CN112781647A - 一种生长中水果品质微型智能飞行检测器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种生长中水果品质微型智能飞行检测器，包括飞行器，其特征在于，包括：设置在飞行器上的控制单元、信息采集单元、数据上传单元，所述控制单元与飞行器连接用于控制飞行器飞行，所述控制单元与地面控制端通讯连接，所述控制单元依次与信息采集单元、数据上传单元连接，所述数据上传单元与云端服务器通讯连接，本发明通过实时监视水果生长中多个品质状态参数，实现水果生长中的数字化、物联网品质检测及控制，达到优质高效生产的目的。

Description

一种生长中水果品质微型智能飞行检测器

技术领域

本发明涉及生长中水果品质的智能监控技术领域，尤其涉及一种生长中水果品质微型智能飞行检测器。

背景技术

水果的生长是一个复杂而又耗时的过程，一般都要经历幼苗期、生长期、开花期、落果期、果实膨大期和果实成熟期。果农需要在不同的生长时期完成果园的除草、浇水施肥、打药剪枝等工作，因此果园的监管水平直接影响了水果产量与水果品质。随着人工成本的增加，果园的机械化生产显得尤为重要，农机装备是减少人工、降低成本的重要因素。近年来植保无人机的发展大大提高了作业效率，如多光谱无人机、水肥一体无人机，实现了田间检测与精准施肥。但上述装备不适用于果园水果生长状况的监测，只适合大面积区域的旱情、病虫害的检测，不能精准对微观小目标的水果进行检测。对于水果的生长状况而言，需要的监测手段是一种近距离、可同时兼顾内外品质的装备，通过智能检测方法与智能装备实现水果不同生长期的生长状况的监视，减少不必要的人力物力，为实现精准农业提供一种技术手段，而目前还没有这样的装备技术。

发明内容

本发明提供一种生长中水果品质微型智能飞行检测器，用以解决现有技术中不能精准对微观小目标的水果品质进行检测的缺陷。

本发明提供一种生长中水果品质微型智能飞行检测器，包括飞行器，包括：设置在飞行器上的控制单元、信息采集单元、数据上传单元，所述控制单元与飞行器连接用于控制飞行器飞行，所述控制单元与地面控制端通讯连接，所述控制单元依次与信息采集单元、数据上传单元连接，所述数据上传单元与云端服务器通讯连接。

根据本发明提供的一种生长中水果品质微型智能飞行检测器，所述信息采集单元包括光学检测单元、图像检测单元、超声波检测单元、温度检测单元、湿度检测单元。

根据本发明提供的一种生长中水果品质微型智能飞行检测器，所述光学检测单元包括遮光外壳、卤素灯和光谱传感器，所述遮光外壳设置在飞行器的一侧，所述卤素灯和光谱传感器设置在遮光外壳内。

根据本发明提供的一种生长中水果品质微型智能飞行检测器，所述图像检测单元包括设置在飞行器顶部的第一摄像头和设置在在飞行器底部的第二摄像头。

根据本发明提供的一种生长中水果品质微型智能飞行检测器，所述第一摄像头通过旋转轴设置在舵机上，所述旋转轴水平设置用于保持第一摄像头的摄像方向处于水平。

根据本发明提供的一种生长中水果品质微型智能飞行检测器，所述超声波检测单元包括第一超声波传感器和第二超声波传感器，所述第一超声波传感器设置在飞行器的一侧，所述第二超声波传感器设置在飞行器的底部。

根据本发明提供的一种生长中水果品质微型智能飞行检测器，所述云端服务器与智能终端通讯连接。

根据本发明提供的一种生长中水果品质微型智能飞行检测器，所述飞行器上设有与控制单元连接的天线。

根据本发明提供的一种生长中水果品质微型智能飞行检测器，所述飞行器的外圈设有防撞海绵。

根据本发明提供的一种生长中水果品质微型智能飞行检测器，所述飞行器上设有照明灯，所述照明灯与控制单元连接。

本发明提供的生长中水果品质微型智能飞行检测器，通过实时监视水果生长中多个品质状态参数，实现水果生长中的数字化、物联网品质检测及控制，达到优质高效生产的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的生长中水果品质微型智能飞行检测器的顶部结构示意图；

