CN113016766A - 一种智能温室杂草识别去除系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种智能温室杂草识别去除系统及其控制方法，系统包括可移动小车、摄像头、中央处理器、红外线定位仪、若干识别码装置和除草装置，其中，若干识别码装置一一对应设于各植物上；摄像头设于可移动小车上，可移动小车能够在温室行走，带动摄像头对周围环境进行拍照，并传送至中央处理器；中央处理器用于判断摄像头的当前视野内是否有识别码，若有则判定为植物，不动作，若无则判定为杂草，控制红外线定位仪对杂草进行定位，然后控制除草装置对相应位置进行除草。此种技术方案对杂草的识别准确性高，除草功能精准，使用便捷。
Description
技术领域
本发明涉及杂草识别及去除的技术领域，尤其涉及一种智能温室杂草识别去除系统及其控制方法。
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，导致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智能温室杂草识别去除系统及其控制方法，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：
一种智能温室杂草识别去除系统，包括可移动小车、摄像头、中央处理器、红外线定位仪、若干识别码装置和除草装置，其中，若干识别码装置一一对应设于各植物上；摄像头设于可移动小车上，可移动小车能够在温室行走，带动摄像头对周围环境进行拍照，并传送至中央处理器；中央处理器用于判断摄像头的当前视野内是否有识别码，若有则判定为植物，不动作，若无则判定为杂草，控制红外线定位仪对杂草进行定位，然后控制除草装置对相应位置进行除草。
上述识别码装置为塑料板制成的空心圆柱体结构，套设在植物根茎处，且该结构表面设有二维码或条形码，设计的圆柱体结构使可移动小车从任何方向靠近植物都能够获取识别码图像，提高识别效率，避免误判。
上述可移动小车采用机械爬虫结构，采用“四足+支撑滚轮”的方式进行爬行。
上述除草装置包括移动车和绿光发射装置，其中，移动车带动绿光发射装置进行移动；绿光发射装置与中央处理器进行通信连接，在中央处理器的控制下向红外线定位仪的定位位置照射绿光。
上述若干识别码装置上的识别码内容设为相同。
上述识别码装置上的识别码能够被微信扫码识别，识别码包含温室信息和植物信息。
如前所述的智能温室杂草识别去除系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤1，可移动小车在温室内移动，摄像头对周围进行拍照，并发送给中央处理器；
步骤2，中央处理器判断摄像头的当前视野中是否有识别码，如果有，判断为农作物，返回步骤1，否则视为杂草，转步骤3；
步骤3，启动红外线定位仪对杂草进行定位；
步骤4，中央处理器控制除草装置对指定位置的杂草进行去除。
上述步骤2中，所有植物配备的识别码内容相同。
上述步骤2中，识别码能够被微信扫码识别，识别的信息包含温室信息和植物信息。
采用上述方案后，本发明通过在农作物上事先设置识别码，机械爬虫在松土的过程中通过识别码识别有效植物，并判别杂草，再通过LED绿光灯对杂草照射单一绿光（植被绿色光谱）使其自然枯萎死亡。此种便于温室维护的除草系统对杂草识别简单，效率高，且结构功能多样，携带方便，使用便捷。
另外，本发明可以在不同农作物上设置相同的识别码，相同的识别码降低了读码识别装置的难度，另一方面本发明设置圆柱形识别码结构，使机械爬虫无论以何种方向靠近植物时，都能成功识别植物，避免了误判为杂草的情况，大大提高了除草的准确性。
附图说明
图1是本发明系统的结构示意图；
图2是本发明的控制流程框图；
图3是本发明所述圆柱形识别码的示意图。
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1所示，本发明提供一种智能温室杂草识别去除系统，包括中央处理器、可移动小车、摄像头、识别码装置、红外线定位仪和除草装置，其中：
所述的中央处理器与各部件相连接，并对各部件进行控制。
所述的可移动小车用于承载摄像头，摄像头用以对周围环境进行拍照（或实时传输视频）并传输给中央处理器。
所述的可移动小车接收中央处理器的指令而动作。该可移动小车可以采用现有技术中任何一种可自动移动的装置，本实施例可以采用机械爬虫机器人，该机械爬虫机器人是现有技术，其可借助机械与电子相结合的设计，通过巧妙的结构动态切换电路的电流方向，以控制驱动器来回改变状态来实现模仿虫子的爬行过程。其可实现性例如见《电子制作》2012 第1期“忙碌者机械爬虫机器人” 第38-44页 ，该机械爬虫机器人在地面上爬行的过程中模仿的是昆虫爬行的效果，通常昆虫都是有很多只脚的。本实施例可采用“四足+支撑滚轮”的方式来实现爬行，该机械爬虫机器人通过电机正反转动来驱动四足，前脚后脚交替进行前后划动，四足材质是合金，足够硬以至于可以达到松土的效果，并且是后轮低，头部高的结构，这样爬虫在迈前腿时是抬起来的效果，爬下来的时候是向后下方用力的效果。具体的行走方式为：①两只前脚与两只后脚交替进行前后划动；②后边的支撑滚轮顺势左右滑动；如此往复循环，实现爬行。此种机械爬虫机器人不但可实现移动，还可以实现松土的功能，实现多功能结构。
