CN112806342A - 一种基于openMV自动对靶施药控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明专利公开了一种基于openMV自动对靶施药控制系统，包括openMV机器视觉模块、电源电路模块、自动对靶模块、自动调节喷头高度模块、自动施药模块；openMV机器视觉模块包括图像采集模块、图像处理模块、单片机控制模块。一种基于openMV自动对靶施药控制系统通过openMV图像采集模块对作业区图像进行采集，再将采集图像进行处理，最后根据处理结果由单片机控制执行机构自动对靶、自动调节喷头高度、自动施药。本发明专利基于openMV机器视觉可以实现喷雾机自动对靶施药，有效节省药液，保护环境，减轻人力。
Description
技术领域
本发明专利涉及智能植保喷雾机电子技术领域，具体为一种基于openMV自动对靶施药控制系统。
背景技术
农业生产上为保证粮食的丰收稳收，植保机械的应用必不可少，为防治病虫害，农药是最行之有效的手段，而农药的使用效果却取决于植保机械的先进程度，我国的植保机械发展了多年取得了显著成绩，由最开始的手摇背负式喷雾器到后来的自走式喷杆喷雾机实现了机械化自动化。现有的喷杆喷雾机是一种广泛应用的植保机械，然而在一些应用场合其施药效果却不够好，我国农作物种植种类繁多，不同农作物种植行距往往不同，有些相差悬殊，而现有的喷杆喷雾机喷头间距固定，喷头高度需要人为进行调整，喷头开启关闭也需要人来控制，以上不足造成自走式喷杆喷雾机在喷施不同行距作物时喷头不能对靶施药，操作步骤复杂，严重降低农药利用率和病虫害防治效果，同时造成资源浪费、环境污染。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明专利提供了一种基于openMV自动对靶施药控制系统，将电子控制技术、人工智能技术与现有的自走式喷杆喷雾机结合，实现智能化减轻人力、提高农药利用率保护环境。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种基于openMV自动对靶施药控制系统，包括openMV机器视觉模块、电源电路模块、自动对靶模块、自动调节喷头高度模块、自动施药模块；所述openMV机器视觉模块以STM32F427CPU为核心，集成了OV7725摄像头芯片，用C语言高效地实现了核心机器视觉算法，提供Python编程接口；所述openMV模块核心机器视觉算法包括寻找色块、边缘检测、标志跟踪；openMV采用的STM32F427拥有丰富的硬件资源，引出UART，I2C，SPI，PWM，ADC，DAC以及GPIO等接口方便扩展外围功能。
进一步地，所述openMV机器视觉模块通过USB接口连接电脑上的集成开发环境openMV.IDE完成编程、调试和更新固件，使用python编程调用find_blobs方法可以根据作物的颜色阈值寻找目标色块，再获取色块的中心坐标及轮廓，根据色块的中心坐标可以知道喷头相对作物的具体方位，根据色块轮廓大小可以知道喷头相对作物的垂直距离。
进一步地，所述电源电路模块由12v锂电池、AMS1117-5V稳压模块及导线组成；AMS1117-5V稳压模块一端与12v锂电池相连，另一端与openMV机器视觉模块的Vin、GND引脚相连。
进一步地，所述自动对靶模块执行元件为直流减速电机，所述直流减速电机接线端通过导线接入L298N驱动板OUT1、OUT2引脚，直流减速电机转轴连接丝杆滑台，喷头随减速电机的转动在丝杆滑台上左右滑动。
进一步地，所述自动调节喷头高度模块执行元件为电推杆，所述电推杆接线端通过导线接入L298N驱动板OUT3、OUT4引脚，喷头跟随电推杆伸缩上下移动。
进一步地，所述L298N驱动板+12v引脚、GND分别与12v锂电池正负极连接，L298N驱动板ENA、IN1、IN2分别与openMV机器视觉模块P1、P2、P3连接，P1输出PWM波用于减速电机调速，P2、P3用于控制减速电机的正反转和启停；ENB、IN3、IN4分别与openMV机器视觉模块P4、P5、P6连接，P4输出PWM波用于电推杆调速，P5、P6用于控制电推杆的伸缩和启停。
进一步地，所述自动施药模块执行元件为继电器、电磁阀，所述继电器DC+、DC-分别与12v锂电池正负极连接，继电器COM端口、NO端口分别与隔膜泵正负极连接,继电器IN端口与openMV机器视觉模块P7引脚连接；所述电磁阀引线分别与openMV机器视觉模块GND、P8引脚连接。
进一步地，所述隔膜泵额定电压为12v，上端进水口与水箱连接，下端出水口与电磁阀连接，电磁阀通过水管连接到喷头，隔膜泵的作用是给水箱的药液进行加压。
