CN103548646A

CN103548646A - 智能烟苗定量浇水机

Info

Publication number: CN103548646A
Application number: CN201310532942.XA
Authority: CN
Inventors: 刘双喜; 王金星; 范连祥; 刘杰; 傅生辉; 牟华伟; 孟凡荣
Original assignee: Shandong Agricultural University
Current assignee: Shandong Agricultural University
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2014-02-05

Abstract

本发明涉及一种智能烟苗定量浇水机，包括机架、检测控制***、光箱、电瓶、储水罐、电磁阀、水箱和潜水泵；水箱安装在机架上；检测控制***封装在检测控制盒中，检测控制盒固定在光箱顶部的检测控制***安装口上；摄像头固定在光箱中的摄像头悬挂架上面，摄像头尾部通过数据线与ARM控制板相连，光箱通过光箱悬挂架固定在智能烟苗定量浇水机尾部；储水罐安装在光箱尾部。本发明提供的智能烟苗定量浇水机能够通过机器视觉技术准确的检测出烟苗位置，ARM控制板中的程序和继电器控制电路能够控制电磁阀完成烟苗的浇水作业，浇水效果满足农艺要求，可实现连续、高效、自动化作业。

Description

智能烟苗定量浇水机

（一）技术领域

本发明提供了一种智能烟苗定量浇水机，属于烟草田间管理机械。

（二）背景技术

烟草是我国主要经济作物之一，种植烟草已成为增加农民收入和财政税收的重要组成部分。在烟草的生长期间，水分直接影响着烟草的生长发育、生理生化代谢以及产量和品质。但是，我国北方降水少，每年的降水量远远达不到烟草生长所需的水量；南方雨水虽然比较充沛,但分配很不均匀,梅雨季节雨量过于集中,其他时间相对较少,与烟草的整个生产过程不能相对应,常造成旺长期缺水,而成熟采烤期雨水过多的现象。因此，实现烟草的机械化、自动化浇水是保障烟农经济效益的有效措施，也是目前烟草生产亟待解决的重大问题。

我国的烟草田间管理机械虽然取得了一定的进步，但是，与烟草生产各环节对应的生产机械中，深耕起垄、覆膜、移栽等机械多，而与浇水作业相配套的浇水机械却仍未问世，使得在浇水这一环节费时费力，大多数地方还是以人工或畜力为主，机械化程度相当地，无法按需浇水，即浪费了水资源，又无法将浇水量控制在烟草生长所需要的最佳范围。即便是如美国、日本等发达国家也未有专门的烟草浇水机械来完成浇水作业。所以，研究智能烟苗定量浇水机可以大大节约水资源，减少人力的投入，缩短劳动时间，减轻劳动强度，对获得优产优质的烟草和提高作业效率具有重要的意义。

（三）发明内容

本发明提供了一种智能烟苗定量浇水机，既解决了人工浇水劳动强度大的问题，又可控制烟苗的浇水量和浇水位置，避免了水资源的浪费。

本发明采用的技术方案如下：

所述的智能烟苗定量浇水机包括机架、检测控制***、光箱、电瓶、储水罐、电磁阀、水箱和潜水泵。

所述的机架包括发动机、变速箱和行走***。发动机通过变速箱将动力传递给行走***带动整机前进，该变速箱有两个前进挡和两个后退档，可以满足浇水机所需要的行进速度，传动稳定、可靠。行走***结构紧凑、配合合理、质量轻、强度大、调整方便、稳定性强、经济实用、制造成本低、用途广泛，通过丝杠还可以调整作业高度，适合不同地段的浇水作业。

所述的检测控制***由摄像头、ARM控制板和继电器控制电路组成。检测控制***封装在检测控制盒中，检测控制盒固定在光箱顶部的检测控制***安装口上。两个12V电瓶串联后，通过电源转换模块将24V电压转换成5V给ARM控制板和继电器控制电路供电，所有负极接地。摄像头固定在光箱中的摄像头悬挂架上面，摄像头上下位置、前后位置可调，摄像头尾部通过数据线与ARM控制板相连，并通过数据线将所获取的数据传递给ARM控制板。ARM控制板的信号输出端与继电器控制电路相连，继电器控制电路中的继电器1号引脚与两个12V电瓶串联后的24V正极相连，2号引脚与电磁阀正极相连。向ARM控制板中输入设定好的程序（输入的程序包括彩色图像处理程序和信号输出控制程序，可实现图像数据的处理与控制信号的输出等功能），通过调节ARM控制板内的程序来控制继电器中电控开关闭合时间的长短，从而控制电磁阀打开时间的长短和浇水量的大小。

