CN113016765B - 一种用于温室种植的除草系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于温室种植的除草系统及其控制方法，除草系统包括感应网、除草装置和中央信号处理器，其中，感应网设于农作物枝条与杂草之间，由若干电压感应电极排列为键盘矩阵结构，形成电容式触屏感应网；所述中央信号处理器与感应网连接，用于在感应网被枝条或杂草触碰时接收感应网的信号并计算触碰位置，控制除草装置对相应位置启动除草操作。本发明无需机器视觉识别，就可以实现杂草的识别及精准定位，准确性高，除草功能精准，使用便捷。

Description

一种用于温室种植的除草系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及杂草识别及去除的技术领域，尤其涉及一种用于温室种植的除草系统及其控制方法。

背景技术

传统的采用化学药剂对农作物进行除草的化学除草法，虽然效率很高，但是化学药剂容易残留在农作物上，且容易对农田及周围生态环境造成一定破坏，因此，更为原始的机械除草方式又被业者重新重视起来。然而，采用人工拔草方式显然不适合现代农业的发展。而要实现杂草的拔草或者去除，对杂草的识别更为关键。

现有技术中，除草系统大都依靠机器视觉来识别杂草，CN201910267513.1公开的“一种基于无人机遥感的玉米田间杂草识别方法”、CN201911064435.1公开的“一种智能除草系统及除草方法”等等，均是采用机器视觉对杂草进行识别的技术。但是机器视觉识别杂草普遍存在识别率低，响应时间慢、识别效率低等缺陷。而且，对杂草进行识别之后不易定位，无法精准拔除或者去除杂草。为此，有系统再通过红外感应来对杂草进行定位，整体除草系统结构复杂。

另一方面，随着机械逐渐取代人工，传统农业的经验种植渐渐变成了智慧农业的科学种植，于是现代温室通常需要人们在进行种植活动时，能够通过智能除草技术取代人力除草方式，从而实现效率提高，产品达到预期的效果，非常方便。本案由此而产生。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于温室种植的除草系统及其控制方法，其杂草识别准确性高，除草功能精准，使用便捷。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

一种用于温室种植的除草系统，包括感应网、除草装置和中央信号处理器，其中，感应网设于农作物枝条与杂草之间，由若干电压感应电极排列为键盘矩阵结构，形成电容式触屏感应网；所述中央信号处理器与感应网连接，用于在感应网被枝条或杂草触碰时接收感应网的信号并计算触碰位置，控制除草装置对相应位置启动除草操作。

上述电压感应电极由氧化烟锡和氧化铜制成，并在外部包裹玻璃纤维材料。

上述除草装置采用激光除草装置、绿光除草装置或电击除草装置。

上述除草装置采用能够产生高压电对杂草进行电击的高压产生电网。

上述感应网包括设于农作物枝条与杂草之间的上下两层网络，高压产生电网设置于感应网的上下两层网络之间。

一种如前所述的用于温室种植的除草系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤1，当杂草或枝条触碰感应网时，感应网将其感应信号传输给中央信号处理器；

步骤2，中央信号处理器判断触点位置，转步骤3；

步骤3，中央信号处理器根据触点位置，控制高压产生电网动作，电击杂草将其杀死。

一种如前所述的用于温室种植的除草系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤1，当杂草或枝条触碰感应网时，感应网将其感应信号传输给中央信号处理器；

步骤2，中央信号处理器判断触点位置，若触点仅在上层，则不动作，返回步骤1；若触点仅在下层，则判定为杂草，转步骤3；若竖直方向的同一位置上层和下层均有触点，则判断出现触点的先后顺序，若上层先出现触点，则不动作，返回步骤1，否则转步骤3；

步骤3，中央信号处理器控制高压产生电网电击杂草。

上述步骤3中，高压产生电网分块设置，中央信号处理器控制高压产生电网对应触点的位置启动电击。

采用上述方案后，本发明的感应网为键盘矩阵结构，采取的是多点触摸感应网来对杂草进行定位，是对电容感应的延伸，当一个导体（如活的植物）接近这些电极时，两个电极之间的电容就会增加，可以通过处理器检测到，电容感应使得触控技术变得更加直观，可以同时检测到多个导电物体并进行定位，因此可达到精准定位的目的。

