CN209400016U - 一种温室作物生境信息采集系统 - Google Patents

Abstract

一种温室作物生境信息采集系统，包括行走小车，在行走小车的行走路线上预先设置有若干RFID标签，在行走小车的底盘上设置单片机、红外温度传感器、二氧化碳浓度传感器、温湿度传感器、RFID读写器、红外避障模块、升降装置和GPRS模块，红外温度传感器设置于升降装置上，红外温度传感器、二氧化碳浓度传感器、温湿度传感器、RFID读写器的输入和输出及红外避障模块的输出端连接单片机，单片机的控制信号输出端连接行走小车的机动装置和升降装置。本实用新型还可在升降装置上设置双目摄像头，获取植物高度以实现自动调整红外温度传感器的高度，本实用新型可有效采集到植物体的冠层信息、垄间信息，并根据作物生长高度、栽培密度等因素调整测量方式，实现温室植物生境信息的精细化、精确化、实时化测量。

Description

一种温室作物生境信息采集系统

技术领域

本发明属于农业物联网技术领域，特别涉及一种温室作物生境信息采集系统。

背景技术

温室是一种通过环境调控，为作物营造较为适宜的生长环境，使其在适宜的生长空间内，获得最高产量、品质和经济效益的一种高效农业，对温室内作物生长环境的精确检测与调控是设施农业的基本实现形式之一，也是研究热点之一。

温室内生理生境监测方面，尽管出现了大量的物联网远程监测系统，但在与作物最相关的生境信息如冠层信息、垄间信息监测方面，缺少与作物生长高度、栽培密度等相关的精细化、精确化、实时测量的测量装置。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种温室作物生境信息采集系统，可以在采集垄间环境信息的同时，人为或者自动调整红外温度传感器的高度，实现对植物冠层温度的采集。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种温室作物生境信息采集系统，包括行走小车，在行走小车的行走路线上预先设置有若干RFID标签7，其特征在于，在行走小车的底盘11上设置单片机1、红外温度传感器2、二氧化碳浓度传感器3、温湿度传感器4、RFID读写器6、红外避障模块8、升降装置9和GPRS模块10，其中，所述RFID读写器6设置在底盘11的前部中央，红外避障模块8有两个，对称设置在RFID读写器6的左右两侧，所述升降装置9设置在底盘11的尾部中央，所述红外温度传感器2设置于升降装置9上，所述红外温度传感器2、二氧化碳浓度传感器3、温湿度传感器4、RFID读写器6输入和输出及红外避障模块8的输出端连接单片机1，单片机1的控制信号输出端连接行走小车的机动装置。

优选地，本发明还可包括双目摄像头5，所述双目摄像头5设置于升降装置9上，其输入和输出端连接单片机1，所述单片机1的控制信号输出端连接升降装置9的动机机构。

优选地，所述双目摄像头5采集植物图片，所述单片机1根据图片所得的高度调整升降装置9的升降，使得红外温度传感器2位于植物冠层位置采集植物冠层温度。

优选地，所述RFID读写器6读取RFID标签7实现定位。

优选地，所述红外避障模块8采集前方障碍信息，所述单片机1根据障碍信息调整行走小车的机动装置，实现在偏离路线的情况下对小车姿态的调整。

优选地，所述单片机1通过GPRS模块10向终端微型电脑12以无线方式传输数据。

优选地，所述RFID标签7交错布置在小车测量行走的轨迹上，标签中信息包括启动测量装置和运动状态，运动状态为直行、左转、右转以及停止。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可有效采集到植物体的冠层信息、垄间信息。并根据作物生长高度、栽培密度等因素调整测量方式，实现温室植物生境信息的精细化、精确化、实时化测量的功能。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的结构框图。