进一步地，所述openMV机器视觉模块P7、P8引脚分别用于控制隔膜泵、电磁阀的开启状态，从而控制喷头是否喷药。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种基于openMV自动对靶施药控制系统，通过openMV机器视觉模块对作业区图像进行采集，再根据图像信息由STM32F427单片机发送指令改变GPIO引脚电平从而控制执行元件运动，根据实际作物行距、高度实现喷头实时全自动对靶、喷头自动调节施药高度，根据openMV捕获图像中有无作物喷头自动开启停止施药，大大提升了施药效果，整个喷头调节过程实现智能化，无需人为操作，极大减轻人力。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明提出的一种基于openMV自动对靶施药控制系统流程示意图；
图2为本发明提出的一种基于openMV自动对靶施药控制系统结构原理图；
图中：1导线、2水管。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“顶部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电路连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照图1-2，一种基于openMV自动对靶施药控制系统，包括openMV机器视觉模块、电源电路模块、自动对靶模块、自动调节喷头高度模块、自动施药模块；所述openMV机器视觉模块以STM32F427CPU为核心，集成了OV7725摄像头芯片，用C语言高效地实现了核心机器视觉算法，提供Python编程接口；所述openMV模块核心机器视觉算法包括寻找色块、边缘检测、标志跟踪；openMV采用的STM32F427拥有丰富的硬件资源，引出UART，I2C，SPI，PWM，ADC，DAC以及GPIO等接口方便扩展外围功能。
所述openMV机器视觉模块通过USB接口连接电脑上的集成开发环境openMV.IDE完成编程、调试和更新固件，使用python编程调用find_blobs方法可以根据作物的颜色阈值寻找目标色块，再获取色块的中心坐标及轮廓，根据色块的中心坐标可以知道喷头相对作物的具体方位，根据色块轮廓大小可以知道喷头相对作物的垂直距离。
所述电源电路模块由12v锂电池、AMS1117-5V稳压模块及导线1组成；AMS1117-5V稳压模块一端与12v锂电池相连，另一端与openMV机器视觉模块的Vin、GND引脚相连。
所述自动对靶模块执行元件为直流减速电机，所述直流减速电机接线端通过导线1接入L298N驱动板OUT1、OUT2引脚，直流减速电机转轴连接丝杆滑台，喷头随减速电机的转动在丝杆滑台上左右滑动。
所述自动调节喷头高度模块执行元件为电推杆，所述电推杆接线端通过导线1接入L298N驱动板OUT3、OUT4引脚，喷头跟随电推杆伸缩上下移动。
所述L298N驱动板+12v引脚、GND分别与12v锂电池正负极连接，L298N驱动板ENA、IN1、IN2分别与openMV机器视觉模块P1、P2、P3连接，P1输出PWM波用于减速电机调速，P2、P3用于控制减速电机的正反转和启停；ENB、IN3、IN4分别与openMV机器视觉模块P4、P5、P6连接，P4输出PWM波用于电推杆调速，P5、P6用于控制电推杆的伸缩和启停。
所述自动施药模块执行元件为继电器、电磁阀，所述继电器DC+、DC-分别与12v锂电池正负极连接，继电器COM端口、NO端口分别与隔膜泵正负极连接,继电器IN端口与openMV机器视觉模块P7引脚连接；所述电磁阀引线分别与openMV机器视觉模块GND、P8引脚连接。
所述隔膜泵额定电压为12v，上端进水口与水箱连接，下端出水口与电磁阀连接，电磁阀通过水管2连接到喷头，隔膜泵的作用是给水箱的药液进行加压。
所述openMV机器视觉模块P7、P8引脚分别用于控制隔膜泵、电磁阀的开启状态，从而控制喷头是否喷药。
本发明的一种基于openMV自动对靶施药控制系统的工作过程如下：
