CN204679639U - 树冠检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种树冠检测装置，包括：滑台，激光扫描传感器和终端；激光扫描传感器固定设置在滑台上，激光扫描传感器与终端电连接；其中，滑台用于带动激光扫描传感器沿着预设轨迹运动；激光扫描传感器用于采集树冠数据，并将树冠数据发送给终端；终端用于根据接收到的树冠数据，确定树冠体积。实现了可以准确的探测到树冠，得到精准的树冠体积，为后期的施药提供施药量的依据，提高了后期施药过程中的施药准确性并减少了药物的浪费。

Description

树冠检测装置

技术领域

本实用新型涉及农业机械技术，尤其涉及一种树冠检测装置。

背景技术

随着农业信息化的发展，对靶喷雾技术逐渐成为高效低污染施药的一个重要方法。在对靶喷雾的过程中，需要首先检测农作物的树冠，用于确定树冠体积。

现有技术中，采用超声波检测装置作为树冠检测装置，进行树冠检测来确定树冠体积。超声波检测装置包括了超声波传感器和终端，首先超声波传感器依靠人力或其他装置的推动力移动到农作物的前方，超声波传感器探测农作物的树冠，终端对超声波传感器的探测信号进行处理和计算之后得到树冠体积。

然而现有技术中，超声波检测装置中的超声波传感器存在探测盲区，从而检测精度较差，无法得到较为准确的树冠体积，不利于后期进行施药，会造成后期施药过程中的施药位置不准确，以及浪费药物的现象。

实用新型内容

本实用新型提供一种树冠检测装置，用以解决现有技术中的树冠检测装置中由于超声波传感器存在探测盲区，从而检测精度较差，无法得到较为准确的树冠体积，不利于后期进行施药，会造成后期施药过程中的施药位置不准确，以及浪费药物的问题。

本实用新型提供一种树冠检测装置，包括：

滑台，激光扫描传感器和终端；

所述激光扫描传感器固定设置在所述滑台上，所述激光扫描传感器与所述终端电连接；

其中，所述滑台用于带动所述激光扫描传感器沿着预设轨迹运动；所述激光扫描传感器用于采集树冠数据，并将所述树冠数据发送给所述终端；所述终端用于根据接收到的所述树冠数据，确定树冠体积。

如上所述的装置中，所述滑台包括：导轨，以及设置在所述导轨上且沿所述导轨滑动的滑块；

所述激光扫描传感器固定设置在所述滑块上。

如上所述的装置中，还包括：步进电机，步进电机驱动器和步进电机控制器；

所述步进电机与所述滑块固定连接；所述步进电机驱动器与所述步进电机电连接；所述步进电机控制器与所述步进电机驱动器和所述终端电连接；

所述步进电机控制器，用于根据所述终端发送的预设电机数据，控制所述步进电机驱动器驱动所述步进电机运动；

所述步进电机，用于带动所述滑块沿着所述预设轨迹运动。

如上所述的装置中，还包括：数据采集器；

所述激光扫描传感器和所述终端分别与所述数据采集器电连接；

所述激光扫描传感器，具体用于采集所述激光扫描传感器至所述树冠的距离信号s，以及所述激光扫描传感器转动角度的角度信号α_i；

所述数据采集器，用于获取所述距离信号s和所述角度信号α_i，将所述距离信号s和所述角度信号α_i转换为能够被所述终端识别的距离数据信息s'和角度数据信息α_i'，并将所述距离数据信息s'和所述角度数据信息α_i'发送给所述终端；

所述终端，具体用于根据接收到的所述距离数据信息s'，确定所述激光扫描传感器扫描状态中的相邻两个光斑点之间的垂直距离h_i＝s'×tan(r)之后，再根据所述角度数据信息α_i'，确定所述树冠体积 $V=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{V}_i=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{h}_i\×(D-s^{\′}\×cos\left({{\mathrm{\α}}_i}^{\′}\right))\×(v\×t);$

其中，r为所述激光扫描传感器的角度分辨率；V_i为所述激光扫描传感器扫描状态中的每一个光斑点对应位置处的树冠体积；D为所述激光扫描传感器与树干的水平距离；v为所述步进电机的运行速度，t为所述相邻两个光斑点之间的扫描时间间隔。

