述无线多传感控制系统；包括下述步骤：
(1)判断是否存在玉米漏收现象：中央控制器实时采集边缘玉米漏收检测器获得的图像信息，然后通过图像预处理、图像分割、特征值提取等步骤对图像信息后进行处理和识别，判断是否存在玉米漏收现象；
(2)收获边缘玉米：如果存在玉米漏收现象，通过智能语言播报器以声音的方式传递给驾驶员，提醒驾驶员存在边缘玉米漏收现象；驾驶员收到语音提示后，操控玉米回收拨杆，将漏收玉米拨拢到玉米收获机的收获范围内，使边缘玉米完全被收获；
(3)判断粮箱是否满溢：中央控制器实时采集粮箱贮藏量检测器获得的图像信息，将通过图像处理得出粮箱内玉米堆的面积，从而推测出玉米堆的体积，得出粮箱是否处于满溢状态的判断；当检测到粮箱内贮粮量即将到达满溢状态时，通过语言播报器以声音的方式传递给驾驶员，提醒驾驶员粮箱即将满溢；驾驶员收到语音提示后，采取卸粮操作。
步骤(3)中，中央控制器在处理粮箱贮藏量检测器传输过来的图像时，先通过滤波除去图像中的噪声，强调处理目标的特征；将滤波后的图像进行二值化处理，将玉米堆的图像分离出来；通过凸包将得到的玉米堆图像包围起来，得到一个凸多边形；根据得到的凸多边形，计算出基于像素点的面积参数；多次采集不同贮粮量下的粮箱图像，重复前述操作，获取粮箱不同贮粮量的面积参数，得出不同面积参数对应的粮箱贮粮量区间范围，建立粮箱贮粮量与图像基于像素点的面积参数的拟合曲线；在收获机作业过程中，粮箱贮藏量检测器获取粮箱图像，经过图像处理获得粮箱图像的面积参数，根据粮箱贮粮量与图像基于像素点的面积参数的拟合曲线，得到当前粮箱的贮粮量。
本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：
(1)本发明将视觉检测和车机交互运用到系统中，有效解决玉米收获漏收问题、提高工作效率、降低收获成本。
(2)本发明的结构简单，操作方便。
附图说明
图1为边缘玉米漏收检测器的检测边缘玉米示意图。
图2为玉米回收拨杆的结构示意图。
图3为玉米回收拨杆的作业示意图：图3a为回收拨杆伸出图，图3b为回收拨杆收回图。
图4为基于视觉检测的玉米漏收检测系统的工作流程示意图。
图5为散落玉米收捡装置的结构示意图。
图6为散落玉米收捡装置的俯视图。
图中，1、前挡板；2、侧板；3、物槽；4、底板；5、后挡板。
图7是粮箱贮藏量检测器的前视图。
图8是粮箱贮藏量检测器的俯视图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1、图2、图3和图4所示，一种基于智能收获机械的无线多传感控制系统，包括用于采集图像的CCD工业相机，相机装在驾驶室上方，相机获取的图像将传输到玉米收获机的中央控制器。中央控制器接收图片信息后进行识别判断，然后语言播报给驾驶员，提醒驾驶员存在边缘玉米漏收，驾驶员语言操控玉米回收拨杆作业，确保边缘玉米完全被收获。
如图5、图6所示，散落玉米收捡装置包括前挡板1、侧板2、物槽3、底板4、后挡板5，底板4的前后分别竖直固定有前挡板1和后挡板5，底板4的一侧竖直固定有侧板2，底板4的另一侧连接有物槽3，所用材料均为具有一定承重能力的铁板。掉落的玉米顺着前挡板1落入散落玉米收捡装置，由物槽3将玉米导入摘穗装置，侧板2、底板4和后挡板5能够防止收捡到的玉米再次落地。
如图7、图8所示，粮箱贮藏量检测器包括用于采集图像的CCD工业相机，相机安装在粮箱上方，相机获取的图像将传输到玉米收获机的中央控制器。中央控制器对图像进行滤波、二值化处理、凸包处理、面积特征参数提取、参数匹配等操作，最终得到粮箱贮粮量结果，根据粮箱贮粮量，在粮箱即将满溢时对驾驶员进行提醒。
在车机交互系统方面，玉米收获机与驾驶员手机通过蓝牙芯片进行通讯，确保安全驾驶。系统既能将收获机作业情况反馈给手机，使驾驶员能够掌握作业情况，又能将手机来电、短消息等信息显示在控制面板并进行语音播报，使驾驶员能够在保证安全驾驶的情况下处理手机信息。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于智能收获机械的无线多传感控制系统，其特征在于：包括安装在玉米收获机上的中央控制器、基于视觉检测的边缘玉米漏收检测器、散落玉米收捡装置、基于视觉检测的粮箱贮藏量检测器、智能语音播报器以及控制面板；中央控制器、智能语音播报器以及控制面板安装在玉米收获机的驾驶室，边缘玉米漏收检测器安装在驾驶室外侧的上方，粮箱贮藏量检测器安装在粮箱的上方，散落玉米收捡装置安装在玉米收获机的侧方；边缘玉米漏收检测器和粮箱贮藏量检测器通过相机获取视觉图像信息，由中央控制器对视觉图像信息进行处理分析，并通过智能语音播报器进行语音播报以提示驾驶员，然后驾驶员通过控制面板对整个系统进行设置和人机交互。
