CN109658679B - 一种用于田间作物生长数据信息采集无人小型车辆的多模式数据采集装置 - Google Patents

一种用于田间作物生长数据信息采集无人小型车辆的多模式数据采集装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于田间作物生长数据信息采集无人小型车辆的多模式数据采集装置，涉及精准农业技术领域，包括车体、用于田间信息采集的数据采集模块、用于驱动数据采集模块展开和收纳的折叠机构以及用于驱动折叠机构旋转的旋转机构，本发明包括两大块数据采集模块，一是田间地表环境的信息采集，如环境温湿度、光照度等，二是土壤信息采集，前者借助于折叠机构及旋转机构实现，后者借助于信息采集机构实现，采集到的信息借助于相对应的无线传输模块传输至远程的服务器，实现远程采集。

Description

一种用于田间作物生长数据信息采集无人小型车辆的多模式 数据采集装置
技术领域
本发明涉及精准农业技术领域，具体涉及一种用于田间作物生长数据信息采集无人小型车辆的多模式数据采集装置。
背景技术
借助于科学技术的不断快速发展，传统的农业正在向高科技创新型农业转变，高科技农业就需要对田间数据进行采集，并采用计算机进行数据分析，如今的数据采集多由人工或固定式采集装置执行，采集效率低且数据准确性不高。
中国专利公开号为CN105128979U公开了一种全液压轮式田间信息采集平台。该平台包括车体结构、液压装置以及田间信息采集与控制系统。车体采用镰刀型自平衡机构搭载高臂支撑行走轮，通过汽油机直连液压泵产生液压能实现四轮驱动与转向控制，并预留直插式液压能接口。构建的车载电脑与数据采集卡系统，配合角度传感器、光电传感器、视觉传感器、卫星定位接收机、电子罗盘、电液伺服阀等实现对田间田块信息、作物信息以及本身状态信息进行采集、分析与后续的自行走控制。该装置结构紧凑，高地隙使用田间通过性好，行走平稳性高，搭载能力强，为开展视觉导航、卫星定位导航、土壤交互作用关键部件试验、播种施肥关键部件试验以及田间信息采集提供了基础平台。但是其作为一个平台，结构布局稍显简单，功能性以及检测的灵活性不足。且现有的检测手段也存在数据不及时、不准确以及费时费力的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种一种用于田间作物生长数据信息采集无人小型车辆的多模式数据采集装置，以解决现有技术中导致的上述缺陷。
一种用于田间作物生长数据信息采集无人小型车辆的多模式数据采集装置，包括车体、用于田间信息采集的数据采集模块、用于驱动数据采集模块展开和收纳的折叠机构以及用于驱动折叠机构旋转的旋转机构，所述车体的尾部安装有把手；
所述数据采集模块包括摄像模块、温湿度检测传感器、WiFi模块、GPS模块、光照度传感器、二氧化碳浓度传感器、控制模块以及土壤信息采集机构，所述摄像模块、温湿度检测传感器、WiFi模块、GPS模块、光照度传感器、二氧化碳浓度传感器分别连接至控制模块；
所述折叠机构包括侧板、支撑板、连杆、驱动杆、气缸以及可伸缩基板，所述侧板有两个并对称设置，每个侧板上铰接有所述的连杆，连杆的另一端铰接至支撑板的侧面，支撑板的下端与驱动杆铰接，驱动杆连接至气缸的输出轴，所述可伸缩基板固定于两个支撑板之间，所述数据采集模块安装于可伸缩基板上；
所述旋转机构包括伺服电机一、主动齿轮以及从动齿轮，所述伺服电机的输出轴与主动齿轮连接，主动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮转动连接于车体的顶部，所述侧板固定于从动齿轮上。
优选的，所述可伸缩基板包括固定板、活动板、丝杆、定位座、轴承座以及伺服电机二，固定板上设有滑轨，所述活动板的两侧滑动连接于滑轨内，所述定位座安装于活动板的顶面，定位座内螺纹连接所述的丝杆，丝杆的一端连接至所述的伺服电机二且两者之间还安装有所述的轴承座，丝杆的一段通过轴承安装于轴承座内。