将openMV机器视觉模块通过USB与计算机连接，在openMV IDE编程环境下调用相关机器视觉算法函数完成编程，进行喷雾作业时先启动施药控制系统，openMV机器视觉模块上电后，openMV摄像头对前方区域以每秒50帧的速率进行拍摄，同时将图像信息交由STM32F427芯片进行相关机器视觉算法处理，根据处理结果改变输出引脚电平，进而控制执行元件的状态。在捕获的图像中如果没有发现设定阈值的色块即视野内没有作物，隔膜泵电磁阀均处于关闭状态，喷头不施药；在捕获的图像中如果发现设定阈值的色块即视野内有作物，隔膜泵电磁阀立即开启，喷头施药，此外根据寻找到的色块中心点相对整副图像的坐标，设定图像大小为320*240，如果色块中心点横坐标小于158则喷头处于作物右端，此时减速电机开始转动随着色块中心坐标逐渐接近158停止；如果色块中心点横坐标大于162则喷头处于作物左端，此时减速电机开始反向转动随着色块中心坐标逐渐接近162停止；若色块中心点横坐标位于158至162之间则视为喷头已对齐作物。另外根据色块轮廓占整副图像大小可自动调节喷头高度，色块轮廓较大则电推杆伸长喷头升高，色块轮廓较小则电推杆收缩喷头降低，色块轮廓适中则电推杆静止喷头高度保持。整个施药控制系统通过openMV机器视觉模块实现智能化使喷雾机应用更加灵活，施药效果更好，更加节药环保，同时也减轻了操作人员的负担。
Claims (9)
1.一种基于openMV自动对靶施药控制系统，包括openMV机器视觉模块、电源电路模块、自动对靶模块、自动调节喷头高度模块、自动施药模块；所述openMV机器视觉模块以STM32F427CPU为核心，集成了OV7725摄像头芯片，用C语言高效地实现了核心机器视觉算法，提供Python编程接口；所述openMV模块核心机器视觉算法包括寻找色块、边缘检测、标志跟踪；openMV采用的STM32F427拥有丰富的硬件资源，引出UART，I2C，SPI，PWM，ADC，DAC以及GPIO等接口方便扩展外围功能。
2.根据权利要求1所述的一种基于openMV自动对靶施药控制系统，其特征在于所述openMV机器视觉模块通过USB接口连接电脑上的集成开发环境openMV.IDE完成编程、调试和更新固件，使用python编程调用find_blobs方法可以根据作物的颜色阈值寻找目标色块，再获取色块的中心坐标及轮廓，根据色块的中心坐标可以知道喷头相对作物的具体方位，根据色块轮廓大小可以知道喷头相对作物的垂直距离。
3.根据权利要求1所述的一种基于openMV自动对靶施药控制系统，其特征在于所述电源电路模块由12v锂电池、AMS1117-5V稳压模块及导线组成；AMS1117-5V稳压模块一端与12v锂电池相连，另一端与openMV机器视觉模块的Vin、GND引脚相连。
4.根据权利要求1所述的一种基于openMV自动对靶施药控制系统，其特征在于所述自动对靶模块执行元件为直流减速电机，所述直流减速电机接线端通过导线接入L298N驱动板OUT1、OUT2引脚，直流减速电机转轴连接丝杆滑台，喷头随减速电机的转动在丝杆滑台上左右滑动。
5.根据权利要求1所述的一种基于openMV自动对靶施药控制系统，其特征在于所述自动调节喷头高度模块执行元件为电推杆，所述电推杆接线端通过导线接入L298N驱动板OUT3、OUT4引脚，喷头跟随电推杆伸缩上下移动。
6.根据权利要求5所述的一种基于openMV自动对靶施药控制系统，其特征在于所述L298N驱动板+12v引脚、GND分别与12v锂电池正负极连接，L298N驱动板ENA、IN1、IN2分别与openMV机器视觉模块P1、P2、P3连接，P1输出PWM波用于减速电机调速，P2、P3用于控制减速电机的正反转和启停；ENB、IN3、IN4分别与openMV机器视觉模块P4、P5、P6连接，P4输出PWM波用于电推杆调速，P5、P6用于控制电推杆的伸缩和启停。
7.根据权利要求1所述的一种基于openMV自动对靶施药控制系统，其特征在于所述自动施药模块执行元件为继电器、电磁阀，所述继电器DC+、DC-分别与12v锂电池正负极连接，继电器COM端口、NO端口分别与隔膜泵正负极连接,继电器IN端口与openMV机器视觉模块P7引脚连接；所述电磁阀引线分别与openMV机器视觉模块GND、P8引脚连接。
8.根据权利要求7所述的一种基于openMV自动对靶施药控制系统，其特征在于所述隔膜泵额定电压为12v，上端进水口与水箱连接，下端出水口与电磁阀连接，电磁阀通过水管连接到喷头，隔膜泵的作用是给水箱的药液进行加压。
9.根据权利要求7所述的一种基于openMV自动对靶施药控制系统，其特征在于所述openMV机器视觉模块P7、P8引脚分别用于控制隔膜泵、电磁阀的开启状态，从而控制喷头是否喷药。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20210518 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |