CN110747611A - 一种基于图像或机器视觉识别的智能晾晒系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于图像或机器视觉识别的智能晾晒方法与系统，其系统包括图像采集模块，用于采集外部包括天气环境的图像信息，并传送给图像处理识别模块；图像处理识别模块，接收图像采集模块传送的图像信息，并进行初步的分析处理，并将处理后的信息传送给智能处理模块；智能处理模块，完成相关信息的处理与分析，生成控制信号，发送控制模块；控制模块，接收智能处理模块发送的控制命令，指令执行机构完成相关的动作。本发明更能及时精确地识别天气与外部环境参数变化，还能判断晾晒程度与结果，在使用时更加简单、方便、可靠、更智能，可以全程无需人为干预，自动满足晾晒需求。

Description

一种基于图像或机器视觉识别的智能晾晒系统及方法

技术领域

本发明涉及一种基于图像或机器视觉识别的智能晾晒控制系统及方法，属于智能控制技术领域。

背景技术

随着经济的快速发展，科技的不断进步，社会信息化的逐步加快，人们的生活、学习和工作的关系变得越来越密切，信息化、智能化在改变人们传统的生活习惯和工作生产方式，如智能家居、智能控制的概念应运而生，并且得到了快速发展。智能家居能够提升家居的安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能；智能控制在工农生产、二次加工上更是蓬勃发展，如在家庭衣物晾晒、农产品加工晾晒等方面，目前市场上出现的一些智能晾衣架或晾晒装置，大多是通过光敏传感器，温湿度传感器等传感器采集数据，这会造成采集的数据不能及时准确地体现外部环境的变化，在天气环境参数突然快速变化时，传感器检测的参数已经是事后环境变化的反映，控制器无法提前预先作出恰当动作，造成不可挽回损失，即没有实现智能晾晒控制功能。所以现有产品还远远不能满足人们的需求，不能达到智能家居与控制系统的标准。

现有技术方案：

一种智能晾衣架，该智能晾衣架，通过控制系统上的温湿度传感器和光敏传感器，对外界的温度、湿度和光度做出感应，发出信号控制机械传动系统，机械传动系统的电机带动滚轮转动，通过钢丝绳带动相连接的晾衣支架，将衣服等衣物收起，实现自动化的控制。通过GPS定位，利用天气预报知道天气的情况，从而控制晾衣架是否收回。

现有技术的缺点：

1).通过光敏传感器，温湿度传感器等传感器采集数据，这会造成采集的数据不能即时准确地体现外部环境的变化。

2)通过GPS定位，利用天气预报只能知道较大区域的天气情况，不能用来准确判断小区域的天气情况，因此不一定能满足用户需求。

3)该技术没有智能地实现收或晾的功能，不能满足人们进一步的需求。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于图像或机器视觉识别的智能晾晒系统及方法，本智能系统采用图像采集模块对外部天气、环境等图像数据进行采集，图像处理识别模块对图像数据进行识别分析，根据不同晾晒需求情况，控制模块控制执行机构或晾晒装置作出不同的晾晒决策，智能地控制晾晒时长和晾晒角度，还可以智能地收回晾干的晾晒物或根据天气环境与晾晒程度情况自动实现二次晾晒，满足人们的全面需求，实现智能晾晒控制。

本发明采用如下技术方案：

一种基于图像或机器视觉识别的智能晾晒系统，由图像采集模块、图像处理识别模块、环境参数采集模块、辅助参数采集模块、智能处理模块、控制模块组成。

图像采集模块采集外部环境的图像，将采集到的图像送到图像处理识别模块进行处理，通过对外部环境图像的分析，判断环境天气情况及阳光或辐照的照射方位。

a.如果是雨天，控制模块控制执行机构缩回室内，智能处理模块关闭晾晒系统。

b.如果是晴天(包括阴天)，控制模块控制执行机构伸出室外进行晾晒，另外还可以结合环境参数采集模块，按照辐照的照射方位适度旋转、调节执行机构或相应的晾晒方位，使晾晒物得到充分的辐照。

