CN109479683A - 一种智能花卉灌溉系统及其种植花卉识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种智能花卉灌溉系统，包括供电模块、主控制模块、种植环境数据采集模块、植物类别识别模块和自动浇灌模块，植物类别识别模块用于采集种植的花卉状态图片并将数据反馈到主控制模块，通过主控制模块进行对比判断种植的花卉品种并自动设定种植花卉所需的生长习性和/或灌溉方式，种植环境数据采集模块用于对种植的生长环境和/或灌溉方式进行采集并将采集到的数据反馈到主控制模块与设定的物质环境要求数据进行对比，以判断是否需要浇灌，自动浇灌模块的浇灌方式通过主控制模块进行控制实现自动控制。既可以用于大型花卉果蔬培育灌溉也可用作家庭浇灌，既减少水的资源浪费，保护了生态环境，也可以让培育养植花卉变得更加简单智能。
Description
技术领域
本发明涉及灌溉作业领域，具体为一种智能花卉灌溉系统及其种植花卉识别方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高，现代生活中喜爱花卉的人越来越多，花卉市场也越来越景气，不仅城市公共区域绿化需要大量花卉植物，一般居民都会在阳台上种植一些观赏类花草植物，一些漂亮兼具小巧可爱的花卉更是得到了各个年龄段人群的青睐。于是如何更加方便智能的花卉的养植，特别是养植中的灌溉问题就成了现在一个值得发掘与研究的方向。
大家都知道，大多数植物对于生存环境所必须的水分含量极为敏感，水分含量过少会影响植物的生长甚至会引起枯萎死亡，过多则会引起植物根部缺氧而溃烂，也会造成水资源的浪费，特别的水资源短缺是我国基本国情，节水措施是今后技术发展中必须考虑的方面。在灌溉技术方面，目前的滴灌技术和定时灌溉，虽然节省人力但浪费水，而且不易控制洒水量，洒水过多会造成花卉的烂根现象。目前市场上的灌溉装置还不能实现智能灌溉，不能够针对不同花卉对水分含量的不同需求，进行合理的灌溉。
发明内容
为了解决现有技术中存在的某种或某些技术问题，本发明的目的之一在于提供一种智能花卉灌溉系统，既可以用于大型花卉果蔬培育灌溉也可用作家庭浇灌，既减少水的资源浪费，保护了生态环境，也可以让培育养植花卉变得更加简单智能。
为解决上述现有的技术问题，本发明采用如下方案：
一种智能花卉灌溉系统，包括供电模块、主控制模块、种植环境数据采集模块、植物类别识别模块和自动浇灌模块，各模块之间均与所述主控制模块连接，所述植物类别识别模块用于采集种植的花卉状态图片并将数据反馈到所述主控制模块，通过所述主控制模块的内部存储数据库进行对比判断种植的花卉品种并自动设定种植花卉所需的生长习性和/或灌溉方式，所述种植环境数据采集模块用于对种植的生长环境和/或灌溉方式进行采集并将采集到的数据反馈到所述主控制模块与设定的物质环境要求数据进行对比，以判断是否需要浇灌，所述自动浇灌模块的浇灌方式通过所述主控制模块进行控制实现自动控制。
进一步地，所述主控制模块包括单片机、对所述植物类别识别模块采集的数据进行处理并识别出图片中花卉类别的物体识别模块、对种植花卉所需的生长习性和灌溉方式进行自动调取并设置的数据库索引模块，所述数据库索引模块和所述种植环境数据采集模块输出的数据通过所述单片机进行对比分析，所述自动浇灌模块通过所述单片机的对比分析结果进行灌溉控制。
进一步地，所述种植环境数据采集模块包括土壤湿度传感器、温度传感器或光照强度传感器中的一种或多种。
进一步地，所述土壤湿度传感器插在所需养植的花卉土壤中，实时采集土壤的湿度值，所述温度传感器与所述光照强度传感器分别采集当前温度和光照信息，所述种植环境数据采集模块采集的土壤湿度、当前温度和光照信息均反馈给所述单片机与系统设定值相对比。