图2为本实用新型实施例一的结构示俯视图。

图3为本实用新型实施例一的升降装置及搭载仪器部分的主视图。

图4为本实用新型实施例二的结构框图。

图5为本实用新型实施例二的结构示俯视图。

图6为本实用新型实施例二的升降装置及搭载仪器部分的主视图。

图7为本实用新型实施例二控制及升降装置部分示意图。

图8为本实用新型RFID定位系统示意图。

图9为本实用新型实施例二信息采集部分示意图。

图10为本实用新型实施例二信息传输系统示意图。

图11为本实用新型实施例二的工作流程图。

图12为本实用新型实施例二的整体电路连接图。

图13为本实用新型的升降装置中驱动器电路连接图。

图14为本实用新型的机动部分电路连接图。

图说明：单片器1、红外温度传感器2、二氧化碳浓度传感器3、温湿度传感器4、双目摄像头5、RFID读写器6、RFID标签7、红外避障模块8、升降装置9、GPRS模块10、小车底盘11、终端微型电脑12、作物种植区13、工作区域14。

需要说明的是：在图5中，图中所有与标有7相同的图形均表示无源RFID标签。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

实施例一

参照图1，本实用新型一种温室作物生境信息采集系统，包括行走小车，以及四个功能部分：控制及升降部分、定位部分、信息采集部分、信息传输部分。

控制及升降部分包括：单片机1、红外避障模块8、升降装置9。

定位部分包括：RFID读写器6、RFID标签7。

信息采集部分包括：红外温度传感器2、二氧化碳浓度传感器3、温湿度传感器4。

信息传输部分包括：GPRS模块10、终端微型电脑12。

参照图2，单片机1、红外温度传感器2、二氧化碳浓度传感器3、温湿度传感器4、RFID读写器6、红外避障模块8、升降装置9和GPRS模块10均设置在行走小车的底盘11上。

RFID读写器6设置在底盘11的前部中央，红外避障模块8有两个，对称设置在RFID读写器6的左右两侧，升降装置9设置在底盘11的尾部中央，参照图3，红外温度传感器2设置于升降装置9上，实现垂直运动的功能，红外温度传感器2、二氧化碳浓度传感器3、温湿度传感器4、RFID读写器6输入和输出及红外避障模块8的输出端连接单片机1，单片机1的输出端连接行走小车的机动装置。参照图8，本实用新型的定位部分是通过RFID技术实现的。RFID标签7预先交错设置在行走小车的行走测量轨迹上(即需要测量的位置)，小车只需遍历这些标签即可，RFID读写器6读取RFID标签7实现定位，读取到的信息由单片机1来处理。考虑到环境因素的影响，标签读取距离选择30cm～50cm。标签中信息包括启动传感器、运动状态(直行、左转、右转、停止，告知小车接下来运动的方向)，RFID读写器6接收到的命令即为上述标签中信息。

升降装置9由丝杠、步进电机驱动器组成。其中丝杠中包含一个两相四线步进电机、一个丝杆、一个滑台。参照图12、图13，步进电机的驱动信号由步进电机驱动器提供；步进电机驱动器脉冲信号PUL+、PUL-，方向信号DIR+、DIR-，使能信号EA+、EA-由单片机1提供。参照图3，红外温度传感器2安装在升降装置9的滑台上，步进电机转动带动丝杆转动从而使滑台携带红外温度传感器2实现上下运动。当滑台携带红外温度传感器2到达指定高度时，控制步进电机停止转动从而保持滑台位于固定的高度不变。

参照图12、图14，小车的机动装置由驱动器L298N、四个减速直流电机、四个齿轮、两条履带组成。四个直流减速电机位于小车左右两侧，每一侧对称位置有两个直流减速电机，且每侧的直流减速电机前后位置对称。四个齿轮分别组装在四个直流减速电机上。单片机1控制信号传送到驱动器L298N，再由驱动器L298N控制四个直流减速电机的转动状态，转动状态包括正向转动、反向转动、单侧两个直流减速电机转动、停止。直行时四个直流减速电机转动带动四个齿轮转动，左右两侧的两个齿轮带动相应的履带转动实现前进与后退。转向时单侧的直流减速电机运动带动相应的齿轮转动进而带动履带转动实现差速转向。需要说明的是，机动部分并不局限于以上介绍形式，以上介绍的仅是机动装置的一种实现形式。