c.如果外面天气是刮风，当风大到不利晾晒条件时，控制模块控制执行机构缩回室内，由智能处理模块关闭晾晒系统。

通过外部环境的图像识别分析，结合辅助参数采集模块；

如果晾晒物达到晾干要求，通过执行机构将晾晒物收回到特定位置，由智能处理模块关闭晾晒系统；

如果晾晒物在一定的外部环境(如光照，温度)下达到晾干时长，控制模块也可控制执行机构收回，由智能处理模块关闭晾晒系统。

一种基于图像或机器视觉识别的智能晾晒方法，包括

步骤1.图像采集模块采集的外部包括外部天气、环境与晾晒物的图像，并将图像采集模块采集的信号传递给图像处理识别模块；

步骤2.图像处理识别模块对采集的图像信号进行标定；

步骤3.图像处理识别模块将标定后的图像信息送入智能处理模块，并结合环境参数采集模块、辅助参数采集模块送来的数据，进行综合分析处理；

包括，图像处理识别模块对外部天气环境的图像数据，智能处理模块进行分析，判断出外部天气环境是否晴天、阴天或雨天。

若为雨天则结束晾晒，执行下一步操作，

图像处理识别模块对晾晒物或环境图像标定数据，再结合环境参数采集模块数据送入智能处理模块进行分析，判断外部环境里风的大小。

若风力超过设定的阈值，则结束晾晒，执行下一步操作，

图像处理识别模块结合环境参数采集模块对晾晒物形变与干湿度数据送入智能处理模块，智能处理模块进行分析，判断晾晒物是否晾干。

若已经晾干则结束晾晒，否则执行下一步操作

智能控制模块判断晾晒时长是否已经达到。

若已经达到，则结束晾晒，否则执行下一步操作；

步骤4.智能处理模块将处理得到的结果，转化为相应的控制信号，控制模块，使得执行机构得到相应的控制结果。

包括a).如果是雨天，那么执行机构，使晾晒物缩回室内，由智能处理模块关闭晾晒系统。

b).如果天气合适晾晒，那么执行机构使晾晒物伸出室外。

c)又进一步包括，当图像处理识别模块对外部环境的图像数据进行识别分析，结合环境参数采集模块，判断出辐照的照射角度，控制模块控制执行机构进行适当角度的旋转调节，使晾晒物得到充足的阳光或辐照。

d).如果风太大，超过设定阈值，那么控制模块缩回室内，由智能处理模块自动关闭晾晒系统。

当图像处理识别模块结合环境参数采集模块对晾晒物进行分析，判断外部环境里风的大小，如果风太大，那么执行机构缩回室内，由智能处理模块自动关闭晾晒系统。

e)如果已经晾干，则结合外部辅助参数采集模块判断在晾晒一定的时间后，通过执行机构将晾晒物收回，或者智能处理模块自动关闭晾晒系统。

进一步的技术方案是，在晾晒过程中可以包括人工晾晒模式和智能晾晒模式，在人工晾晒模式下，人手动操作智能处理模块控制执行机构的伸出与缩回，而智能晾晒模式通过图像采集模块对相关图像进行采集，并通过图像处理识别模块进行分析，以及结合环境参数采集模块、辅助参数采集模块采集的信号，全程智能自动完成晾晒。

本发明的效果：

本系统能更加及时精确地识别天气与外部环境参数变化，还能判断晾晒程度与结果，在使用时更简单、方便、可靠、更智能，可以全程无需人为干预，自动满足不同晾晒需求，解决了用传统传感器采集数据的控制方式不能实时有效满足晾晒要求的问题，解决了普通晾晒系统不能根据不同晾晒需求分别地智能晾晒与收回晾晒物与二次晾晒的问题，并且通过智能技术，还可以使晾晒系统全面满足各种复杂的晾晒需求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为执行机构结构示意图；

