CN108872998B - 农作物位置检测设备及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种农作物位置检测设备及检测方法。该农作物位置检测设备包括：支架、驱动装置、传感器安装装置、控制装置以及、第一激光传感器和多个第二激光传感器。驱动装置设置在支架上，驱动装置与传感器安装装置传动连接，用于驱动传感器安装装置沿支架运动；第一激光传感器和多个第二激光传感器按预设形状排列安装在传感器安装装置上；控制装置分别电连接驱动装置、第一激光传感器和多个第二激光传感器，用于在接收到第一激光传感器的检测信号后，接收多个第二激光传感器的检测信号，判断检测区域内是否有被测农作物。能够更准确的检测到被测农作物，减少将田间杂草误判为被测农作物的情况，为植保作业提供更好的指导。

Description

农作物位置检测设备及检测方法

技术领域

本发明涉及农业机械智能化领域，特别是涉及一种农作物位置检测设备及检测方法。

背景技术

随着科学和经济的发展，农业植保作为农业产品生产的重要环节已经逐步实现了机械化。但传统的机械植保设备智能化程度较低，因驾驶人员操作水平和田间地面环境的影响，容易出现植保设备碾压或刮伤农作物的事故，造成农作物减产的后果。尤其是田间大型除草机，很容易因为驾驶人员的操作失误，损伤到田间农作物。因此，增强植保设备的智能化，实时检测设备作业前方的农作物位置，可对植保作业起到重要的指导作用。准确检测农作物位置已经成为植保作业的首要前提。

现有的对农作物位置的检测，运用收发分离式的激光传感器，当检测到发射端与接收端之间有遮挡物时，就判定它们之间有农作物。在实现过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：因为田间植物有作物也有杂草，应用现有技术对农作物进行位置检测不够准确，会出现将杂草误判为农作物的情况。这样还是会导致精准施肥、除草等作业的失误，损伤到农作物。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术对农作物的位置检测不够准确的问题，提供一种农作物位置检测设备及检测方法。

一方面，本发明实施例提供一种农作物位置检测设备，包括：支架、驱动装置、传感器安装装置、控制装置、第一激光传感器和多个第二激光传感器；

驱动装置设置在支架上，驱动装置与传感器安装装置传动连接，用于驱动传感器安装装置沿支架运动；

第一激光传感器和多个第二激光传感器按预设形状排列，并安装在传感器安装装置上，预设形状是与被测农作物相应的形状，第一激光传感器为安装在主要检测位置的激光传感器，第二激光传感器为安装在次要检测位置的激光传感器；

控制装置分别电连接驱动装置、第一激光传感器和多个第二激光传感器，用于在接收到第一激光传感器的检测信号后，接收多个第二激光传感器的检测信号，并根据多个第二激光传感器的检测信号，判断检测区域内是否有被测农作物。

在其中一个实施例中，被测农作物为水稻，预设形状为十字形，第一激光传感器的安装位置为十字形中的最高检测位置。

在其中一个实施例中，还包括测距传感器，测距传感器设置在传感器安装装置上，测距传感器与控制装置电连接，用于检测传感器安装装置的高度。

在其中一个实施例中，测距传感器为超声波传感器。

在其中一个实施例中，传感器安装装置为传感器箱体；

传感器箱体内设置有固定机构，固定机构用于安装第一激光传感器和多个第二激光传感器，传感器箱体侧面设置有第一开口，第一激光传感器和多个第二激光传感器通过第一开口发射和接收激光，以检测被测农作物的位置。

在其中一个实施例中，第一开口的形状与预设形状相同。

在其中一个实施例中，还包括延伸板，延伸板的第一端与驱动装置传动连接，第二端安装传感器箱体。

在其中一个实施例中，还包括显示装置，显示装置与控制装置电连接。

在其中一个实施例中，还包括控制箱体，控制装置和显示装置设置在控制箱体内，控制箱体的侧壁设置有第二开口，第二开口与显示装置对应。

另一方面，本发明实施例还提供一种农作物位置检测方法，包括：

当接收到第一激光传感器的检测信号时，接收多个第二激光传感器的检测信号；第一激光传感器为安装在主要检测位置的激光传感器，第二激光传感器为安装在次要检测位置的激光传感器；