根据该结构，本实用新型的工作流程如下：在需要测量的位置预先布置好RFID标签7。指引拍照的标签布置在起始位置后续的5～8位置，指导测量工作的标签的数量及位置视用户测量数据要求而定。根据人工观察的植物冠层情况，设定红外温度传感器2在升降装置9上的高度，预先将小车摆放到工作区域，启动装置后，小车保持前行的状态，根据标签里面信息继续运动。过程中采集植物冠层温度、垄间空气的二氧化碳浓度、垄间空气的温度和湿度，在一轮采集之后，设定红外温度传感器2在升降装置9上的另一高度，重新运行小车，采集下一植物冠层的温度。

实施例二

参照图4和图5，本实用新型一种温室作物生境信息采集系统，与实施例一相比，信息采集部分增加了双目摄像头5。

参照图6，红外温度传感器2和双目摄像头5设置于升降装置9上，实现垂直运动的功能，红外温度传感器2、二氧化碳浓度传感器3、温湿度传感器4、双目摄像头5、RFID读写器6的输入和输出及红外避障模块8的输出端连接单片机1，单片机1的输出端连接行走小车的机动装置和升降装置9。

参照图7，通过单片机1控制行走小车的行走以及升降装置9的升降，并协调各部分运转，红外避障模块8采集前方障碍信息，单片机1根据障碍信息调整行走小车的机动装置，实现在偏离路线的情况下对小车姿态的调整。通过升降装置9调整双目摄像头5的高度位置以完成图片的拍摄和冠层信息的测取，双目摄像头5采集植物图片，单片机1根据图片所得高度(可采用现有的图像处理方式得到)再次调整升降装置9的升降，使得红外温度传感器2位于植物冠层位置采集环境温度。

参照图6，红外温度传感器2、双目摄像头5安装在升降装置9中所含的滑台上，步进电机转动带动丝杆转动从而使滑台携带红外温度传感器2、双目摄像头5实现上下运动。初始时，滑台位于丝杆的最下端。单片机1根据双目摄像头5拍摄的图片运算得到植物高度信息时，通过控制步进电机转动的圈数实现控制滑台运动路程，此路程与植物高度相同。当滑台携带红外温度传感器2、双目摄像头5到达指定高度时单片机1控制步进电机停止转动从而保持滑台位于固定的高度不变。

其定位部分的原理与实施例一一致。

参照图9，本实用新型需要采集植物高度信息、冠层温度信息、空气的二氧化碳浓度信息、空气的温度和湿度信息。双目摄像头5随机拍摄若干张完整植物照片，得出植物高度信息。单片机1根据此高度信息通过升降装置9将红外温度传感器2调整到植物冠层位置，并启动红外温度传感器2对植物体冠层处的温度进行测量得到植物冠层温度。在启动红外温度传感器2的同时也启动二氧化碳浓度传感器3、温湿度传感器4，测量垄间空气的二氧化碳浓度、垄间空气的温度和湿度。红外温度传感器2型号可为FIR17-64、温湿度传感器4型号可为SHT30、二氧化碳浓度传感器3型号可为RS-CO2-V05-2、红外避障模块8型号可为E18-D80NK，但传感器并不局限于此，其他型号传感器可完成同样功能也属于本发明范围之内。

参照图7，本实用新型信息传输系统利用GPRS模块10进行无线传输。传输内容包括植物体图片、植物高度信息、冠层温度信息、空气的二氧化碳浓度信息、空气的温度和湿度信息。其中，植物体图片、冠层温度信息、空气的二氧化碳浓度信息、空气的温度和湿度信息是从单片机1经GPRS模块10传送到终端微型电脑12，终端微型电脑12接收数据并对数据进行显示，将得到的植物高度信息从终端微型电脑12传送到单片机1。

参照图12，本实用新型中单片机1与红外温度传感器2、二氧化碳浓度传感器3、温湿度传感器4、双目摄像头5、RFID读写器6、红外避障模块8、升降装置9中的驱动器、GPRS模块10以及机动装置中驱动器L298N相连接，控制所连接的对象，实现各部分协调运转。单片机1中电源接口是单片机供电的接口。上述各模块中的VCC、GND连接到单片机1中的VCC、GND。上述各模块中除VCC、GND外均是与单片机1的通信线，通信线实现向单片机发送数据或者单片机向所连模块发送指令的功能。需要说明的是，由于双目摄像头5、RFID读写器模块6接线众多，因此用总线表示，总线是由VCC、GND和通信线组成。

