CN109451279A - 一种基于arm9的温室大棚移动智能监控系统 - Google Patents
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Abstract
一种温室大棚移动智能监控系统，包括监测控制系统和移动组件；监测控制系统包括微处理器单元、通信单元和一组信息采集单元；微处理器单元分别连接通信单元和一组信息采集单元；一组信息采集单元包括温湿度传感器、二氧化碳传感器、光照强度传感器；移动组件包括：轨道、步进式电机、小车、旋转摄像头和一块太阳能供电装置，轨道设置于温室大棚的顶部，车身顶部安装太阳能供电装置，车身下方的行走轮设置在轨道上，车身底部设置悬挂杆，悬挂杆上部安装ARM9处理器和步进式电机，步进式电机的输出端连接横梁中部，横梁一端安装旋转摄像头、另一端安装一组信息采集单元，步进式电机控制横梁在水平面内转动，调整旋转摄像头的拍摄角度。
Description
技术领域
本发明涉及农业技术领域，具体是智能农业监测的监测系统。
背景技术
农业是人类生存和一切生产的历史起点和先决条件。食品安全问题已然成为公众关注的热门话题，人们对吃穿住行有了更高的要求，尤其是“吃”，所谓病从口入，人们对食物的安全的要求越来越严苛。现在市面上的设备有以下几个缺点：第一，成套的监测系统设备体积较大且线路复杂，不便于安装维护。第二，监控设备处于固定区域，一般位于高处只能水平旋转监控有限区域，监控系统需要大量的摄像头才能全方位监控整个大棚，造成资源极大浪费。第三，目前市面上温室大棚的研究收集环境信息的传感器是固定的，这意味着信息不够全面，可能会只收集到小范围区域的的环境信息，不能合理的掌握大棚内全部环境信息，影响农作物生长。第四，目前无人机技术发展迅速，已经应用于现代农业中，但是无人机续航能力差，不能持续监测环境信息，且大棚内障碍物较多，不适合无人机的使用。本文结合嵌入式技术、通信技术、可视化溯源技术、图像处理技术设计出一种将农作物过程的模式、手段和方法呈现在民众面前，让消费者放心购买优质产品的可视化溯源全景监控系统。
发明内容
为克服现有农业监测系统存在的设备体积大、线路复杂、不便于维护、设备固定不可移动等的不足，提供一种基于ARM9的温室大棚移动智能监控系统。
一种温室大棚移动智能监控系统，其组成包括监测控制系统和移动组件；所述的监测控制系统包括微处理器单元、通信单元和一组信息采集单元；所述的微处理器单元分别连接通信单元和一组信息采集单元；一组信息采集单元包括温湿度传感器、二氧化碳传感器、光照强度传感器。
所述的移动组件包括：轨道、步进式电机、小车、旋转摄像头和一块太阳能供电装置，轨道设置于温室大棚的顶部，小车包括车身、车轮电机、悬挂杆、一组行走轮，车身顶部安装太阳能供电装置，车身下方的行走轮设置在轨道上，车身底部设置悬挂杆，悬挂杆上部安装ARM9处理器和步进式电机，步进式电机的输出端连接横梁中部，横梁一端安装旋转摄像头、另一端安装一组信息采集单元，步进式电机控制横梁在水平面内转动，调整旋转摄像头的拍摄角度。
其中，太阳能供电装置为步进式电机、小车的车轮电机以及检测控制系统中微处理器单元和其他各单元供电，小车的车轮电机连接微处理器单元。
本发明的有益效果是：
本发明就有方便移动和监测角度更广泛的优点，并具有实时性。