优选的，所述车体上还安装有保护罩，所述保护罩上开有通孔，通孔一侧转动连接有与通孔配合的封盖，封盖的转轴连接至伺服电机三，伺服电机三连接至控制模块二。
优选的，所述封盖的直径大于通孔的直径，所述通孔的直径大于从动齿轮的外径。
优选的，所述摄像模块具体为摄像头并内嵌于活动板的底面，所述驱动电源、WiFi模块二以及控制模块二均安装于活动板的顶面。
优选的，所述土壤信息采集机构具体包括采集基板、直线电机一、钻头、直线电机二、探头、土壤湿度传感器、土壤温度传感器以及电导率传感器，所述采集基板固定于车体前端，直线电机一和直线电机二并列安装于采集基板上，且二者的输出轴分别连接钻头和探头，所述土壤湿度传感器、土壤温度传感器以及电导率传感器均安装于探头的侧面且呈周向排列。
优选的，所述WiFi模块也可以是4G通讯模块。
本发明的优点在于：
(1)本发明包括两大块数据采集模块，一是田间地表环境的信息采集，如环境温湿度、光照度等，二是土壤信息采集，前者借助于折叠机构及旋转机构实现，后者借助于信息采集机构实现，采集到的信息借助于相对应的无线传输模块传输至远程的服务器，实现远程采集；
(2)本发明借助于采集小车，实现了田间信息的移动化采集，相比传统采集方式，灵活性高，可以深入农田内部，采集效率及准确性也得到了提升，实现了无人化、移动化的田间作物管理；
(3)数据采集模块集成至折叠机构上，可以根据需要展开和收纳，节省了空间，且操作过程也很方便，借助于旋转机构，能够实现360度无死角检测；
(4)本发明中的可伸缩基板设计成可伸缩结构，扩大了其伸展的长度，如此，也可扩大了检测的范围。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中折叠机构及旋转机构的结构示意图。
图3为本发明中保护罩的结构示意图。
图4为本发明中折叠机构的部分示意图。
图5为本发明中土壤信息采集机构的部分示意图。
图6为本发明中探头部分的结构示意图。
其中，1-车体，2-伺服电机三，3-数据采集模块，31-摄像模块，32-温湿度检测传感器，33-WiFi模块，34-控制模块，35-电源模块，36-GPS模块，37-光照度传感器，38-二氧化碳浓度传感器，39-采集基板，310-直线电机一，311-钻头，312-直线电机二，313-探头，314-土壤湿度传感器，315-土壤温度传感器，316-电导率传感器，4-折叠机构，41-侧板，42-支撑板，43-连杆，44-驱动杆，45-气缸，46-可伸缩基板，460-固定板，461-活动板，462-丝杆，463-定位座，464-轴承座，465-伺服电机二，5-旋转机构，51-伺服电机一，52-主动齿轮，53-从动齿轮，7-保护罩，8-通孔，9-封盖。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图6所示，一种用于田间作物生长数据信息采集无人小型车辆的多模式数据采集装置，包括车体1、用于田间信息采集的数据采集模块3、用于驱动数据采集模块3展开和收纳的折叠机构4以及用于驱动折叠机构4旋转的旋转机构5，所述车体1的尾部安装有把手54；
所述数据采集模块3包括摄像模块31、温湿度检测传感器32、WiFi模块33、GPS模块36、光照度传感器37、二氧化碳浓度传感器38、控制模块34以及土壤信息采集机构，所述摄像模块31、温湿度检测传感器32、WiFi模块33、GPS模块36分别连接至控制模块34，控制模块34连接有用于为上述元件供电的电源模块35；
所述折叠机构4包括侧板41、支撑板42、连杆43、驱动杆44、气缸45以及可伸缩基板46，所述侧板41有两个并对称设置，每个侧板41上铰接有所述的连杆43，连杆43的另一端铰接至支撑板42的侧面，支撑板42的下端与驱动杆44铰接，驱动杆44连接至气缸45的输出轴，所述可伸缩基板46固定于两个支撑板42之间，所述数据采集模块3安装于可伸缩基板46上；