此外，由于感应网放置在农作物根茎生长区域周围，因此不会把从下往上生长的庄稼误判为杂草。当感应网成功定位到杂草位置后，会给中央处理信号器发布命令，根据感应网系统的命令控制高压产生电网的动作，再由该高压产生电路使用强力的电击来杀死杂草。

总之，本发明无需机器视觉识别，就可以实现杂草的识别及精准定位，准确性高，除草功能精准，使用便捷。

附图说明

图1是本发明除草系统中感应网的设置位置示意图；

图2是本发明除草系统中感应网另一角度的设置位置示意图；

图3是本发明除草系统的工作原理图；

图4是本发明除草系统的控制流程框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。

如图3所示，本发明提供一种用于温室种植的除草系统，包括感应网、除草装置和中央信号处理器，下面分别介绍。

所述感应网包括设于农作物枝条与杂草之间的上下两层网络，具体可将若干电压感应电极排列为键盘矩阵结构，形成电容式触屏感应网，两层网络均避开农作物根茎种植区设置，其高度低于农作物枝条且高于杂草位置，可配合图1和图2所示，其中，下层网络11在高度方向上稍高于杂草，一般来说，考虑到除草成本，当杂草较矮时，并不会对农作物生长造成阻碍，因此无需除草，只有当杂草生长到一定高度时，需要的养分增加，影响农作物生长，才启动除草作业，因此下层网络的高度可根据不同的农作物种类及影响其生长的杂草高度而确定，当杂草生长到一定程度，触碰到下层网络时，启动除草作业，因此下层网络主要用于判断杂草的位置；上层网络12在高度方向上靠近农作物枝条，用于防止农作物下垂和掉落的枝条对下层网络的感应造成误判；在本实施例中，电压感应电极由氧化烟锡和氧化铜制成，并在外部包裹玻璃纤维材料。

所述的除草装置理论上可以是任何能够去除杂草的装置，例如激光除草装置、绿光除草装置或者电击除草装置等等，其中，激光除草装置是利用激光光束聚集于杂草上，通过能量高度集中的激光在杂草上产生的热效应，将杂草割断或烧死，例如200910031994.2公开的“一种激光除草机器人”，其内公开的光纤耦合半导体激光器其与其通过光纤连接的聚集透镜；而绿光除草装置是通过发出的绿光对杂草进行照射，因绿光会破坏植物的光合作用而达到对杂草去除的目的，该装置只有一个可以发出绿光的绿光灯就可以实现；电击除草装置则是通过高压电对杂草进行电击而达到除草的目的，例如CN201780097233.X公开的“杂草灭活设备”。当然，这些除草装置一般都需要配合可移动的小车使用，该小车受中央信号处理器控制而带动除草装置移动。在本实施例中，所采用的除草装置为可以产生高压电对杂草进行电击的高压产生电网2，该高压产生电网2设置于上层网络12和下层网络11之间，从而对高于设定高度（下层网络的高度）的杂草进行除草作业；另外，高压产生电网2可以分块设置，当确定杂草所处位置后，仅需对杂草对应位置的高压产生电网通电，进行定位电击，一方面防止对农作物和人员的误动作，提高使用安全性，另一方面也可以节省能源。

所述的中央信号处理器用于接收感应网的信号，之后控制除草装置动作对杂草进行去除。在本实施例中，当有杂草（相当于一个导体）接近感应网上的一个电压感应电极时，杂草和感应网之间的电容就会增加，该增加的电容可以通过所述中央信号处理器检测到，从而对杂草进行定位，具体来说，当杂草触碰到感应网表面时，因为杂草存在电场的缘故，杂草和感应网表面形成耦合电容（即感应网相当于电容的一个电极，杂草相当于另一个电极），对于高频电流的电容是直接导体，此时杂草从接触点吸走极小电流，这个电流分别从感应网四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角距离成正比，中央信号处理器通过对这四个电流比例的精确计算，得出杂草触碰点的位置（中央信号处理器基于电流计算定位为现有技术，可参考汕头大学朱维安等在《电子测量技术》2009年第5期，13-16页，“电容触摸屏的坐标定位分析”，以及2009年汕头大学郑寿云发表的硕士论文“电容触摸屏的研究”）；之后，中央信号处理器控制高压产生电网动作，对杂草进行电击去除。该电容感应式的感应网使得触控技术变得更加直观，可以同时检测到多个导电物体（杂草）并进行定位。