进一步地，所述自动浇灌模块包括营养液箱、与所述营养液箱连接的输水管、设在所述输送管一端的出水口及对所述营养液想内的液体进行输出的电池阀，所述出水口是否喷洒液体通过所述单片机对所述电池阀进行自动控制。
进一步地，所述出水口灌溉方式包括喷洒式和滴灌式，所述出水口与所述输水管之间通过螺纹连接。
进一步地，所述供电模块包括电源接线和继电器，所述主控制模块和所述植物类别识别模块通过所述供电模块供电。
进一步地，还包括报警模块，所述报警模块采用蜂鸣器，所述植物类别识别模块为摄像头。
为了解决现有技术中存在的某种或某些技术问题，本发明的目的之二在于提供一种种植花卉识别方法。
为解决上述现有的技术问题，本发明采用如下方案：
一种种植花卉识别方法，其特征在于：包括
步骤一：将种植的花卉区域与背景图像分离，以减少背景的干扰；
步骤二：通过所述植物类别识别模块采集种植的植物图片并传输到所述物体识别模块中，所述物体识别模块基于显著性检测GrabCut分割算法提取花卉图像特征；
步骤三：提取花卉图像特征包括颜色特征和形状特征，并在处理过程中对图像进行增强和压缩以提取其纹理特征，然后使用SVM内核分类器融合多种底层视觉特征信息，进行基于综合特征的自然花卉种类识别分类，以得到精确的品种识别。
进一步地，所述花卉图像特征中所使用的底层特征分别是颜色直方图、SIFT特征以及基于图像增强的纹理特征。
相比现有技术，本发明的目的之一的有益效果在于：
本发明涉及的是一种能够智能判断花卉生长环境要求特别是水含量的要求，对花卉进行自动灌溉的一种智能花卉灌溉系统，当植物类别识别模块拍摄花卉的图片后，通过物体识别模块识别出图片中花卉类别，再去主控制模块根据花卉的种类索引出所需灌溉方式，并将其存储在单片机中，即使花卉养植者对多种花卉的生长习性和灌溉措施不了解，也能为花卉提供适宜的生长环境，自动浇灌模块可以喷洒出水或者营养液等液体，若是花卉长势不佳缺乏营养，可以根据所拍摄图片识别出来智能的对花卉进行施肥，从而使本发明既可以用于大型花卉果蔬培育灌溉也可用作家庭浇灌，既减少水的资源浪费，保护了生态环境，也可以让培育养植花卉变得更加简单智能。
相比现有技术，本发明的目的之二的有益效果在于：
将图像分割理论和高斯混合模型相结合，可得到更好的分割结果，且选择不同的特征来描述花的不同属性有助于花卉识别，基于综合特征的自然花卉种类识别方法，融合了多种底层视觉特征信息，利用SVM内核分类器对花卉图像进行识别分类，可以得到较高的识别率。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明中两种出水口的结构示意图；
图3为本发明中电池阀和输水管的组合结构示意图；
图4为本发明中输水管和营养液箱的组合结构示意图；
图中：光照强度传感器1、温度传感器2、种植环境数据采集模块3、土壤湿度传感器4、数据库索引模块5、主控制模块6、继电器7、电源接线8、供电模块9、植物类别识别模块10、电池阀11、营养液箱12、自动浇灌模块13、输水管14、出水口15、单片机16、报警模块17、物体识别模块18、喷洒式901、滴灌式902。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施例一