所述旋转机构5包括伺服电机一51、主动齿轮52以及从动齿轮53，所述伺服电机一51的输出轴与主动齿轮52连接，主动齿轮52与从动齿轮53啮合，从动齿轮53转动连接于车体1的顶部，所述侧板41固定于从动齿轮53上。
在本实施例中，所述可伸缩基板46包括固定板460、活动板461、丝杆462、定位座463、轴承座464以及伺服电机二465，固定板460上设有滑轨，所述活动板461的两侧滑动连接于滑轨内，所述定位座463安装于活动板461的顶面，定位座463内螺纹连接所述的丝杆462，丝杆462的一端连接至所述的伺服电机二465且两者之间还安装有所述的轴承座464，丝杆462的一段通过轴承安装于轴承座464内，借助于轴承座464实现丝杆462的支撑，保证其转动的稳定性。
在本实施例中，所述车体1上还安装有保护罩7，所述保护罩7上开有通孔8，通孔8一侧转动连接有与通孔8配合的封盖9，封盖9的转轴连接至伺服电机三10，伺服电机三10连接至控制模块二28。
在本实施例中，所述摄像模块31具体为摄像头并内嵌于活动板461的底面，所述驱动电源26、WiFi模块二28以及控制模块二28均安装于活动板461的顶面，采用隐藏式的摄像模块31，避免了活动板461与固定板460产生干涉。
在本实施例中，所述封盖9的直径大于通孔8的直径，所述通孔8的直径大于从动齿轮53的外径，保证折叠机构4能够顺利展开，其具体尺寸可根据需要设置。
在本实施例中，所述WiFi模块33也可以是4G通讯模块。
此外，所述土壤信息采集机构具体包括采集基板39、直线电机一310、钻头311、直线电机二312、探头313、土壤湿度传感器314、土壤温度传感器315以及电导率传感器316，所述采集基板39固定于车体1前端，直线电机一310和直线电机二312并列安装于采集基板39上，且二者的输出轴分别连接钻头311和探头313，所述土壤湿度传感器315、土壤温度传感器315以及电导率传感器316均安装于探头313的侧面且呈周向排列，土壤信息采集机构中的土壤湿度传感器315、土壤温度传感器315以及电导率传感器316均连接至一控制器(图中未示出)，控制器再通过无线传输模块连接至远程服务器，从而实现远程信息采集。对于直线电机一310和直线电机二312均连接至相应的控制开关和电源模块(图中未示出)。
本发明的工作过程及原理：本发明的车体1可以安装驱动装置，进而实现车体1的前后移动，当需要进行数据采集时，遥控伺服电机三10启动并带动封盖9旋转打开，接着，气缸45收缩并带动驱动杆44平移，借助于支撑板42、连杆43，实现可伸缩基板46的转动，且角度可调，然后，伺服电机二465启动并带动丝杆462旋转，驱动活动板461伸出，摄像模块31缓缓露出，然后伺服电机一51启动并带动从动齿轮53旋转至合适角度，手动遥控主控模块一，打开摄像模块31、温湿度检测传感器32、光照度传感器37、二氧化碳浓度传感器38，对作物进行图形采集、温湿度、光照度以及二氧化碳浓度采集，并经WiFi模块33上传至远程服务器，如此完成田间信息的采集。至于该装置的收纳，则与上述方法相反。
本发明中GPS模块36常开，获取位置信息，并经WiFi模块33上传至远程服务器。
本发明中当需要采集土壤信息时，人工启动直线电机一310的开关，驱动钻311头下行进行打孔作业，打完探测孔后，钻头311复位，移动小车，使得探头位于探测孔的正上方，启动直线电机二312，探头下行，土壤湿度传感器315、土壤温度传感器315以及电导率传感器316检测土壤的温湿度及电导率等信息并传给控制器。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (6)