图3为图像处理识别模块与智能处理模块信号传递示意图；

图4为环境参数采集模块与智能处理模块信号传递示意图；

图5为辅助参数采集模块与智能处理模块信号传递示意图；

图6为智能晾晒处理模块晾晒处理流程图；

图7为环境参数采集模块的气压传感器模块电路图；

图8为环境参数采集模块的光照度传感器电路图；

图9为环境参数采集模块的风速传感器电路图；

图10为环境参数采集模块的温湿度传感器电路图；

图11为辅助参数采集模块的重力或压力传感器电路图。

图中：1-图像采集模块、2-图像处理识别模块、3-智能处理模块、4-环境参数采集模块、5-辅助参数采集模块、6-控制模块、7-执行机构。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

如图1-6所示，本发明的一种基于图像或机器视觉识别的智能晾晒控制系统，包括图像采集模块1、图像处理识别模块2、智能处理模块3、环境参数采集模块4、辅助参数采集模块5、控制模块6、执行机构7。

图像采集模块1，用于采集外部天气环境的图像数据，并将采集的数据传递给图像处理识别模块2；

图像处理识别模块2，用于接收图像采集模块1传递的图像信息，并对图像信息进行标定处理，并将处理后的信息发送至智能处理模块3。

图像采集模块1，可为数字摄像头也可以使用市面上使用的摄像头，用于直接捕捉影像，然后通过并行口、串行口或者USB接口传送至图像处理识别模块2。

图像采集模块1可采用如下常见的型号：

DS-2CD877MF-SDI

DS-2CD876MF-FCB

DS-2CD4032FWD-SDI

图像处理识别模块2可为通用FPga芯片，如Altera和Xilinx系列芯片。图像识别算法可以是基于神经网络的机器视觉图像识别算法或者基于卷积神经网络的图像识别算法对图像进行标定，上述算法等均为现有的公知技术。

智能处理模块3，用于接收图像处理识别模块2发送的数据，并结合环境参数采集模块4发送的环境状态参数数据，和辅助参数采集模块5采集的辅助参数数据，对上述信息进行综合处理，处理后发送信号给控制模块6；

智能处理模块3可为通用Fpga芯片、ARM嵌入式处理器或者单片机。

环境参数采集模块4，环境参数采集模块4用于采集外部的环境情况(外部环境的温度、外部环境的大气压力、外部环境的风速、外部环境的光照强度)，图像处理识别模块2对晾晒物或环境图像数据，辅助参数采集模块采集晾晒自身的干湿度数据。

环境参数采集模块4包括：

如图10所示，外部环境温湿度传感器：可使用DHT11；芯片AT89552的RST/VPD接电阻R1一端，电阻R2一端，电容C3一端，电阻R2另一端接地，电阻R1另一端接开关SW-BP一端，开关SW-BP另一端接电容C3另一端，并接输入VCC；

AT89552的XTAL2端口接电容C1一端，Y1电解电容一端，电容C1另一端接地，XTAL1端口接电解电容Y1另一端，电容C2一端，电容C1另一端与电容C2另一端相连，并接地；

VCC输入接R3一端，R3第二接头接端子的3号接口，R3的第三接头接端子的18号接口，端子的18号接口接输入，端子的20号接口接地。

如图7所示，气压传感器：HM30系列；，BMP180芯片的IC1VDD端口与VDDIO端口连接，并接入3.3V输入，电阻R1的一端，电阻R2的一端，GND端口接地，SCL端口接单片机的SCL端口，SDA端口接单片机的SDA端口，电阻R1另一端接端子J1的4号端子，电阻R2另一端接端子J1的3号端子，J1的2号端子接地，J1的1号端子接3.3V。

如图9所示，风速传感器：FC8350系列；输入接电阻R5一端相连、电阻R4一端相连、电阻R3一端相连、电阻R1一端相连，电阻R1另一端与开关SW一端相连，电阻R5另一端接三极管Q集电极，电阻R4另一端接电容C1一端，同时也接三极管Q的基极，电阻R3的另一端接电容C1的另一端，并且也接三极管Q1的集电极，开关SW另一端接电阻R2一端，同时也接二极管DIODE的正极，二极管DIODE的负极接三极管Q1的基极，电阻R2的另一端接三极管Q1的发射极和三极管Q的发射极，并接负极。