如图1～4所示，一种智能花卉灌溉系统，包括供电模块9、主控制模块6、种植环境数据采集模块3、植物类别识别模块10和自动浇灌模块13，各模块之间均与所述主控制模块6连接，所述植物类别识别模块10用于采集种植的花卉状态图片并将数据反馈到所述主控制模块6，通过所述主控制模块6的内部存储数据库进行对比判断种植的花卉品种并自动设定种植花卉所需的生长习性和/或灌溉方式，所述种植环境数据采集模块3用于对种植的生长环境和/或灌溉方式进行采集并将采集到的数据反馈到所述主控制模块6与设定的物质环境要求数据进行对比，以判断是否需要浇灌，所述自动浇灌模块13的浇灌方式通过所述主控制模块6进行控制实现自动控制；所述主控制模块6包括单片机16、对所述植物类别识别模块10采集的数据进行处理并识别出图片中花卉类别的物体识别模块18、对种植花卉所需的生长习性和灌溉方式进行自动调取并设置的数据库索引模块5，所述数据库索引模块5和所述种植环境数据采集模块3输出的数据通过所述单片机16进行对比分析，所述自动浇灌模块13通过所述单片机16的对比分析结果进行灌溉控制；所述种植环境数据采集模块3包括土壤湿度传感器4、温度传感器2或光照强度传感器1中的一种或多种；所述土壤湿度传感器4插在所需养植的花卉土壤中，实时采集土壤的湿度值，所述温度传感器2与所述光照强度传感器1分别采集当前温度和光照信息，所述种植环境数据采集模块3采集的土壤湿度、当前温度和光照信息均反馈给所述单片机16与系统设定值相对比；所述自动浇灌模块13包括营养液箱12、与所述营养液箱12连接的输水管14、设在所述输送管一端的出水口15及对所述营养液想内的液体进行输出的电池阀11，所述出水口15是否喷洒液体通过所述单片机16对所述电池阀11进行自动控制；所述出水口15灌溉方式包括喷洒式901和滴灌式902，所述出水口15与所述输水管14之间通过螺纹连接；所述供电模块9包括电源接线8和继电器7，所述主控制模块6和所述植物类别识别模块10通过所述供电模块9供电；还包括报警模块17，所述报警模块17采用蜂鸣器，所述植物类别识别模块10为摄像头。
在实际使用过程中，各模块之间可以全部或者部分通过供电模块9进行供电，而某些非供电模块9供电的各模块可以采用自带电源结构，例如太阳能充电或者蓄电池等，当植物花卉种植后，首先通过植物类别识别模块10拍摄种植的花卉图片，然后将该图片发送到主控制模块6中，通过主控制模块6识别出图片中花卉类别并根据花卉的种类索引出所需灌溉方式，然后通过自动浇灌模块13对不同的花卉进行不同形式的浇灌，即使花卉养植者对多种花卉的生长习性和灌溉措施不了解，也能为花卉提供适宜的生长环境，自动浇灌模块13可以喷洒出水或者营养液等液体，若是花卉长势不佳缺乏营养，可以根据所拍摄图片识别出来智能的对花卉进行施肥方式，从而使本发明既可以用于大型花卉果蔬培育灌溉也可用作家庭浇灌，既减少水的资源浪费，保护了生态环境，也可以让培育养植花卉变得更加简单智能。
作为优选，主控制模块6由单片机16、对所述植物类别识别模块10采集的数据进行处理并识别出图片中花卉类别的物体识别模块18和对种植花卉所需的生长习性和灌溉方式进行自动调取并设置的数据库索引模块5组成，当植物类别识别模块10采集到的图片传输到主控制模块6后，通过数据库索引模块5内的不同花卉基础样本与传输的照片进行对比后确定种植花卉的种类，和然后将识别出的花卉种类传输到种植环境数据采集模块3内对该植物花卉所需的种植环境数据进行智能搜索确定，然后再讲该数据输出到单片机16内进行存储，当种植环境数据采集模块3时时采集并传输的数据传输到单片机16后，可以通过单片机16对时时数据和系统数据进行对比分析，从而使自动浇灌模块13可以通过单片机16的对比分析结果进行不同灌溉方式的自动控制，在浇灌过程中，能够智能判断花卉生长环境要求特别是水含量的要求，且不同的花卉需要怎么样的种植环境都是通过系统自动识别，不再需要人工进行操作，使花卉的种植更加简单方便。