如上所述的装置中，还包括：推荐标准422(Recommended Standard 422，简称RS422)接口；

所述数据采集器、所述终端以及所述步进电机控制器分别与所述RS422接口连接。

如上所述的装置中，还包括：支架；

所述支架的下端与所述滑块螺接，所述支架的上端与所述激光扫描传感器固定连接。

本实用新型的技术效果是：通过提供一种树冠检测装置，包括了滑台，激光扫描传感器和终端；激光扫描传感器固定设置在滑台上，激光扫描传感器与终端电连接；其中，滑台用于带动激光扫描传感器沿着预设轨迹运动；激光扫描传感器用于采集树冠数据，并将树冠数据发送给终端；终端用于根据接收到的树冠数据，确定树冠体积。实现了可以准确的探测到树冠，得到精准的树冠体积，为后期的施药提供施药量的依据，提高了后期施药过程中的施药准确性并减少了药物的浪费。

附图说明

图1为本实用新型实施例一提供的树冠检测装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例二提供的树冠检测装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例二提供的树冠检测装置的检测示意图。

附图标记：

1-滑台  2-激光扫描传感器  3-终端            4-导轨

5-滑块  6-步进电机        7-步进电机驱动器  8-步进电机控制器

9-支架  10-数据采集器     11-RS422接口

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例一提供的树冠检测装置的结构示意图，如图1所示，本实用新型实施例一提供的一种树冠检测装置，包括：

滑台1，激光扫描传感器2和终端3；

激光扫描传感器2固定设置在滑台1上，激光扫描传感器2与终端3电连接；

其中，滑台1用于带动激光扫描传感器2沿着预设轨迹运动；激光扫描传感器2用于采集树冠数据，并将树冠数据发送给终端3；终端3用于根据接收到的树冠数据，确定树冠体积。

在本实施例中，具体的，树冠检测装置包括滑台1，和固定设置在滑台1上的激光扫描传感器2，激光扫描器传感器的激光扫描端朝向农作物的树冠；树冠检测装置还包括终端3，终端3与激光扫描传感器2电连接。

本实施例中激光扫描传感器2采用德国西克公司生产的激光扫描传感器(Laser Measurement Sensors，简称LMS)中的型号为LMS511 20100的产品，该型号的激光扫描传感器主要应用于室外型的物体测量及防撞。LMS51120100激光扫描传感器采用成熟的激光—时间飞行原理及多重回波技术，进行非接触式检测；LMS511 20100激光扫描传感器可以扫描某一区域，并根据该区域内各个光斑点与扫描仪的相对位置，返回其测量值；LMS511 20100激光扫描传感器的测量数据为极坐标形式，其工作范围为80米，扫描角度为190度。

打开终端3和激光扫描传感器2，设定激光扫描传感器2的扫描频率。滑台1会带动激光扫描传感器2沿着预设轨迹运动；在运动的过程中，激光扫描传感器2先对一颗农作物的树冠进行扫描，从而采集到该农作物的树冠数据，然后激光扫描传感器2将树冠数据发送给终端3；之后，在滑台1的带动下激光扫描传感器2运动到下一颗农作物的前面，对下一颗农作物的树冠进行扫描，采集到下一颗农作物的树冠数据，激光扫描传感器2将该树冠数据发送给终端3；以此类推，直至激光扫描传感器2采集到所有农作物的树冠数据。在上述过程中，终端3实时的根据接收到的每一颗农作物的树冠数据，去确定对应的农作物的树冠体积。

本实施例通过提供一种树冠检测装置，由滑台1，激光扫描传感器2和终端3构成，并且，激光扫描传感器2固定设置在滑台1上，激光扫描传感器2与终端3电连接；激光扫描传感器2用于在滑台1的带动下沿着预设轨迹运动，并采集树冠数据，将树冠数据发送给终端3；终端3用于根据接收到的树冠数据，确定树冠体积。从而提供了一种可以准确的探测到树冠，并得到精准的树冠体积的树冠检测装置，进而为后期的施药提供施药量的依据，提高了后期施药过程中的施药准确性并减少了药物的浪费；同时本实施例提供的树冠检测装置的价格较低，降低了成本。

图2为本实用新型实施例二提供的树冠检测装置的结构示意图，如图2所示，在上述实施例一的基础上，滑台1包括：导轨4，以及设置在导轨4上且沿导轨4滑动的滑块5；激光扫描传感器2固定设置在滑块5上。

树冠检测装置还包括：步进电机6，步进电机驱动器7和步进电机控制器8；步进电机6与滑块5固定连接；步进电机驱动器7与步进电机6电连接；步进电机控制器8与步进电机驱动器7和终端3电连接；步进电机控制器8，用于根据终端3发送的预设电机数据，控制步进电机驱动器7驱动步进电机6运动；步进电机6，用于带动滑块5沿着预设轨迹运动。

树冠检测装置还包括：支架9；支架9的下端与滑块5螺接，支架9的上端与激光扫描传感器2固定连接。

在本实施例中，具体的，滑台1包括导轨4和滑块5，滑块5通过卡接等方式设置在导轨4上，滑块5可以沿着导轨4进行滑动。并且，提供了一个支架9，支架9的下端设置了螺纹结构，滑块5的上端开设了螺纹孔，支架9的下端与滑块5的上端进行螺接；支架9的上端与激光扫描传感器2固定连接，同时可以通过调节支架9的高度或者调节激光扫描传感器2在支架9上的位置，来调整激光扫描传感器2的垂直高度，便于激光扫描传感器2在合适的高度下扫描并测量农作物的树冠。

树冠检测装置还包括步进电机6，步进电机驱动器7和步进电机控制器8。步进电机6固定设置在滑块5内部，步进电机驱动器7与步进电机6电连接，步进电机控制器8电连接在步进电机驱动器7和终端3之间。

在本实施例中，步进电机6采用直流混合式两相步进电机(High-performance digital servo driver，简称HD23HD6405-26B)中的型号为23HD6405-26B的产品，步进电机6的可以直接实现数字信号的控制；步进电机6的计算原理为数字脉冲量正比于位移，脉冲频率正比于速度，并且步距差不累积；步进电机6适用于一定精度的控制系统；型号为23HD6405-26B的步进电机6的设置参数为2相，步距角1.8度，相电流1.5安，驱动电压24伏特。步进电机驱动器7的电压为24伏特，输出电流范围为0.5安-4安，具有15种可调细分，驱动细分不仅使步进电机6运动更加平稳，而且提高了精确度。步进电机控制器8通过步进电机驱动器7控制单个步进电机6；步进电机控制器8的最高输出频率为25千赫兹，一次位移范围为-99999～+99999；步进电机控制器8采用型号为CL-01B的单轴控制器；步进电机控制器8有四种工作状态分别为自动运行状态、手动运行状态、程序编辑状态、参数设定状态。例如，设定步进电机控制器8的工作状态为参数设定状态，通过终端3对步进电机控制器8进行运行参数设定，分别设定起跳频率、升降速参数、手动频率、手动距离；其中手动频率设定在手动情况下，用终端3上的控制键去控制步进电机6的运行速度。设定步进电机控制器8的工作状态为手动运行状态，若手动距离设置为0，按下终端3上的开始键，通过步进电机驱动器7使得步进电机6开始运行，抬起终端3上的开始键，通过步进电机驱动器7使得步进电机6开始停止；若手动距离设置为非零值，则每按下一次终端3上的开始键，通过步进电机驱动器7使得步进电机6根据此非零值设定的距离开始运行。设定步进电机控制器8的工作状态为自动运行状态，步进电机6根据终端3上的程序设定的自动运行状态下的运行参数，如运行频率、运行速度，进行自动运行。

在本实施例中，可以设定步进电机控制器8的工作状态为手动运行状态，在终端3上手动设置步进电机控制器8的各项运行参数，步进电机控制器8根据各项运行参数控制器步进电机驱动器7去驱动步进电机6运动。由于滑块5与步进电机6固定连接，从而步进电机6可以带动滑块5沿着导轨4的预设轨迹进行运动。从而固定设置在滑块5上的激光扫描传感器2，可以在滑块5的带动下移动到农作物的树冠前方，对树冠进行扫描和测量。

本实施例通过将滑台1设置为导轨4与滑块5，将激光扫描传感器2与滑块5上的支架9固定连接，从而实现了激光扫描传感器2可以沿着导轨4的预设轨迹进行运行的基础上，可以调节激光扫描传感器2的垂直高度，便于激光扫描传感器2在合适的高度下扫描并测量农作物的树冠。同时，提供了依次连接的步进电机6，步进电机驱动器7和步进电机控制器8，步进电机6与滑块5固定连接，步进电机控制器8与终端3连接，从而可以通过终端3设定步进电机控制器8的运行参数，使得步进电机控制器8可以通过步进电机驱动器7去驱动步进电机6的运行，进而步进电机6带动了滑块5的运行，使得滑块5上的激光扫描传感器2可以自动按照预设轨迹运行到农作物的树冠的前方。