根据多个第二激光传感器的检测信号，判断检测区域内是否有被测农作物。

上述农作物位置检测设备，通过控制装置控制驱动装置调整传感器安装装置的高度，使设置在传感器安装装置上的激光传感器的高度固定在与被测农作物相应的高度，第一激光传感器和多个第二激光传感器排列成与被测农作物相应的形状，从水平方向发射和接收激光，控制装置根据第一激光传感器和多个第二激光传感器的检测信号，判断检测区域内是否有被测农作物。基于此，能够减少将杂草误判为被测农作物的情况，更准确的检测到被测农作物的位置，为植保作业提供有利指导，减少植保作业中碾压和误伤农作物的事故。

附图说明

图1为一实施例中农作物位置检测设备的示意图；

图2为另一实施例中农作物位置检测设备的结构示意图；

图3为图1所示的农作物位置检测设备的另一视角的示意图；

图4为图1所示的农作物位置检测设备的再一视角的示意图；

图5为另一实施例中传感器安装装置的局部示意图；

图6为另一实施例中固定机构的示意图；

图7为再一实施例中农作物位置检测设备的结构示意图；

图8为一个实施例中农作物位置检测方法的流程示意图；

图9为另一实施例中农作物位置检测设备应用时的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1、2所示，本发明实施例提供一种农作物位置检测设备，包括：支架10、驱动装置20、传感器安装装置、控制装置40以及第一激光传感器51和多个第二激光传感器52。

驱动装置20设置在支架10上，驱动装置20与传感器安装装置传动连接，用于驱动传感器安装装置沿支架10运动。第一激光传感器51和多个第二激光传感器52组成预设形状，设置在传感器安装装置上；预设形状为与被测农作物相应的形状，第一激光传感器51为安装在主要检测位置的激光传感器，第二激光传感器52为安装在次要检测位置的激光传感器。

控制装置40分别电连接驱动装置20、一激光传感器51和多个第二激光传感器52，用于接收到第一激光传感器51的检测信号，在接收到第一激光传感器51的检测信号后，接收多个所述第二激光传感器52的检测信号，并根据多个所述第二激光传感器52的检测信号，判断检测区域内是否有被测农作物。

具体的，控制装置40分别电连接驱动装置20、第一激光传感器51和多个第二激光传感器52，在植保作业开始前，控制装置40向驱动装置20传输电信号，驱动装置20驱动传感器安装装置沿支架10上下移动，调整激光传感器的高度到与被测农作物相匹配的高度。第一激光传感器51和多个第二激光传感器52按预设形状排列，组成与被测农作物的轮廓相匹配的形状。

激光传感器可以检测到其检测范围内(例如，激光传感器前方1米范围内)的遮挡物，当检测到遮挡物时，激光传感器产生检测信号并输出至控制装置40。第一激光传感器51为安装在主要检测位置的激光传感器，例如，可以是预设形状最高检测位置的激光传感器。控制装置在收到第一激光传感器51的检测信号后，接收第二激光传感器的检测信号，开始判断检测区域内是否有被测农作物。检测区域为所有激光传感器能够检测到的区域。控制装置40的设置位置可以根据实际应用的需要变化，例如，控制装置40可以设置在支架10顶部，也可以设置在植保设备驾驶仪表盘旁边。

本实施例提供的农作物位置检测设备，通过将第一激光传感器和多个第二激光传感器排列成与被测农作物相匹配的形状，并且在第一激光传感器即主要检测位置的传感器检测到遮挡物时，才接收其他激光传感器的检测信号，并判断检测区域内是否有被测农作物。基于此，可以更准确的检测到被测农作物，减少将田间杂草误判为被测农作物的情况，为植保作业提供更好的指导，减少植保作业中碾压和误伤农作物的事故，从而有利于提高植保作业效率和农作物产量。而且，本实施例提供的农作物位置检测设备结构简单，组装和搭载也简单方便，更便于在田间作业。

其中，预设形状的设置考虑到被测农作物的类别、长势、茎长、叶宽以及激光传感器特性等因素。预设形状与被测农作物的轮廓相应，根据不同的被测农作物呈现出不同的形状。主要检测位置也根据被测农作物的不同，设置在不同的位置。在一个实施例中，如图3所示，被测农作物为水稻，预设形状为十字形，第一激光传感器的安装位置为十字形中的最高检测位置。