本发明的工作原理是：当杂草生长到一定程度，感应网接触到任何有生命的杂草，杂草所带电荷会改变感应网中的电流，该电流变化可以被所述的中央信号处理器检测到，从而对杂草进行定位；之后，中央信号处理器控制高压产生电网动作，对杂草进行强力电击而杀死杂草。

另外，由于本发明的感应网是设置在杂草上方、农作物枝条以下，且由上而下设置有两层网络，那么，若仅上层有电流，那么表示是枝条向下生长触碰或有树叶等掉落，不启动电击；若仅下层有电流，那么表示是杂草向上生长触碰感应网，对相应位置进行电击；而若竖直方向上同一位置的上层和下层均有电流，那么可以根据先后顺序判断上层先有电流，还是下层先有电流，只有当下层先有电流，然后上层再有电流时，判断是杂草生长所致，此时才启动电机；通过此种设计，可以实现杂草由下往上生长时触碰到感应网，则视为杂草监测有效，而农作物的枝条下生长落到感应网上触碰无效，从而可实现杂草的精确识别。

如图4所示，本发明所述除草系统的控制方法包括如下步骤：

步骤一，电容式感应网触控定位。当有导体例如杂草碰触到感应网时，感应网将其感应信号传输给中央信号处理器。

步骤二，中央信号处理器判断触点位置是否先下层再上层，由于杂草由下向上生长，因此对感应网造成的压力应该是由下至上，因此如果判断为否，不动作，返回步骤一，如果判断为是，则判定为杂草，进入步骤三。

步骤三，高压产生电网电击杂草。中央信号处理器判定为杂草后，将根据定位位置，控制高压产生电网动作，电击杂草将其杀死。

步骤四，结束等待进行下一循环。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (9)

1.一种用于温室种植的除草系统，其特征在于：包括感应网、除草装置和中央信号处理器，其中，感应网设于农作物枝条与杂草之间，由若干电压感应电极排列为键盘矩阵结构，形成电容式触屏感应网；所述中央信号处理器与感应网连接，用于在感应网被枝条或杂草触碰时接收感应网的信号并计算触碰位置，控制除草装置对相应位置启动除草操作。

2.如权利要求1所述的用于温室种植的除草系统，其特征在于：所述感应网包括设于农作物枝条与杂草之间的上下两层网络。

3.如权利要求1或2所述的用于温室种植的除草系统，其特征在于：所述电压感应电极由氧化烟锡和氧化铜制成，并在外部包裹玻璃纤维材料。

4.如权利要求1或2所述的用于温室种植的除草系统，其特征在于：所述除草装置采用激光除草装置、绿光除草装置或电击除草装置。

5.如权利要求1或2所述的用于温室种植的除草系统，其特征在于：所述除草装置采用能够产生高压电对杂草进行电击的高压产生电网。

6.如权利要求5所述的用于温室种植的除草系统，其特征在于：所述高压产生电网设置于感应网的上下两层网络之间。

7.一种如权利要求1所述的用于温室种植的除草系统的控制方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1，当杂草或枝条触碰感应网时，感应网将其感应信号传输给中央信号处理器；

步骤2，中央信号处理器判断触点位置，转步骤3；

步骤3，中央信号处理器根据触点位置，控制高压产生电网动作，电击杂草将其杀死。

8.一种如权利要求2所述的用于温室种植的除草系统的控制方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1，当杂草或枝条触碰感应网时，感应网将其感应信号传输给中央信号处理器；

步骤2，中央信号处理器判断触点位置，若触点仅在上层，则不动作，返回步骤1；若触点仅在下层，则判定为杂草，转步骤3；若竖直方向的同一位置上层和下层均有触点，则判断出现触点的先后顺序，若上层先出现触点，则不动作，返回步骤1，否则转步骤3；

步骤3，中央信号处理器控制高压产生电网电击杂草。

9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于：所述步骤3中，高压产生电网分块设置，中央信号处理器控制高压产生电网对应触点的位置启动电击。

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