进一步的，在上述实施例的基础上，图3为本实用新型实施例二提供的树冠检测装置的检测示意图，如图2所示，如图2和图3所示，本实施例二提供的树冠检测装置，还包括：数据采集器10；

激光扫描传感器2和终端3分别与数据采集器10电连接；

激光扫描传感器2，具体用于采集激光扫描传感器2至树冠的距离信号s，以及激光扫描传感器2转动角度的角度信号α_i；

数据采集器10，用于获取距离信号s和角度信号α_i，将距离信号s和角度信号α_i转换为能够被终端3识别的距离数据信息s'和角度数据信息α_i'，并将距离数据信息s'和角度数据信息α_i'发送给终端3；

终端3，具体用于根据接收到的距离数据信息s'，确定激光扫描传感器2扫描状态中的相邻两个光斑点之间的垂直距离h_i＝s'×tan(r)之后，再根据角度数据信息α_i'，确定树冠体积 $V=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{V}_i=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{h}_i\×(D-s^{\′}\×cos\left({{\mathrm{\α}}_i}^{\′}\right))\×(v\×t).$

其中，r为激光扫描传感器2的角度分辨率；V_i为激光扫描传感器2扫描状态中的每一个光斑点对应位置处的树冠体积；D为激光扫描传感器2与树干的水平距离；v为步进电机6的运行速度，t为相邻两个光斑点之间的扫描时间间隔。

在本实施方式中，具体的，提供一个数据采集器10，数据采集器10与激光扫描传感器2电连接，并且数据采集器10与终端3电连接。激光扫描传感器2在工作时，对一颗农作物进行连续的上下扫描；并且，激光扫描传感器2的角度分辨率越高，测量越精确。在一颗农作物进行连续的上下扫描的过程中，在垂直于地面的方向上会呈现出一系列的扫描光斑点，扫描光斑点会打到被测的农作物的树冠的某一被测点上，首先获取的是激光扫描传感器2至农作物的树冠的距离信号s，在此扫描的过程中，激光扫描传感器2会生成激光扫描传感器2转动角度的角度信号α_i。由于激光扫描传感器2发射的激光会随激光扫描传感器2至被测点的距离的增加，光斑点会开始扩散，光斑直径d与距离信号s的关系为d＝0.0046×s+13；如果被测树冠上对应于光斑点的被测点的直径小于光斑点的直径，则激光打到树冠上会有部分能量丢失，当能量不足时，激光扫描传感器2不能够检测到树冠，此时可以选择多次回波的方式，激光的部分能量打到树冠上，部分能量打在背景上，则可能没有树冠数据的返回，但在第二次回波的数据中有背景距离的数据返回；而如果需要可靠的检测到树冠，则需要将激光的光斑点必须完全打到被测树冠上。

然后，本实施方式数据采集器采用四通道模拟信号隔离采集器(SeriesA/D Isolation Converter，简称A/D ISO)中的型号为ISO 4014-A4-P1-B数据采集器，数据采集器10在接收到终端3发送的数据读取命令之后，获取激光扫描传感器2中的距离信号s和角度信号α_i，然后进行数模转换，将距离信号s和角度信号α_i转换为能够被终端3识别的距离数据信息s'和角度数据信息α_i'，然后再将距离数据信息s'和角度数据信息α_i'上传给终端3。

终端3在每次接收到距离数据信息s'和角度数据信息α_i'之后，首先计算相邻的两个光斑点之间的垂直距离h_i，相邻的两个光斑点之间的垂直距离可以采用公式h_i＝s'×tan(r)进行近似计算得到，其中，激光扫描传感器2的角度分辨率r可以取值0.5。终端3可以根据预先设定的步进电机6的运行速度v，相邻两个光斑点之间的扫描时间间隔t，以及角度数据信息α_i'，计算树冠体积其中，V_i为激光扫描传感器2扫描状态中的每一个光斑点对应位置处的树冠体积，D为预先测量得到的激光扫描传感器2与树干的水平距离。终端3可以将树冠体积V显示出来，同时终端3在得到树冠体积V的过程中，可以根据采集到的各项数据，绘制出树冠的三维图。