本发明将监控摄像头与传感器相结合，并且通过在大棚内设置导轨，既可以监测作物上方环境信息，又可以监测作物下方环境信息，可实时对大棚内作物进行全方位监测，并可以获取各方位的实时生产信息，可以及时发现病虫害，并发出警报，具有廉价、实用、低功耗和高效率等特点。且配备轨道供小车移动，极大减少了摄像头以及传感器的数量通过移动监控为农作物生长提供优越的生长环境及时发现病虫害并做出相应处理，提高生产效率、提高收入。全景监控的应用有利于建设“从田间到餐桌”的安全、放心体系，为产品增加透明度，以一种全新的方式为产品做推销，打造区域特色农产品品牌。同时全景监控也可以大量节省在看护上的人力物力财力，真正做到消费者吃得放心，生产商过得舒心，工作人员工作的开心。全景监控可以实现农产品的种植、采摘、加工、监测到物流的全程信息采集。为消费者提供可视化平台，可以通过浏览WEB服务器的方式获得真实可靠的产品信息。所有的生产信息都被储存为农作物的大数据，为以后指导生产奠定基础。
附图说明
图1为本发明结构框图。
图2为本发明实物效果图。
具体实施方式
实施方式一：
本实施方式的一种温室大棚移动智能监控系统，其组成包括监测控制系统和移动组件；所述的监测控制系统包括微处理器单元1、通信单元2和一组信息采集单元3；所述的微处理器单元1分别连接通信单元2和一组信息采集单元3；一组信息采集单元3包括温湿度传感器、二氧化碳传感器、光照强度传感器，用来监测植物所处生长环境的信息，
所述的移动组件包括：轨道、步进式电机4、小车、旋转摄像头6和太阳能供电装置7，轨道设置于温室大棚的顶部，小车包括车身8、车轮电机5（内置于车身内）、悬挂杆9、一组行走轮10，车身8顶部安装太阳能供电装置7，车身8下方的行走轮10设置在轨道上，车身8底部设置悬挂杆9，悬挂杆9上部安装微处理器单元和步进式电机4，步进式电机4的输出端连接横梁11中部，横梁11一端安装旋转摄像头6、另一端安装一组信息采集单元3，步进式电机4控制横梁11在水平面内转动，调整旋转摄像头6的拍摄角度，且旋转摄像头6和一组信息采集单元3位于轨道下方，以采集温室大棚内以及植物的信息；步进式电机4的输出端设置与轨道之间滚动接触的滚动轮，进而通过步进式电机4带动小车在轨道上移动；
其中，太阳能供电装置7为步进式电机4、小车的车轮电机5以及检测控制系统中微处理器单元1和其他各单元供电，小车的车轮电机5连接微处理器单元1。
所述太阳能供电装置7通过太阳能电池板接受光照并转化为电能储存在太阳能电池中，并电压调节器给设备供电，系统电路利用UART串口来实现移动监测单元与微处理器单元1之间的通信，通过在嵌入式操作系统中编写串口驱动程序，并编写对应的串口收发应用程序实现串口的收发功能；采用芯片AMS1086来实现5V转为3.3V的直流电压；采用带有复位芯片MAX811T实现硬件复位，使用复位芯片能够明显提升ARM的复位效率，还能降低瞬间脉冲电压对硬件电路造成的影响。
具体实施方式二：
与具体实施方式一不同的是，本实施方式的一种温室大棚移动智能监控系统，所述的轨道在大棚顶部的路线为直线形、环形、Z形或者连续的S形曲线，以尽可能的采集到大棚内的环境及植物生长信息；所述轨道包括两根并行的导轨12，每根导轨12横截面为顶部开口的长方形凹槽形，轨道固定于大棚顶部，轨道的长度和位置可根据大棚内实际情况设置，实现大棚内无死角监测。
具体实施方式三：
与具体实施方式一或二不同的是，本实施方式的一种温室大棚移动智能监控系统，所述通信单元2包括GPRS模块13和WEB服务器单元14，微处理器单元1通过GPRS模块13与ARM9处理器之间进行通信；所述WEB服务器单元14采用上位机、显示器、存储器联合的形式对采集的信息进行显示、保存与处理；WEB服务器单元14的存储器内存储作物生长状态信息，消费者通过互联网访问WEB服务器单元14，进行作物生长信息的浏览或者下载；管理人员通过GPRS模块13对整个系统进行控制。所述GPRS模块采用Simcom公司的SIM300，结构小巧，能够提供GPRS多信道类型，支持CS-1等多种编码方案。
具体实施方式四：
与具体实施方式三不同的是，本实施方式的一种温室大棚移动智能监控系统，所述的微处理器单元1采用ARM9处理器，小车嵌入ARM9处理器设计子程序实现包括：前进、后退、左转、右转、停车、自动巡航功能，并且在ARM9处理器中移植图像处理模块，使用Opencv数据库对视频进行加工处理得到作物叶片图像，随后使用拉普拉斯滤波器对图像进行锐化，增强清晰度以及作物特征，采用灰度、 HSV颜色直方图和 UPLBP 纹理直方图提取分量，并进行加权处理，得到大体上的害虫方位，使用梯度边缘检测根据梯度值来判断是否发生病虫害，由于监控处于作物上方采集到的是正常叶片，若发生变化则判定病虫害，并采取报警处理。
具体实施方式五：
与具体实施方式四不同的是，本实施方式的一种温室大棚移动智能监控系统，所述的ARM9处理器采用JZ2440芯片；ARM9处理器芯片的内部核心是基于JZF-S核设计，具有强大的多媒体处理能力，还具有3D图形硬件加速器，可以兼容Mpeg4、H.264/H.263等格式的视频文件硬件编解码，并可同时显示到LCD和TV输出，引导驱动程序选择的是U-boot，它是一个庞大的公开源码的软件，他支持一些系列的ARM体系，包含常见的外设的驱动，是一个功能强大的板极支持包。软件核心部分是采用ubutu嵌入式 Linux 系统作为大棚温室嵌入式控制器运行平台，移植OPencv函数库，采用 linux-C作为开发语言同时辅助以 SQLite3 作嵌入式数据JZ2440芯片作为核心处理器，微处理器单元1硬件部分采用“核心板+底板”结构，核心板为6层，JZ2440芯片具有良好的稳定性和抗干扰性。
具体实施方式六：
与具体实施方式五不同的是，本实施方式的一种温室大棚移动智能监控系统，所述的监控系统还包括语音单元，所述的语音单元通过GPRS模块13连接微处理单元1，所述的语音单元采用DTMF模块。用于接收管理人员的语音命令，控制步进式电机4，实现管理人员不需要进入大棚，能够通过语音控制小车移动和转动摄像头的转动，进行图像和环境信息的获取。通过GPRS模块实现远程控制功能，在没有管理员控制时，系统微处理器可以控制步进式小车、摄像头方向进行全方位信息的获取。所述的移动监测单元通过传感器、摄像头采集到作物生长信息传输到服务器中保存。
具体实施方式七：
与具体实施方式六不同的是，本实施方式的一种温室大棚移动智能监控系统，所述的温湿度传感器采用奥松研发的AM2305传感器温度测量范围-40℃-120℃，具有响应快、抗干扰能力强的优点。
具体实施方式八：
与具体实施方式七不同的是，本实施方式的一种温室大棚移动智能监控系统，所述的二氧化碳传感器选用MG811型，探测范围0-10000ppm，具有长期稳定性。
具体实施方式九：
与具体实施方式八不同的是，本实施方式的一种温室大棚移动智能监控系统，所述的光照传感器采用ROHM公司的BH1750FVI，测量范围为0-65535lx具有测量范围广、灵敏度高的特点。
具体实施方式十：
与具体实施方式九不同的是，本实施方式的一种温室大棚移动智能监控系统，所述的摄像头采用OV5658型号摄像头进行图像采集，为专用高端安全和监控设计的具有500万像素，进行监测植株病虫害状况。
工作原理：
一种基于ARM9的温室大棚移动全景监控系统，设置步骤包括在已经架设好的导轨的大棚内安装好本发明，设置好微处理器单元1中的控制参数，利用传感器和旋转摄像头采集环境温湿度、二氧化碳浓度、光照强度以及作物生长状况的信息，并实传送到微处理器单元1，用于参数比对以及病虫害监测，然后将整个环境信息录入WEB服务器，供消费者查看作物的整个生长过程。若无人为控制指令，本发明的移动监控选择定时巡航状态，配合全景监控随时监测大棚作物的生长信息，当管理员通过移动设备管理系统时，系统自动控制功能处于低优先级中断。