进一步的，在对种植环境进行监测时，种植环境数据采集模块3包括土壤湿度传感器4、温度传感器2或光照强度传感器1中的一种或多种，土壤湿度传感器4插在所需养植的花卉土壤中，实时采集土壤的湿度值，温度传感器2与光照强度传感器1分别采集当前温度和光照信息，将其反馈给单片机16与内部存储的湿度、温度与光照的值相对比，这三个传感器可以结合花卉的生长习性对花卉进行合理的灌溉，在种植环境数据采集模块3采集过程中，连续不断的将采集信息反馈与单片机16，将采集信息与该花卉的生长所需信息值相比较，若是实际土壤湿度值与所需值之间的偏离大于一个固定值，由单片机16发出指令控制自动浇灌模块13对花卉进行灌溉。
同时，所述自动浇灌模块13由营养液箱12、与所述营养液箱12连接的输水管14、设在所述输送管一端的出水口15及对所述营养液想内的液体进行输出的电池阀11组成，电池阀11通过单片机16控制开关，出水口15是否喷洒液体通过单片机16对电池阀11进行自动开关控制后实现浇灌处理，其中营养液箱12中可以放置营养液，若是花卉长势不佳缺乏营养，可以根据所拍摄图片识别出来，通过单片机16控制营养液箱12的电磁阀来智能的对花卉进行施肥。
而出水口15灌溉方式包括喷洒式901和滴灌式902两种，输水管14可以连接两种类型的灌溉出水口15，当采用喷洒式901时，在大面积的花卉养植中，插在所种植花卉中央位置，可灌溉大范围的植被，当采用滴灌式902时，适用于家庭花卉种植，插入每盆花的土壤中，更加细致精确对少数花卉进行灌溉，出水口15与输水管14之间通过螺纹连接，输水管14连接部一端内壁上设有内螺纹，喷洒式901和滴灌式902的出水口15一端设有与内螺纹相匹配的外螺纹，连接后密封性性更好，牢固性高，不易脱落。
作为优选，供电模块9由电源接线8和继电器7组成，所述主控制模块6和所述植物类别识别模块10通过所述供电模块9供电，在整个单片机16的控制过程中，继电器7用小电流控制大电流，通过各种传感器采集的数据控制电磁阀进行开闭，结构更加简单，生产成本低，控制方便，灵活性高，适用范围广。
进一步的，整个系统还包括报警模块17，报警模块17采用蜂鸣器，如果采集到的图片中进行分析后出现花卉病变、虫害等本系统不能智能解决的问题，则通过单片机16启动蜂鸣器进行报警，进行人工干预，而植物类别识别模块10采用高清的摄像头，在对图片进行识别时，清晰度更高，且图片采集更加简单方便，成本更低。
实施例二
在实施例一的基础上提出了一种种植花卉的识别方法，其具体步骤如下：
步骤一：将种植的花卉区域与背景图像分离，以减少背景的干扰；
步骤二：通过所述植物类别识别模块10采集种植的植物图片并传输到所述物体识别模块18中，所述物体识别模块18基于显著性检测GrabCut分割算法提取花卉图像特征；
步骤三：提取花卉图像特征包括颜色特征和形状特征，并在处理过程中对图像进行增强和压缩以提取其纹理特征，然后使用SVM内核分类器融合多种底层视觉特征信息，进行基于综合特征的自然花卉种类识别分类，以得到精确的品种识别；
所述花卉图像特征中所使用的底层特征分别是颜色直方图、SIFT特征以及基于图像增强的纹理特征。
摄像头拍摄花卉的图片，通过物体识别模块18识别出图片中花卉类别，该模块针对花卉的特性，提取花卉图像的颜色特征和形状特征，并在处理过程中对图像进行增强和压缩以提取其纹理特征，最后使用SVM内核分类器融合多种底层视觉特征信息，进行基于综合特征的自然花卉种类识别分类，以期得到较高的识别效果。
为了更好地识别花卉，需要将花卉区域与背景图像分离，以减少背景的干扰，本模块利用了基于显著性检测GrabCut分割算法提取花卉图像，GrabCut算法是一种基于交互式彩色图像的分割算法，将图像分割理论和高斯混合模型相结合，可得到更好的分割结果。然后选择不同的特征来描述花的不同属性有助于花卉识别，本模块使用的底层特征分别是颜色直方图、SIFT特征以及基于图像增强的纹理特征，这种基于综合特征的自然花卉种类识别方法，融合了多种底层视觉特征信息，利用SVM内核分类器对花卉图像进行识别分类，可以得到较高的识别率。