当步进电机6在自动运行状态下按设定好的运行速度、运行方向以及运行距离运动时，带动激光扫描传感器2对被测果树的进行扫描探测，此时激光扫描传感器2以设定好的频率以及扫描间隔进行检测，并将检测到的距离信号以及角度信号通过数据采集器10上传到上位机，上位机程序对采集回来的数据进行分析处理以及运算，并把运算结果显示出来，同时显示果树的树冠特征。

本实施方式通过激光扫描传感器2和终端3分别与数据采集器10电连接，数据采集器10将激光扫描传感器2获取的距离信号s和角度信号α_i，转化为能够被终端3识别的距离数据信息s'和角度数据信息α_i'，终端3，在确定激光扫描传感器2扫描状态中的相邻两个光斑点之间的垂直距离h_i＝s'×tan(r)之后，确定树冠体积从而可以准确的扫描到农作物的树冠，并且可以得到准确的树冠体积。

进一步的，在上述实施例的基础上，如图2所示，本实施例二提供的树冠检测装置，还包括：RS422接口11；数据采集器10、终端3以及步进电机控制器8分别与RS422接口11连接。

在本实施方式中，具体的，还设置了一个RS422接口11，RS422接口11上有多个端口，从而数据采集器10、终端3以及步进电机控制器8可以通过单独的一个端口分别与RS422接口11连接。

本实施方式通过提供一个RS422接口11，数据采集器10以及步进电机控制器8可以通过RS422接口11与终端3进行连接，从而数据采集器10可以将获取的树冠数据发送给终端3，终端3可以将步进电机控制器8的运行参数发给步进电机控制器8。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种树冠检测装置，其特征在于，包括：

滑台，激光扫描传感器和终端；

所述激光扫描传感器固定设置在所述滑台上，所述激光扫描传感器与所述终端电连接；

其中，所述滑台用于带动所述激光扫描传感器沿着预设轨迹运动；所述激光扫描传感器用于采集树冠数据，并将所述树冠数据发送给所述终端；所述终端用于根据接收到的所述树冠数据，确定树冠体积。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述滑台包括：导轨，以及设置在所述导轨上且沿所述导轨滑动的滑块；

所述激光扫描传感器固定设置在所述滑块上。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括：步进电机，步进电机驱动器和步进电机控制器；

所述步进电机与所述滑块固定连接；所述步进电机驱动器与所述步进电机电连接；所述步进电机控制器与所述步进电机驱动器和所述终端电连接；

所述步进电机控制器，用于根据所述终端发送的预设电机数据，控制所述步进电机驱动器驱动所述步进电机运动；

所述步进电机，用于带动所述滑块沿着所述预设轨迹运动。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括：数据采集器；

所述激光扫描传感器和所述终端分别与所述数据采集器电连接；

所述激光扫描传感器，具体用于采集所述激光扫描传感器至所述树冠的距离信号s，以及所述激光扫描传感器转动角度的角度信号α_i；

所述数据采集器，用于获取所述距离信号s和所述角度信号α_i，将所述距离信号s和所述角度信号α_i转换为能够被所述终端识别的距离数据信息s'和角度数据信息α_i'，并将所述距离数据信息s'和所述角度数据信息α_i'发送给所述终端；

所述终端，具体用于根据接收到的所述距离数据信息s'，确定所述激光扫描传感器扫描状态中的相邻两个光斑点之间的垂直距离h_i＝s'×tan(r)之后，再根据所述角度数据信息α_i'，确定所述树冠体积 $V=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{V}_i=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{h}_i\×(D-s^{\′}\×cos({{\mathrm{\α}}_i}^{\′}))\×(v\×t);$

其中，r为所述激光扫描传感器的角度分辨率；V_i为所述激光扫描传感器扫描状态中的每一个光斑点对应位置处的树冠体积；D为所述激光扫描传感器与树干的水平距离；v为所述步进电机的运行速度，t为所述相邻两个光斑点之间的扫描时间间隔。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括：推荐标准RS422接口；

所述数据采集器、所述终端以及所述步进电机控制器分别与所述RS422接口连接。

6.根据权利要求2-5任一所述的装置，其特征在于，还包括：支架；

所述支架的下端与所述滑块螺接，所述支架的上端与所述激光扫描传感器固定连接。