图2是本发明提供的生长中水果品质微型智能飞行检测器的底部结构示意图；

图3是本发明提供的生长中水果品质微型智能飞行检测器的系统连接图；

附图标记：

1：飞行器； 2：舵机； 3：天线；

4：控制单元； 5：第一摄像头； 6：防撞海绵；

7：照明灯； 8：遮光外壳； 9：卤素灯；

10：光谱传感器； 11：第一超声波传感器； 12：第二超声波传感器；

13：第二摄像头； 14：温度传感器； 15：湿度传感器；

16：地面控制端； 17：光学检测单元； 18：图像检测单元；

19：超声波检测单元； 20：信息采集单元； 21：数据上传单元；

22：云端服务器； 23：智能终端。

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，下面将结合本发明中的附图，对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。

下面结合图1-图3描述本发明的一种生长中水果品质微型智能飞行检测器，包括飞行器1，飞行器1为无人机，内置自身的控制装置，用于控制飞行器飞行，还设置有与控制装置连接的加速度计、陀螺仪、电子罗盘、气压传感器和GPS+BDS定位模块，依据PID算法校正飞行姿态，包括：设置在飞行器1上的控制单元4、信息采集单元20、数据上传单元21，控制单元4为单片机，数据上传单元21为通讯模块，可以为WiFi模块、4G网络模块。控制单元4与飞行器1连接用于控制飞行器1飞行，即控制单元4与飞行器1自身的控制装置连接，用于接收和发送由地面控制端16传输的指令，控制单元4与地面控制端16通讯连接，控制单元4依次与信息采集单元20、数据上传单元21连接，数据上传单元21与云端服务器22通讯连接。地面控制端16远程向控制单元4发送指令及目标位置，控制单元4控制飞行器1平稳飞行至目标位置，然后控制信息采集单元20采集信息，并将信息通过数据上传单元21发送至云端服务器22。

信息采集单元21包括光学检测单元17、图像检测单元18、超声波检测单元19、温度检测单元14、湿度检测单元15。

光学检测单元17包括遮光外壳8、卤素灯9和光谱传感器10，遮光外壳8设置在飞行器1的一侧，卤素灯9和光谱传感器10设置在遮光外壳8内。光谱传感器10为可见-近红外光谱传感器，遮光外壳8为光谱采集提供了一个较为封闭的环境。当飞行器1贴近检测目标后，贴在目标物上采集目标的光谱信息，所述光谱信息是卤素灯9发射出的光线经透射与反射后的各个波段的反射率，光谱信息携带了果实内部的品质信息，可以用来分析果实内部品质参数，建立糖度、水分、营养状况、成熟度等定量分析模型。

图像检测单元18包括设置在飞行器1顶部的第一摄像头5和设置在在飞行器1底部的第二摄像头13。第一摄像头5通过旋转轴设置在舵机2上，舵机2带动旋转轴旋转，所述旋转轴水平设置用于保持第一摄像头5的摄像方向处于水平。其中第二摄像头13位于飞行器1的底部，在飞行时面向下方，用于寻找下方果树位置，第一摄像头5位于机架上方，第一摄像头5的角度可调整，由舵机2配合齿轮带动转动轴。第一摄像头5用于采集检测器正前方的图像，由于检测器在前进时会有前倾角度，悬停时处于水平，因此转动轴可以保证第一摄像头5的视线处于水平方向。

超声波检测单元19包括第一超声波传感器11和第二超声波传感器12，第一超声波传感器11设置在飞行器1的一侧，优选设置在遮光外壳8内，第二超声波传感器12设置在飞行器1的底部。第一超声波传感器11用于配合图像检测单元18计算果实体积，第二超声波传感器12向下发送超声波用于检测飞行高度与判断是否有障碍物。

温度检测单元14与湿度检测单元15分别用于检测水果周围的温湿度环境，温度检测单元14为温度传感器，湿度检测单元15为湿度传感器。温度检测单元14与湿度检测单元15设置在飞行器1的底部。

云端服务器22与智能终端23通讯连接。智能终端23为手机或电脑，为果园管理者使用，可用于数据查询，数据查询可借助手机软件、网页等实现数据展示，果园管理者通过软件程序可以直观地观察出果实的生长状况与区域分布，或基于这些信息启动自动植保装备系统工作。