参照图8，本实用新型的工作流程如下：在需要拍照、测量的位置预先布置好RFID标签7。指引拍照的标签布置在起始位置后续的5～8位置，指导测量工作的标签的数量及位置视用户测量数据要求而定。预先将小车摆放到工作区域，启动装置后，小车保持前行的状态。遇到指导拍照工作的RFID标签7时，单片机1控制小车停止，启动升降装置9将双目摄像头5送至适当位置，启动双目摄像头5拍摄图片，第一组图片经GPRS模块10传输到终端微型电脑12，关闭双目摄像头，升降装置回到原位。启动小车，根据标签里面信息继续运动。依此拍摄若干组图片，每组图片均传回一个高度值，升降装置按照此高度将双目摄像头送到指定高度拍摄图片，在拍摄完最后一组图片后，传回的高度为以上高度的平均值，此高度即认为是植物的冠层区域。

小车继续运行到下一个位置，单片机1控制小车停止，并启动红外温度传感器2、二氧化碳浓度传感器3、温湿度传感器进行测量4。测量过后数据经GPRS模块10上传至终端微型电脑12。依此规律遍历工作区域的所有位置，并测量数据、上传数据。

在遇到转弯位置时，通过RFID标签7告知小车。转弯位置布置内有左转、右转信息的标签，经读写器读取后传至单片机1，单片机1根据信息控制小车的机动装置实现转弯。

在小车运动过程中，受地形、标签位置偏离、植物长势的影响，可能会出现偏离预定路线的情况。在偏离预定路线时，由红外避障传感器8监测周围是否有物体。由图2可知，红外避障传感器8对称安装在小车前面的两侧。当检测到某一侧有物体时，由单片机1控制小车机动装置向另一侧偏移调整，继续检测两侧是否有物体，若无物体时继续前行工作，若两侧均有物体则由单片机1发出报警。

Claims (7)

1.一种温室作物生境信息采集系统，包括行走小车，在行走小车的行走路线上预先设置有若干RFID标签(7)，其特征在于，在行走小车的底盘(11)上设置单片机(1)、红外温度传感器(2)、二氧化碳浓度传感器(3)、温湿度传感器(4)、RFID读写器(6)、红外避障模块(8)、升降装置(9)和GPRS模块(10)，其中，所述RFID读写器(6)设置在底盘(11)的前部中央，红外避障模块(8)有两个，对称设置在RFID读写器(6)的左右两侧，所述升降装置(9)设置在底盘(11)的尾部中央，所述红外温度传感器(2)设置于升降装置(9)上，所述红外温度传感器(2)、二氧化碳浓度传感器(3)、温湿度传感器(4)、RFID读写器(6)的输入和输出端及红外避障模块(8)的输出端连接单片机(1)，单片机(1)的控制信号输出端连接行走小车的机动装置。

2.根据权利要求1所述温室作物生境信息采集系统，其特征在于，还包括双目摄像头(5)，所述双目摄像头(5)设置于升降装置(9)上，其输入和输出端连接单片机，所述单片机(1)的控制信号输出端连接升降装置(9)的动力机构。

3.根据权利要求2所述温室作物生境信息采集系统，其特征在于，所述双目摄像头(5)采集植物图片，所述单片机(1)根据图片所得植物高度调整升降装置(9)的升降，使得红外温度传感器(2)位于植物冠层位置采集植物冠层温度。

4.根据权利要求1或2所述温室作物生境信息采集系统，其特征在于，所述RFID读写器(6)读取RFID标签(7)实现定位。

5.根据权利要求1所述温室作物生境信息采集系统，其特征在于，所述红外避障模块(8)采集前方障碍信息，所述单片机(1)根据障碍信息调整行走小车的机动装置，实现在偏离路线的情况下对小车姿态的调整。

6.根据权利要求1所述温室作物生境信息采集系统，其特征在于，所述单片机(1)通过GPRS模块(10)向终端微型电脑(12)以无线方式传输数据。

7.根据权利要求1所述温室作物生境信息采集系统，其特征在于，所述RFID标签(7)交错布置在小车测量行走的轨迹上，标签中信息包括启动测量装置和运动状态，运动状态为直行、左转、右转以及停止。