如图8所示，光照度传感器：TSL2550、bh1750、DZD-T4；其中，芯片STC39C51的T2/P1.0接电阻R1一端，端子SCL端口，T2EXP/P1.1接端子SDA端口，并接电阻R2的一端，电阻R1另一端与电阻R2另一端相连，并接入5V输入，端子VCC接5V输入，端子ADDR端口与GND端口相连并接地；

P1.0端口接LCD1602端子D0端口，P0.1端口接LCD1602端子D2端口，P0.2端口接LCD1602端子D3端口，P0.4端口接LCD1602端子D4端口，P0.5端口接LCD1602端子D5端口，P0.6端口接LCD1602端子D6端口，P0.7端口接LCD1602端子D7端口,LCD1602端子的R/W接EN，LCD1602端子的E接RW，LCD1602端子的R8端口接RS，VCC接VSS，GND接地，LED1接5V输入，LED2接地。

辅助参数采集模块6，用于采集晾晒物自身的的温度信息、压力信息，图像处理识别模块2结合辅助参数采集模块6对晾晒物进行标定。

辅助参数采集模块6包括：

温度传感器：DS18B20；

如图11所示，重力或压力传感器：NS-TH系列或LC401/LCM401系列。

J1端子的1号端口接12V输入，端子U1的VIN输入端口，二极管D1的负极，电容C3的一端，端子U1的VOUT接二极管C1的一端，5V输入，电容C1的一端，端子MPXXV7002DP的2号端口；

J1端子的2号端口接二极管D1的正极，电容C3的另一端，U1端子的GND，并接地，电容C1的另一端，电容C2的另一端，，电容C4的一端，和端子MPXXV7002DP的2号端口；

J1端子的3号端口接电容C4的另一端和端子MPXXV7002DP端子的4号端口。

执行机构7包括一横杆701和一竖杆702，分别有横杆电机703控制和竖杆电机704控制，横杆电机703固定与竖杆702上，横杆701的通过齿轮与横杆电机701的转轴连接，竖杆702也通过另一齿轮与竖杆电机704的伸缩实现。

一种基于图像或机器视觉识别的智能晾晒控制方法，包括以下步骤：

步骤1.图像采集模块1采集的外部包括外部天气、环境与晾晒物的图像，并将图像采集模块1采集的信号传递给图像处理识别模块2；

步骤2.图像处理识别模块2对采集的图像信号进行分析标定；

步骤3.图像处理识别模块2将标定后的图像信息送入智能处理模块3，结合环境参数采集模块4、辅助参数采集模块4送来的信息，进行综合分析处理；

综合分析处理是智能处理模块3根据图像处理识别模块2、环境参数采集模块4和辅助参数采集模块5发送来的数据，按照规定或指定的晾晒要求，以及是否满足或具备晾晒条件而进行综合处理判断，然后发送控制信号给执行机构7执行相关动作；

规定或指定的晾晒要求，以及是否满足或具备晾晒条件而进行综合处理判断包括：

图像处理识别模块2对外部天气环境的图像数据进行分析，判断出外部天气环境是否晴天、阴天或雨天。

若为雨天，则结束晾晒；若无则执行下一步判断，

图像处理识别模块2对晾晒物或环境图像或者结合辅助参数采集模块5进行分析，并根据设定的阈值判断外部环境风力的大小；

若风力超过设定的阈值，则结束晾晒，若无则执行下一步判断，

具体步骤为：

1).图像采集模块1采集晾晒地点周围的图像数据；

2).图像处理识别模块2对图像数据进行处理标记，使其可作为图像识别的样本数据集；

3).风力大小通过环境参数采集模块4的风速传感器测量得到风力数据，智能处理模块3对样本数据集(采集到的不同时刻的环境图像和辅助参数采集模块采集到的风力数据)送至智能处理模块3分析处理，达到分辨出各种天气与风力大小；