具体的，激光传感器的数目可以为四个，上、下、左、右四个位置各设置一个，形成十字形。第一激光传感器的安装位置为四个位置中“上”的位置，用于检测水稻的顶部。其余的第二激光传感器分别检测水稻茎秆和叶片。优选的，竖直方向上的第一激光传感器51和第二激光传感器52用于检测顶部和茎部，采用有更高的精度和更短的响应时间，且检测范围较大的激光传感器。水平方向上的两个第二激光传感器52用于叶部的检测，检测范围较小。进一步的，竖直方向的第一激光传感器51和第二激光传感器52的最大检测距离为50厘米，水平方向的第二激光传感器52的最大检测距离为30厘米。当激光传感器检测到其检测范围内有遮挡物，则会发送检测电信号至控制装置40，检测电信号可以是二进制电信号中的高电平或低电平。

在另一实施例中，被测农作物为玉米，预设形状为漏斗形。

在具体实践过程中，发明人发现，因为田间泥土的硬度和密度分布不均匀，植保设备行驶时，车身不断起伏晃动传感器安装装置的高度也会一直变化，影响了被测农作物位置检测的准确性。因此，在一个实施例中，如图1、3、4、7所示，还包括测距传感器60，测距传感器60设置在传感器安装装置上，测距传感器60与控制装置40电连接，用于检测传感器安装装置的高度。

具体的，测距传感器60实时检测传感器安装装置的高度，并将检测的高度值发送到控制装置40，控制装置40根据测距传感器60检测的实时高度调节传感器安装装置的高度，使传感器安装装置与地面保持固定高度。测距传感器60可以是激光传感器或红外线测距传感器等。

在水稻田间的应用中，发明人发现，因为植保设备的抖动频繁，传感器安装装置对地面的高度一直在变化，若测距传感器60的精度太高，则控制装置40会频繁的调节传感器安装装置的高度，这会使传感器安装装置的高度抖动更大，不利于对被测农作物的位置检测。在水稻田间应用时，因为水稻田表面有储水层，测距传感器60若可以检测水面到传感器安装装置的距离，将会使水稻位置的检测更准确。

在一个实施例中，测距传感器60为超声波传感器。超声波传感器的灵敏度适中，可以使控制装置40对传感器安装装置的高度调节频率适中，使传感器安装装置更平稳。进一步的，在例如水稻田这种水田中，超声波传感器可以检测到传感器安装装置到水田水面的距离，使传感器安装装置的高度更准确，农作物位置检测设备对农作物位置的检测也更准确。

在一个实施例中，如图1、3、4所示，传感器安装装置为传感器箱体31。传感器箱体31内设置有固定机构311，固定机构311用于安装第一激光传感器51和多个第二激光传感器52，传感器箱体31上设置有第一开口312，第一激光传感器51和多个第二激光传感器52通过第一开口312发射和接收激光，以检测被测农作物的位置。

具体的，固定机构311可拆卸的设置在传感器箱体31内，固定机构311上安装第一激光传感器51和多个第二激光传感器52，第一激光传感器51和多个第二激光传感器52设置方向相同，并通过开设在传感器箱体31上的第一开口312发射和接收激光。在一个实施例中，固定机构311上开设有多个安装通孔，第一激光传感器51和多个第二激光传感器52可以分别安装在不同安装通孔中。各个激光传感器之间的距离和排列形状可以调节，构成最合适被测农作物的形状组合。为了使传感器能排列出多种不同的形状，进一步的，固定机构311为井字型网状固定架。

在一个实施例中，固定机构311与传感器箱体31螺纹连接，固定机构311和传感器箱体31的相应位置上开设有通孔，螺丝通过通孔将固定机构311和传感器箱体31连接在一起。

在其中一个实施例中，如图1、4、5所示，传感器箱体31的第一侧壁316上开设有用于安装固定机构311的条形通孔3161，传感器箱体31的第二侧壁317与第一侧壁316相对，第二侧壁317上也开设有用于安装固定机构311的条形通孔3171。

如图6所示，固定机构311包括：安装板3111、第一固定板3112和第二固定板3113。安装板3111的一端与第一固定板3112成角度相连，另一端与第二固定板3113成角度相连，整体呈现凹字型连通结构。安装板3111上设置安装通孔3111a，用于安装激光传感器。第一固定板3112上开设条形通孔3112a，第二固定板3113上也开始有条形通孔3113a。第一固定板3112上的条形通孔3112a与传感器第一侧壁316或第二侧壁317上的条形通孔对应，螺丝可以通过条形通孔将第一固定板3112固定在第一侧壁316或第二侧壁317上。第二固定板3113上的条形通孔3113a与传感器第一侧壁316或第二侧壁317上的条形通孔对应，螺丝可以通过条形通孔将第二固定板3113固定在第一侧壁316或第二侧壁317上。