再去数据库索引模块5根据花卉的种类索引出所需灌溉方式即最适宜的温度、光照强度和土壤湿度的值，并将其存储在单片机16中，即使花卉养植者对多种花卉的生长习性和灌溉措施不了解，也能为花卉提供适宜的生长环境。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种智能花卉灌溉系统，其特征在于：包括供电模块、主控制模块、种植环境数据采集模块、植物类别识别模块和自动浇灌模块，各模块之间均与所述主控制模块连接，所述植物类别识别模块用于采集种植的花卉状态图片并将数据反馈到所述主控制模块，通过所述主控制模块的内部存储数据库进行对比判断种植的花卉品种并自动设定种植花卉所需的生长习性和/或灌溉方式，所述种植环境数据采集模块用于对种植的生长环境和/或灌溉方式进行采集并将采集到的数据反馈到所述主控制模块与设定的物质环境要求数据进行对比，以判断是否需要浇灌，所述自动浇灌模块的浇灌方式通过所述主控制模块进行控制实现自动控制。
2.根据权利要求1所述的一种智能花卉灌溉系统，其特征在于：所述主控制模块包括单片机、对所述植物类别识别模块采集的数据进行处理并识别出图片中花卉类别的物体识别模块、对种植花卉所需的生长习性和灌溉方式进行自动调取并设置的数据库索引模块，所述数据库索引模块和所述种植环境数据采集模块输出的数据通过所述单片机进行对比分析，所述自动浇灌模块通过所述单片机的对比分析结果进行灌溉控制。
3.根据权利要求2所述的一种智能花卉灌溉系统，其特征在于：所述种植环境数据采集模块包括土壤湿度传感器、温度传感器或光照强度传感器中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种智能花卉灌溉系统，其特征在于：所述土壤湿度传感器插在所需养植的花卉土壤中，实时采集土壤的湿度值，所述温度传感器与所述光照强度传感器分别采集当前温度和光照信息，所述种植环境数据采集模块采集的土壤湿度、当前温度和光照信息均反馈给所述单片机与系统设定值相对比。
5.根据权利要求1所述的一种智能花卉灌溉系统，其特征在于：所述自动浇灌模块包括营养液箱、与所述营养液箱连接的输水管、设在所述输送管一端的出水口及对所述营养液想内的液体进行输出的电池阀，所述出水口是否喷洒液体通过所述单片机对所述电池阀进行自动控制。
6.根据权利要求5所述的一种智能花卉灌溉系统，其特征在于：所述出水口灌溉方式包括喷洒式和滴灌式，所述出水口与所述输水管之间通过螺纹连接。
7.根据权利要求1所述的一种智能花卉灌溉系统，其特征在于：所述供电模块包括电源接线和继电器，所述主控制模块和所述植物类别识别模块通过所述供电模块供电。
8.根据权利要求1所述的一种智能花卉灌溉系统，其特征在于：还包括报警模块，所述报警模块采用蜂鸣器，所述植物类别识别模块为摄像头。
9.一种基于权利要求1～8任一项所述的种植花卉识别方法，其特征在于：包括
步骤一：将种植的花卉区域与背景图像分离，以减少背景的干扰；
步骤二：通过所述植物类别识别模块采集种植的植物图片并传输到所述物体识别模块中，所述物体识别模块基于显著性检测GrabCut分割算法提取花卉图像特征；
步骤三：提取花卉图像特征包括颜色特征和形状特征，并在处理过程中对图像进行增强和压缩以提取其纹理特征，然后使用SVM内核分类器融合多种底层视觉特征信息，进行基于综合特征的自然花卉种类识别分类，以得到精确的品种识别。
10.根据权利要求9所述的种植花卉识别方法，其特征在于：所述花卉图像特征中所使用的底层特征分别是颜色直方图、SIFT特征以及基于图像增强的纹理特征。
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