图像处理识别模块2结合辅助参数采集模块5对晾晒物进行分析，判断晾晒物是否晾干。

图像处理识别模块2通过拍摄晾晒前与晾晒过程中晾晒物的图像特征变化，不断判别晾晒物的干湿状态，结合辅助参数采集模块5，湿度传感器布置在晾晒物的内部，采集所处位置的参数，可以综合判断晾晒物的干湿情况，当晾晒物图像特征变化与湿度参数值达到设定的值时，即判断衣物呈已晾干的状态。

智能处理模块3判断晾晒时长是否达到设定值；

若达到设定值，则结束晾晒，若无则继续晾晒。

步骤4.智能处理模块3将根据图像处理识别模块2的结果、环境参数采集模块4的环境参数和辅助参数采集模块5的参数进行综合判别处理得到的相应的结果，根据这个结果转化为相应的控制信号发送给控制模块，使得执行机构7得到相应的控制结果。

具体实现过程如下：

a).如果是雨天，那么控制模块6，使晾晒物缩回室内并自动关闭晾晒系统。

b).如果天气合适晾晒，那么控制模块6使晾晒物伸出室内。

c)又进一步包括，当图像处理识别模块2对外部环境的图像数据进行识别分析，结合环境参数采集模块4判断出阳光或辐照的照射角度，通过环境辅助参数采集模块5监测晾晒物内部多处的湿度参数，经过湿度分布图分析进行辐照角度调整，或者通过已有的热成像技术得到湿度参数分布图，然后确定如何调整照射或辐照角度，控制模块6控制执行机构7进行适当角度的旋转调节，使晾晒物得到充足的阳光或辐照。

d).如果风太大，超过设定阈值，那么控制模块6缩回室内或关自动闭晾晒系统。

当图像处理识别模块2结合环境参数采集模块5对晾晒物进行分析，判断外部环境里风的大小，如果风太大，那么控制模块6缩回室内并自动关闭晾晒系统。

外部环境里风的大小判断方法如下：

1.首先采集环境中设置的风情标志在不同时刻的图像，通过图像识别技术判断出风的大小与风向；

2.同时再通过环境参数采集模块采集风力数据；

3.最后将二者结合，从而实现风力大小与风向的判断。

d)如果已经晾干，则结合外部辅助参数采集模块判断在晾晒一定的时间后，通过执行机构将晾晒物收回并由智能处理模块自动关闭晾晒系统。

进一步的技术方案是，在晾晒过程中可以包括人工晾晒模式和智能晾晒模式，在人工晾晒模式下，人可以手动控制整个晾晒过程。

而智能晾晒模式通过图像采集模块对相关图像进行采集，并通过图像处理识别模块进行分析，全程智能自动完成晾晒，无需人为干预。

本发明具有以下特点：

1).结合图像处理识别技术来判别天气与外部环境是否适合晾晒物的晾晒。

2).结合图像处理识别技术，判断阳光或辐照的照射角度，控制或旋转装置，使晾晒物得到充分的晾晒。

3).结合图像处理识别技术与传感器参数，判断外部环境的各个相关参数是否会影响到晾晒物的晾晒，判断晾晒物的晾晒程度，决定晾晒物晾晒时长，从而判断是否收回或关闭系统。

4).结合图像处理识别技术，实现了晾晒系统的智能自动收回与关闭功能，全程自动晾晒功能。

5).智能晾晒系统的工作模式包括手动晾晒与智能晾晒两种模式。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种基于图像或机器视觉识别的智能晾晒方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1.图像采集模块采集外部包括外部天气、环境与晾晒物的图像，并将图像采集模块采集的信号传递给图像处理识别模块；