在一个实施例中，如图3所示，第一开口312的形状与预设形状相同。具体的，预设形状即第一激光传感器51和多个第二激光传感器52排列的形状。第一开口312的形状与预设形状相同，大小相等或略大。这样设置的第一开口312可以起到遮光的作用，将一部分自然光遮掉，排除一部分自然光对激光传感器的干扰，使激光传感器的测距结果更准确。进一步的，第一开口312的外侧设置开口外檐机构313，用于更好的遮挡其他光线。

在一个实施例中，如图1、3、4、5所示，还包括延伸板70，延伸板70第一端与驱动装置20传动连接，第二端固定安装传感器箱体31。具体的，驱动装置20可以带动延伸板70沿支架10上下移动，从而使安装在延伸板70上的传感器箱体31上下移动。通过设置延伸板70，使传感器箱体31能够到达更低的位置，更方便对高度较低的农作物进行检测。进一步的，延伸板70上开设有通孔，延伸板70通过通孔与驱动装置20螺纹连接，并且也通过通孔与传感器箱体31螺纹连接。

当被测农作物植株体积较大时，在一个实施例中，延伸板70上安装多个传感器箱体31。多个传感器箱体31中的激光传感器配合设置成被测农作物相应的形状。

在一个实施例中，如图1所示，还包括显示装置80，显示装置80与控制装置40电连接。显示装置80可以显示传感器安装装置的实时高度、农作物位置检测结果等信息，供工作人员查看参考。

在一个实施例中，如图1、3、4所示，还包括控制箱体90，控制装置40和显示装置80设置在控制箱体90内，控制箱体90的侧壁设置有第二开口91，第二开口91与显示装置80对应。具体的，控制箱体90可以设置在植保设备驾驶仪表盘旁边，驾驶人员可以通过第二开口91查看到显示装置80显示的相关信息。优选的，显示装置80为触摸显示屏。

在一个实施例中，如图1、4、7所示，驱动装置20包括电机驱动器21、步进电机22、驱动带23和滑轮24(图中未示出)。

电机驱动器21设置在控制箱体90内，电机驱动器21分别电连接控制装置40和步进电机22。步进电机22设置在支架10的一端，滑轮24设置在支架10的另一端，驱动带23套接在步进电机22的转矩输出轴与滑轮24上，且驱动带23与延伸板70的第一端连接。优选的，步进电机22设置在支架10的顶端，滑轮24设置在支架10的底端。延伸板70上开设有通孔，驱动带23与延伸板70通过通孔螺纹连接固定。

在一个实施例中，控制装置40可以是单片机、PLC控制器、FPGA或者ARM处理器。

如图8所示，本发明实施例还提供一种农作物位置检测方法，可运行在上述的控制装置40中，包括：

步骤S10，当接收到第一激光传感器的检测信号时，接收多个第二激光传感器的检测信号；第一激光传感器为安装在主要检测位置的激光传感器，第二激光传感器为安装在次要检测位置的激光传感器；

步骤S20，根据多个第二激光传感器的检测信号，判断检测区域内是否有被测农作物。

本实施例的农作物位置检测方法，当处于主要检测位置的第一激光传感器检测到遮挡物时，初步认定或许有被测农作物在检测区域内，因此才根据第二激光传感器的检测信号，进一步判别检测区域内是否有被测农作物。能够较少将杂草检测为被测农作物的情况，使检测更准确。

在一个实施例中，根据多个第二激光传感器的检测信号，判断检测区域内是否有被测农作物的过程包括：

步骤S21,根据第二激光传感器的检测信号的数量，判断检测区域内是否有被测农作物。

在一个实施例中，根据判断检测区域内是否有被测农作物的过程包括：

当第二激光传感器的检测信号的数量大于判断阈值时，判定检测区域内有被测农作物。

其中，判断阈值为预设值，判断阈值的取值范围为其中N为第二激光传感器的个数。

在一个具体实施例中，如图9所示，本发明提出的农作物位置检测设备被应用于水稻田间，支架10安装在水田拖拉机的后端的挂架上，控制装置40为单片机。预设形状为十字形，设置四个激光传感器，如图所示，呈上下左右四个方向对称设置。竖直方向上方的激光传感器为第一激光传感器，其余均为第二激光传感器。为方便描述，下文将第一激光传感器简称为1号传感器，水平方向左右两个第二激光传感器分别简称为2号传感器和3号传感器，竖直方向下方的第二激光传感器简称为4号传感器。