所述的识别码装置固定在农作物根茎上，如图3所示，该识别码装置可以设置为一可开合的长方形板状体，该长方形板体则可围绕固定在植物根茎上成为圆柱体，识别码贴附或印制在该圆柱体的表面。此圆柱体结构可以使可移动小车无论以何种方向靠近植物时，都能成功识别植物，避免了误判为杂草的情况，大大提高了除草的准确性。此外，该识别码可以为条形码或者二维码。
所述的红外线定位仪为可移动结构，接收中央处理器的指令而对障碍物进行红外定位，并将位置信息发送给中央处理器。
所述的除草装置理论上可以是任何可以对杂草去除的装置，例如激光除草装置、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。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”。使用时，这些除草装置可以被安装在所述可移动小车上，随着可移动小车一起移动；也可以安装在另外的移动小车上，单独进行控制移动。而本发明实施例所采用的除草装置为绿光发射装置，即可以发出绿光的LED绿光灯，该LED绿光灯可以安装在所述的可移动小车上，也可以另外安装在一个除草车（图中未示出）上。通过LED绿光灯对杂草照射0.54um单一绿光（植被绿色光谱）使其自然枯萎死亡。其原理是用绿光照射绿色杂草会使杂草生长得更慢，因为光合作用中吸收的光线最少的是绿色，绿色光子相比红色、蓝色光子携带的能量小，光子数量也少，从而破坏植物的光合作用而达到对杂草去除的目的。LED绿光补光模式对植物生长及品质的影响，其科学依据可见《草业科学》2019第7期P1765-1773“伊犁绢蒿荒漠草地植物光谱特征”。结果表明，植物的绿光反射特征和红光吸收深度差异较大。
在本实施例中，可以将所有植物套设的识别码设计为相同内容，一方面相同的条码降低了读码识别装置的难度，另一方面圆柱形结构导致无论机械爬虫以何种方向靠近植物时，都能成功识别植物，避免了误判为杂草的情况，大大提高了除草的准确性。
在本实施例中，该温室统一的识别码也可用微信扫码识别，显示出该温室的基本信息和植物情况，同时也解决了植物贴牌的方式，便于参观者详细了解植物信息。
上述智能温室杂草识别去除系统的控制方法如图2所示，其包括如下步骤：
步骤一，机械爬虫移动。系统开始工作，可移动小车在温室内移动，摄像头对周围进行拍照，并反馈信号给中央处理器；
步骤二，是否识别到识别码。中央处理器内置有读码器，可通过读码器判断摄像头是否检测到识别码，如果是，判断为农作物，返回到步骤一；如果否，则视为杂草，进入步骤三；
步骤三，中央处理器控制红外线定位仪对摄像头当前的视野范围进行扫描，对其中的障碍物进行红外线定位；
步骤四，发出除草指令。当判定为杂草并对其进行定位之后，中央处理器给除草装置发出指令，对指定位置的杂草进行去除。具体的，控制LED绿光灯开启，对定位的杂草进行照射，以便使杂草枯萎。对于单独移动的除草装置来说，中央处理器发出除草指令之后，带动LED绿光灯移动的除草车移动到所定位位置，对杂草进行照射去除。
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)
1.一种智能温室杂草识别去除系统，其特征在于：包括可移动小车、摄像头、中央处理器、红外线定位仪、若干识别码装置和除草装置，其中，若干识别码装置一一对应设于各植物上；摄像头设于可移动小车上，可移动小车能够在温室行走，带动摄像头对周围环境进行拍照，并传送至中央处理器；中央处理器用于判断摄像头的当前视野内是否有识别码，若有则判定为植物，不动作，若无则判定为杂草，控制红外线定位仪对杂草进行定位，然后控制除草装置对相应位置进行除草。
2.如权利要求1所述的智能温室杂草识别去除系统，其特征在于：所述识别码装置为塑料板制成的空心圆柱体结构，套设在植物根茎处，且该结构表面设有二维码或条形码。
3.如权利要求1所述的智能温室杂草识别去除系统，其特征在于：所述可移动小车采用机械爬虫结构，采用“四足+支撑滚轮”的方式进行爬行。
4.如权利要求1所述的智能温室杂草识别去除系统，其特征在于：所述除草装置包括移动车和绿光发射装置，其中，移动车带动绿光发射装置进行移动；绿光发射装置与中央处理器进行通信连接，在中央处理器的控制下向红外线定位仪的定位位置照射绿光。
5.如权利要求1所述的智能温室杂草识别去除系统，其特征在于：所述若干识别码装置上的识别码内容设为相同。
6.如权利要求1所述的智能温室杂草识别去除系统，其特征在于：所述识别码装置上的识别码能够被微信扫码识别，识别码包含温室信息和植物信息。
7.如权利要求1所述的智能温室杂草识别去除系统的控制方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1，可移动小车在温室内移动，摄像头对周围进行拍照，并发送给中央处理器；
步骤2，中央处理器判断摄像头的当前视野中是否有识别码，如果有，判断为农作物，返回步骤1，否则视为杂草，转步骤3；
步骤3，启动红外线定位仪对杂草进行定位；
步骤4，中央处理器控制除草装置对指定位置的杂草进行去除。
8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于：所述步骤2中，所有植物配备的识别码内容相同。
9.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于：所述步骤2中，识别码能够被微信扫码识别，识别的信息包含温室信息和植物信息。
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