2.根据权利要求1所述的基于智能收获机械的无线多传感控制系统，其特征在于：基于视觉检测的边缘玉米漏收检测器通过CCD工业相机采集图像，相机安装在玉米收获机的驾驶室外侧上方，采集玉米收获机前方的玉米图像，并实时传送到中央控制器，由中央控制器进行图像处理，分析是否存在玉米漏收现象，对驾驶员做出相应提示。
3.根据权利要求1所述的基于智能收获机械的无线多传感控制系统，其特征在于：基于视觉检测的粮箱贮藏量检测器通过CCD工业相机采集图像，安装在玉米收获机的粮箱上方，利用单目视觉获取粮箱图像，然后将粮箱的可视化图像传输到中央控制器，由中央控制器进行处理分析。
4.根据权利要求1所述的基于智能收获机械的无线多传感控制系统，其特征在于：散落玉米收捡装置安装在玉米收获机的侧方，用于将被碰撞而掉落的玉米收集起来，并在重力作用下将玉米喂入摘穗装置，完成对散落玉米的收捡。
5.根据权利要求1所述的基于智能收获机械的无线多传感控制系统，其特征在于：控制面板和智能语音播报器安装在玉米收获机的驾驶室，能够共同完成对驾驶员手机信息的处理，确保驾驶员在安全驾驶的同时，又能够及时处理手机信息；同时还能将作业情况反馈到驾驶员手机，使驾驶员能够有效掌握作业情况，对下一步的收获任务进行指导。
6.根据权利要求1所述的基于智能收获机械的无线多传感控制系统，其特征在于：所述玉米回收拨杆为可收缩型拨杆；不存在玉米漏收现象时，拨杆处于收拢状态，不影响玉米的正常作业；存在玉米漏收现象时，驾驶员操作回收拨杆，拨杆打开，将漏收玉米拢住，并送至收获机分禾器，然后在拨禾装置的作用下被喂入摘穗装置，完成漏收玉米的回收。
7.根据权利要求1所述的基于智能收获机械的无线多传感控制系统，其特征在于：所述散落玉米收捡装置为具有一定倾斜角和一定承重能力的铁板，安装于玉米收获机的两侧，受到振动而掉落的玉米正好落于铁板上，因为铁板具有一定倾斜角，因此落于铁板上的玉米将在重力的作用下向摘穗装置运动，最终进入摘穗装置，完成散落玉米的捡拾。
8.根据权利要求1所述的基于智能收获机械的无线多传感控制系统，其特征在于：中央控制器具有多传感器信息融合处理的功能；中央控制器完成对图像信息、语音信息、文字信息的处理和反馈，同时发出相应指令控制其他部件，使基于智能收获机械的无线多传感控制系统能够正常运行与工作。
9.一种基于智能收获机械的检测方法，其特征在于：是采用权利要求1～8所述的无线多传感控制系统；包括下述步骤：
(1)判断是否存在玉米漏收现象：中央控制器实时采集边缘玉米漏收检测器获得的图像信息，然后通过图像预处理、图像分割、特征值提取等步骤对图像信息后进行处理和识别，判断是否存在玉米漏收现象；
(2)收获边缘玉米：如果存在玉米漏收现象，通过智能语言播报器以声音的方式传递给驾驶员，提醒驾驶员存在边缘玉米漏收现象；驾驶员收到语音提示后，操控玉米回收拨杆，将漏收玉米拨拢到玉米收获机分禾器前方，使边缘玉米完全被收获；
(3)判断粮箱是否满溢：中央控制器实时采集粮箱贮藏量检测器获得的图像信息，将通过图像处理得出粮箱内玉米堆的面积，从而推测出玉米堆的体积，得出粮箱是否处于满溢状态的图像；当检测到粮箱内贮粮量即将到达满溢状态时，通过语言播报器以声音的方式传递给驾驶员，提醒驾驶员粮箱即将满溢；驾驶员收到语音提示后，采取卸粮操作。
10.根据权利要求9所述的基于智能收获机械的检测方法，其特征在于：步骤(3)中，中央控制器在处理粮箱贮藏量检测器传输过来的图像时，先通过滤波除去图像中的噪声，强调处理目标的特征；将滤波后的图像进行二值化处理，将玉米堆的图像分离出来；通过凸包将得到的玉米堆图像包围起来，得到一个凸多边形；根据得到的凸多边形，计算出基于像素点的面积参数；多次采集不同贮粮量下的粮箱图像，重复前述操作，获取粮箱不同贮粮量的面积参数，得出不同面积参数对应的粮箱贮粮量区间范围，建立粮箱贮粮量与图像基于像素点的面积参数的拟合曲线；在收获机作业过程中，粮箱贮藏量检测器获取粮箱图像，经过图像处理获得粮箱图像的面积参数，根据粮箱贮粮量与图像基于像素点的面积参数的拟合曲线，得到当前粮箱的贮粮量。
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