根据水稻长势，设置2号和3号传感器的水平间距在2厘米至5厘米范围内，1号和4号传感器的竖直间距在2厘米至10厘米范围内。设置传感器箱体31距离水面的高度在3厘米。在其中一个实施例中，设置2号和3号传感器的水平间距为20厘米，1号和4号传感器的竖直间距为5厘米，传感器箱体31距离水面的高度为7厘米。拖拉机工作时，超声波传感器实时检测传感器箱体31距离水面的高度，发送检测电信号至单片机，单片机根据电信号控制步进电机22转动，调整传感器箱体31的高度在距离水面7厘米处。各激光传感器检测前方检测范围内是否有水稻，发送检测电信号至单片机。1号和4号传感器检测到50厘米范围内有遮挡物时，发送检测电信号至单片机。2号和3号传感器检测到30厘米范围内有遮挡物时，发送检测电信号至单片机。检测电信号可以是高电平或低电平的二进制电信号。单片机中运行一种农作物位置检测方法，当收到1号传感器的检测电信号，且收到2号、3号和4号传感器中至少两个传感器发送的检测电信号时，则判定检测范围内有水稻作物。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。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，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种农作物位置检测设备，其特征在于，包括：支架、驱动装置、传感器安装装置、控制装置、第一激光传感器和多个第二激光传感器；

所述驱动装置设置在所述支架上，所述驱动装置与所述传感器安装装置传动连接，用于驱动所述传感器安装装置沿所述支架运动；

所述第一激光传感器和多个所述第二激光传感器按预设形状排列，并安装在所述传感器安装装置上，所述预设形状是与被测农作物相应的形状，所述第一激光传感器为安装在主要检测位置的激光传感器，所述第二激光传感器为安装在次要检测位置的激光传感器；

所述控制装置分别电连接所述驱动装置、所述第一激光传感器和多个所述第二激光传感器，用于在接收到所述第一激光传感器的检测信号后，接收多个所述第二激光传感器的检测信号，并根据多个所述第二激光传感器的检测信号，判断检测区域内是否有被测农作物；

其中，当被测农作物为水稻，所述预设形状为十字形，所述第一激光传感器的安装位置为所述十字形中的最高检测位置；

测距传感器，所述测距传感器设置在所述传感器安装装置上，所述测距传感器与所述控制装置电连接，用于检测所述传感器安装装置的高度；其中，所述测距传感器为超声波传感器。

2.根据权利要求1所述的农作物位置检测设备，其特征在于，所述传感器安装装置为传感器箱体；

所述传感器箱体内设置有固定机构，所述固定机构用于安装所述第一激光传感器和多个所述第二激光传感器，所述传感器箱体侧面设置有第一开口，所述第一激光传感器和多个所述第二激光传感器通过所述第一开口发射和接收激光，以检测被测农作物的位置。

3.根据权利要求2所述的农作物位置检测设备，其特征在于，所述第一开口的形状与所述预设形状相同。

4.根据权利要求3所述的农作物位置检测设备，其特征在于，还包括延伸板，所述延伸板的第一端与所述驱动装置传动连接，第二端安装所述传感器箱体。

5.根据权利要求4所述的农作物位置检测设备，其特征在于，还包括显示装置，所述显示装置与所述控制装置电连接。

6.根据权利要求5所述的农作物位置检测设备，其特征在于，还包括控制箱体，所述控制装置和所述显示装置设置在所述控制箱体内，所述控制箱体的侧壁设置有第二开口，所述第二开口与所述显示装置对应。

7.一种农作物位置检测方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6任一项所述的农作物位置检测设备，所述方法包括：

当接收到第一激光传感器的检测信号时，接收多个第二激光传感器的检测信号；所述第一激光传感器为安装在主要检测位置的激光传感器，所述第二激光传感器为安装在次要检测位置的激光传感器；

根据多个所述第二激光传感器的检测信号，判断检测区域内是否有被测农作物。