飞行器1上设有与控制单元4连接的天线3。天线3接收地面控制单元传来的飞行指令。

飞行器1的外圈设有防撞海绵6。防撞海绵6用于保护飞行器1。

飞行器1上设有照明灯7，照明灯7与控制单元4连接。照明灯7用于照明。

本发明所述检测器的具体的工作流程为：

当启动所述一种生长中水果品质微型智能飞行检测器后，检测器从机库出发，依据GPS+BDS定位模块导航飞行至预先设定区域，该区域是工作的起始点。从起始点出发，飞行高度设置为高于果树平均高度3米，目的在于前进时不被树枝干扰，保证飞行区域空旷。检测器进入寻找目标模式，依靠底部的第二摄像头13寻找果树。当发现目标后，悬停，此时处于待检测区域，然后下降高度并启动第一摄像头5。当第一摄像头5发现目标后检测器进入悬停状态，开始采集目标外部信息，判断其颜色、大小以及病虫害情况。检测器修正高度与待测目标平齐，然后逐渐靠近目标，由第一超声波传感器11判断与目标的相对距离，当进入检测距离时，由电机驱动遮外壳8向前移动。遮光外壳8上设有限位开关，所述限位开关用于判断目标位置到位，当触发限位开关时，可见-近红外光谱传感器10采集实时的光谱信息，由温度传感器14记录当时的温度信息，由湿度传感器15记录当时的湿度。所述内外部信息采集后会通过数据上传单元21及时上传至云端服务器22，信息包括光谱、图像、超声测距、温度、湿度等，并存入MySQL数据库中，以便于智能终端23查询。云端服务器22是实现数据处理与管理的核心，云端服务器22接收到数据后进行解析，并将数据带入预测模型，获取果实的品质信息(颜色、大小、糖度等)、病虫害程度(决定施药种类和施药量)、营养需求状况(决定施肥种类和施肥量)、水分需求情况(决定是否灌溉)等。数据采集完成后，检测器返回待检测区域，继续执行下一个任务。结束工作后，检测器依靠GPS+BDS信息飞行至机库，降落充电。

飞行检测器不局限于只有1台，为提高工作效率可以将果园标记好区域，由检测器群分别完成目标区域的监测，当有检测器发生故障时可由其他检测器代替其作业。本发明所述检测器可以实现自动监测水果的生长状态，实时检测水果的多个参数指标，包括果实的病虫害状况、温度、湿度和果实的颜色、体积、水分、总糖含量、农药残留、营养状态以及成熟度等生长信息。不仅能为果园的浇水施肥、打药剪枝、花蕾疏剪等工作提供方向指导，还可以准确预测果实的成熟期，指导果农在最佳时期采摘，保证果园的优质高产。同时为无人果园的智能决策提供了重要的大数据信息，提高水果生产的信息收集、智能决策和精准作业能力，有助于推进形成面向大宗农产品生产的信息化智能化整体解决方案。

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 (10)

1.一种生长中水果品质微型智能飞行检测器，包括飞行器，其特征在于，包括：设置在飞行器上的控制单元、信息采集单元、数据上传单元，所述控制单元与飞行器连接用于控制飞行器飞行，所述控制单元与地面控制端通讯连接，所述控制单元依次与信息采集单元、数据上传单元连接，所述数据上传单元与云端服务器通讯连接。

2.根据权利要求1所述的生长中水果品质微型智能飞行检测器，其特征在于，所述信息采集单元包括光学检测单元、图像检测单元、超声波检测单元、温度检测单元、湿度检测单元。

3.根据权利要求2所述的生长中水果品质微型智能飞行检测器，其特征在于，所述光学检测单元包括遮光外壳、卤素灯和光谱传感器，所述遮光外壳设置在飞行器的一侧，所述卤素灯和光谱传感器设置在遮光外壳内。

4.根据权利要求3所述的生长中水果品质微型智能飞行检测器，其特征在于，所述图像检测单元包括设置在飞行器顶部的第一摄像头和设置在在飞行器底部的第二摄像头。

5.根据权利要求4所述的生长中水果品质微型智能飞行检测器，其特征在于，所述第一摄像头通过旋转轴设置在舵机上，所述旋转轴水平设置用于保持第一摄像头的摄像方向处于水平。

6.根据权利要求3所述的生长中水果品质微型智能飞行检测器，其特征在于，所述超声波检测单元包括第一超声波传感器和第二超声波传感器，所述第一超声波传感器设置在飞行器的一侧，所述第二超声波传感器设置在飞行器的底部。

7.根据权利要求1所述的生长中水果品质微型智能飞行检测器，其特征在于，所述云端服务器与智能终端通讯连接。

8.根据权利要求3所述的生长中水果品质微型智能飞行检测器，其特征在于，所述飞行器上设有与控制单元连接的天线。

9.根据权利要求1所述的生长中水果品质微型智能飞行检测器，其特征在于，所述飞行器的外圈设有防撞海绵。

10.根据权利要求1所述的生长中水果品质微型智能飞行检测器，其特征在于，所述飞行器上设有照明灯，所述照明灯与控制单元连接。

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