步骤2.图像处理识别模块对采集的图像信号进行初步标定；

步骤3.图像处理识别模块将标定后的图像信息送入智能处理模块，结合环境参数采集模块、辅助参数采集模块送来的信息，进行综合分析处理；

具体包括，首先图像处理识别模块对外部天气环境的图像数据，送入智能处理模块进行分析，判断出外部天气环境是否雨天；

若为雨天，则结束晾晒；若无则执行下一步判断，

图像处理识别模块对晾晒物或环境图像采集的数据，再结合环境参数采集模块的采集数据，送入智能处理模块进行分析，判断外部环境里风力的大小；

若风力超过设定的阈值，则结束晾晒，若无则执行下一步判断，

图像处理识别模块采集晾晒物的干湿的数据，结合辅助参数采集模块对晾晒物的干湿数据送入智能处理模块进行分析，判断晾晒物是否晾干；

若晾晒物已经晾干，则结束晾晒，若无则执行下一步判断，

智能处理模块判断晾晒时长是否达到设定值；

若达到设定值，则结束晾晒，若无则继续晾晒；

步骤4.智能处理模块将处理得到的结果，转化为相应的控制信号，发送控制模块，使得控制模块得到相应的控制结果，控制模块发送指令至执行机构，控制晾晒物的伸出或缩回；

具体包括a).如果是雨天，那么执行机构，使晾晒物缩回室内，智能处理模块自动关闭晾晒系统；

b).如果天气合适晾晒，那么执行机构使晾晒物伸出室外；

并且，环境参数采集模块判断出辐照的照射角度，控制模块控制相关执行机构进行适当角度的旋转调节，使晾晒物得到充足的阳光或辐照；

c).判断风力是否超过设定的阈值，若超过那么执行机构缩回室内，智能处理模块自动关闭晾晒系统；

d).如果衣物已经晾干，那么执行机构，使晾晒物缩回室内，智能处理模块自动关闭晾晒系统；

e).如果结合外部辅助参数采集模块判断在晾晒一定的时间后已经晾干，则通过执行机构将晾晒物收回，智能处理模块自动关闭晾晒系统。

2.根据权利要求1所述的一种基于图像或机器视觉识别的智能晾晒方法，其特征在于，晾晒过程中可选择人工晾晒模式和智能晾晒模式，在人工晾晒模式下，人手动操作智能处理模块控制执行机构的伸出与缩回；而智能晾晒模式通过图像采集模块对相关图像进行采集，并通过图像处理识别模块进行分析，以及结合环境参数采集模块、辅助参数采集模块采集的信号，全程智能自动完成晾晒。

3.如权利要求1的一种基于图像或机器视觉识别的智能晾晒方法，其特征在于，实现该方法的系统包括图像采集模块、图像处理识别模块、智能处理模块、控制模块、执行机构；

图像采集模块，用于采集外部包括天气环境的图像信息，并传送给图像处理识别模块；

图像处理识别模块，接收图像采集模块传送的图像信息，并进行初步的分析处理，并将处理后的信息传送给智能处理模块；

智能处理模块，完成相关信息的处理与分析，生成控制信号，发送控制模块；

控制模块，接收智能处理模块发送的控制命令并转送至执行机构；

执行机构，接收信号，完成相关的动作；

相关的动作包括使晾晒物收缩，使晾晒物伸出；晾晒物伸出和旋转相应角度。

4.根据权利要求3所述的一种基于图像或机器视觉识别的智能晾晒方法，其特征在于，还包括环境参数采集模块，与智能处理模块信号线相连，其结合图像采集模块采集外部晾晒物中的湿度大小，并将信息发送给智能处理模块。

5.根据权利要求3或4所述的一种基于图像或机器视觉识别的智能晾晒方法，其特征在于，还包括辅助参数采集模块，与智能处理模块信号线相连，其结合图像采集模块采集外部环境风力大小，并将信息发送给智能处理模块。

6.根据权利要求3所述的一种基于图像或机器视觉识别的智能晾晒方法，其特征在于，执行机构包括一横杆和一竖杆，分别由横杆电机控制和竖杆电机控制，横杆电机固定于竖杆上，横杆通过齿轮与横杆电机的转轴连接，竖杆通过另一齿轮与竖杆电机的转轴实现连接。

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