本发明将摄像头与各传感器相结合，并通过贯通的导轨12在大棚内顶部进行全大棚无死角的检测。摄像头和传感器分别设置在悬挂杆9底部横梁11的两端，去除摄像头跟旋转电机本身的运作产生的热量对传感器的影响。摄像头与传感器上方通过一个步进式电机4来带动横梁11旋转，以监控周围区域。步进式电机4连接悬挂架和横梁11，悬挂架上端与小车连接。小车上方是太阳能供电装置7以及电池，可以随时给所述用电设施充电。在大棚内部架构并行的双导轨12的轨道，既可以观测上方的环境实时数据以及作物生长情况，也可以观测下方数据。通过ARM9芯片移植Opencv数据库对作物生长的病虫害情况进行监测并预警，当环境信息超过系统设定环境参数值时，用于启动相应的调控设备进行调控，并且用于给管理员发送调控信息。全景监控整个农业大棚的作物生长过程的状况通过Internet访问WEB服务器全面呈现给消费者。
Claims (10)
1.一种温室大棚移动智能监控系统，其特征是：其组成包括监测控制系统和移动组件；所述的监测控制系统包括微处理器单元、通信单元和一组信息采集单元；所述的微处理器单元分别连接通信单元和一组信息采集单元；一组信息采集单元包括温湿度传感器、二氧化碳传感器、光照强度传感器；
所述的移动组件包括：轨道、步进式电机、小车、旋转摄像头和一块太阳能供电装置，轨道设置于温室大棚的顶部，小车包括车身、车轮电机、悬挂杆、一组行走轮，车身顶部安装太阳能供电装置，车身下方的行走轮设置在轨道上，车身底部设置悬挂杆，悬挂杆上部安装ARM9处理器和步进式电机，步进式电机的输出端连接横梁中部，横梁一端安装旋转摄像头、另一端安装一组信息采集单元，步进式电机控制横梁在水平面内转动，调整旋转摄像头的拍摄角度；
其中，太阳能供电装置为步进式电机、小车的车轮电机以及检测控制系统中微处理器单元和其他各单元供电，小车的车轮电机连接微处理器单元。
2.根据权利要求1所述的一种温室大棚移动智能监控系统，其特征是：所述的轨道在大棚顶部的路线为直线形、环形、Z形或者连续的S形曲线；所述轨道包括两根并行的导轨，每根导轨横截面为顶部开口的长方形凹槽形，轨道固定于大棚顶部。
3.根据权利要求1或2所述的一种温室大棚移动智能监控系统，其特征是：所述通信单元包括GPRS模块和WEB服务器单元，微处理器单元通过GPRS模块与ARM9处理器之间进行通信；所述WEB服务器单元采用上位机、显示器、存储器联合的形式对采集的信息进行显示、保存与处理；WEB服务器单元的存储器内存储作物生长状态信息，消费者通过互联网访问WEB服务器单元，进行作物生长信息的浏览或者下载；管理人员通过GPRS模块对整个系统进行控制。
4.根据权利要求3所述的一种温室大棚移动智能监控系统，其特征是：所述的微处理器单元采用ARM9处理器作为核心处理器。
5.根据权利要求4所述的一种温室大棚移动智能监控系统，其特征是：所述的ARM9处理器采用JZ2440芯片 。
6.根据权利要求5所述的一种温室大棚移动智能监控系统，其特征是：所述的监控系统还包括语音单元，所述的语音单元通过GPRS模块连接微处理单元，语音单元采用DTMF模块。
7.根据权利要求6所述的一种温室大棚移动智能监控系统，其特征是：所述的温湿度传感器采用奥松研发的AM2305传感器。
8.根据权利要求7所述的一种温室大棚移动智能监控系统，其特征是：所述的二氧化碳传感器选用MG811型。
9.根据权利要求8所述的一种温室大棚移动智能监控系统，其特征是：所述的光照传感器采用ROHM公司的BH1750FVI。
10.根据权利要求9所述的一种温室大棚移动智能监控系统，其特征是：所述的摄像头采用OV5658型号摄像头进行图像采集，监测植株病虫害状况。
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- 2018-12-14 CN CN201811531611.3A patent/CN109451279A/zh active Pending
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