1.一种用于田间作物生长数据信息采集无人小型车辆的多模式数据采集装置，其特征在于，包括车体（1）、用于田间信息采集的数据采集模块（3）、用于驱动数据采集模块（3）展开和收纳的折叠机构（4）以及用于驱动折叠机构（4）旋转的旋转机构（5）；
所述数据采集模块（3）包括摄像模块（31）、温湿度检测传感器（32）、WiFi模块（33）、GPS模块（36）、光照度传感器（37）、二氧化碳浓度传感器（38）、控制模块（34）以及土壤信息采集机构，所述摄像模块（31）、温湿度检测传感器（32）、WiFi模块（33）、GPS模块（36）、光照度传感器（37）、二氧化碳浓度传感器（38）分别连接至控制模块（34）；
所述折叠机构（4）包括侧板（41）、支撑板（42）、连杆（43）、驱动杆（44）、气缸（45）以及可伸缩基板（46），所述侧板（41）有两个并对称设置，每个侧板（41）上铰接有所述的连杆（43），连杆（43）的另一端铰接至支撑板（42）的侧面，支撑板（42）的下端与驱动杆（44）铰接，驱动杆（44）连接至气缸（45）的输出轴，所述可伸缩基板（46）固定于两个支撑板（42）之间，所述数据采集模块（3）安装于可伸缩基板（46）上；
所述旋转机构（5）包括伺服电机一（51）、主动齿轮（52）以及从动齿轮（53），所述伺服电机一（51）的输出轴与主动齿轮（52）连接，主动齿轮（52）与从动齿轮（53）啮合，从动齿轮（53）转动连接于车体（1）的顶部，所述侧板（41）固定于从动齿轮（53）上；
所述可伸缩基板（46）包括固定板（460）、活动板（461）、丝杆（462）、定位座（463）、轴承座（464）以及伺服电机二（465），固定板（460）上设有滑轨，所述活动板（461）的两侧滑动连接于滑轨内，所述定位座（463）安装于活动板（461）的顶面，定位座（463）内螺纹连接所述的丝杆（462），丝杆（462）的一端连接至所述的伺服电机二（465）且两者之间还安装有所述的轴承座（464），丝杆（462）的一段通过轴承安装于轴承座（464）内。
2.根据权利要求1所述的一种用于田间作物生长数据信息采集无人小型车辆的多模式数据采集装置，其特征在于：所述车体（1）上还安装有保护罩（7），所述保护罩（7）上开有通孔（8），通孔（8）一侧转动连接有与通孔（8）配合的封盖（9），封盖（9）的转轴连接至伺服电机三（10），伺服电机三（10）连接至控制模块（34）。
3.根据权利要求2所述的一种用于田间作物生长数据信息采集无人小型车辆的多模式数据采集装置，其特征在于：所述封盖（9）的直径大于通孔（8）的直径，所述通孔（8）的直径大于从动齿轮（53）的外径。
4.根据权利要求1所述的一种用于田间作物生长数据信息采集无人小型车辆的多模式数据采集装置，其特征在于：所述摄像模块（31）具体为摄像头并内嵌于活动板（461）的底面。
5.根据权利要求1所述的一种用于田间作物生长数据信息采集无人小型车辆的多模式数据采集装置，其特征在于：所述土壤信息采集机构具体包括采集基板（39）、直线电机一（310）、钻头（311）、直线电机二（312）、探头（313）、土壤湿度传感器（314）、土壤温度传感器（315）以及电导率传感器（316），所述采集基板（39）固定于车体（1）前端，直线电机一（310）和直线电机二（312）并列安装于采集基板（39）上，且二者的输出轴分别连接钻头（311）和探头（313），所述土壤湿度传感器（315）、土壤温度传感器（315）以及电导率传感器（316）均安装于探头（313）的侧面且呈周向排列。
6.根据权利要求1所述的一种用于田间作物生长数据信息采集无人小型车辆的多模式数据采集装置，其特征在于：所述WiFi模块（33）也可以是4G通讯模块。
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