所述的光箱由五个塑料板组成，每个塑料板均由表面不反光，不透光的材料制造，起到防静电和隔绝外界光线的目的。光箱通过光箱悬挂架固定在智能烟苗定量浇水机尾部，光箱悬挂架高度可调。光箱顶部开有一个检测控制***安装口，用以安装检测控制***。光箱内部均匀安装多个LED灯条，LED灯条采用并联方式与一个12V电瓶连接，灯条负极接地。光箱顶部与光箱长边平行的中心线上垂直安装摄像头固定架，摄像头安装架（摄像头安装架包括套筒和悬挂板）通过套筒可活动的套在摄像头固定架外面，通过调节套筒在摄像头固定架上的位置来调整摄像头离烟垄的高度，从而实现摄像头的高度调节。悬挂板与套筒垂直固定安装，在悬挂板两侧（即沿烟垄两侧）对称设有多对摄像头固定孔，摄像头通过摄像头固定孔安装在悬挂板上；通过改变摄像头的安装位置可以改变摄像头沿水平方向的位置，从而实现摄像头在光箱中前后位置（以浇水机行进方向为前）的调节。作业时保证摄像头在烟垄的正上方。

所述的储水罐安装在光箱尾部（浇水机的最后方），为浇水作业储存水源。储水罐上方开有两个圆柱孔，一个圆柱孔通过输水管与潜水泵的出水口相连，储水罐另外一个圆柱孔通过输水管与水箱相通。

所述的电磁阀通过螺纹连接安装在储水罐下部，电磁阀与摄像头的水平距离为100～150mm。电磁阀采用两个12V电瓶串联供电，电磁阀正极与继电器的2号引脚相连，负极接地。

所述的水箱安装在机架上，可实现浇水机长时间作业。

所述的潜水泵安置在水箱里，采用两个12V电瓶串联为潜水泵供电，负极接地。潜水泵出水口通过输水管和储水罐相连，可不断向储水罐供水，保证储水罐时刻充满水。

所述的电瓶安装在机架上，为监测控制***、所有的LED灯条、潜水泵和电磁阀供电。

本发明提供的智能烟苗定量浇水机能够通过机器视觉技术准确的检测出烟苗位置，将事先根据农艺要求设定好的程序存入ARM控制板的SD卡中，设定程序包括彩色图像处理程序、信号输出控制程序（包括检测到一颗烟苗时继电器开关的时间）等；摄像头在行进中将获取的图像信息发送给ARM控制板，ARM控制板中彩色图像处理程序对信息进行处理，以确定烟苗的位置，同时根据处理结果控制继电器开关，从而控制电磁阀打开或关闭，达到定量浇水的目的。ARM控制板中的程序和继电器控制电路能够控制电磁阀完成烟苗的浇水作业，浇水效果满足农艺要求，可实现连续、高效、自动化作业。

（四）附图说明

图1是本发明的整机结构图。

图2是本发明光箱结构图。

图3是本发明摄像头安装架图

图4是本发明的工作流程图。

图中：1.转向离合2.行走离合3.输水管4.水箱5.潜水泵6.电瓶7.变速箱8.发动机9.高度调节丝杠10.发动机固定架11.行走***12.光箱悬挂架13.光箱14.检测控制***15.摄像头16.摄像头悬挂架17.电磁阀18.储水罐19.LED灯条20.检测控制***安装口21.摄像头固定架22.套筒23.悬挂板24.摄像头固定孔

（五）具体实施方式

以下具体实施方式用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

本实施例中，将光箱悬挂架（12）安装在机器的后下方，光箱（13）内部固定有八个LDE灯条（19），八个LED灯条（19）采用并联方式对称分布在光箱（13）的两个矩形侧壁内侧，用一个12V电压的电瓶（6）给八个LED灯条（19）供电。

检测控制***（14）用螺栓固定在光箱的检测控制装置安装口（20）上，用电源转换模块将两个电瓶（6）串联后的24V电压转换为5V电压来给检测控制***（14）供电。摄像头（15）固定在光箱内部的摄像头悬挂架（16）上面，工作时摄像头（15）在烟垄的正上方。继电器控制电路的输出端与电磁阀（17）相连。

储水罐（18）焊接在光箱（13）尾部，储水罐（18）上方开有两个圆柱形孔，一个圆柱孔通过输水管（3）与水箱（4）中潜水泵（5）的出水口相连，储水罐（18）另外一个圆柱孔通过输水管伸入水箱中。

电磁阀（17）通过螺纹连接安装在储水罐（18）下部，采用两个12V电瓶（6）串联后供电。电磁阀（17）与摄像头（15）的水平距离为100～150mm，工作时电磁阀（17）在烟垄的正上方。

水箱（4）里面存有100Kg水，可实现浇水机长时间作业。潜水泵（5）安置在水箱里，采用两个12V电瓶（6）串联后为潜水泵（5）供电，负极接地。潜水泵（5）出水口通过输水管（3）和储水罐（18）相连，工作时打开潜水泵（5）开关，使水通过潜水泵（5）和两个输水管（3）输入储水罐（18）中，保证储水罐（18）时刻充满水。

工作时首先调整智能烟草定量浇水机，使摄像头（15）位于烟垄中心线正上方，然后根据垄高调节高度调节丝杠（9）以调整整机高度，使浇水机作业过程中避开作物，以免对作物造成损伤；调节摄像头悬挂架，使得摄像头（15）距离垄顶平面10～15cm。打开行走离合，变速箱（7）将来自发动机（8）的动力传递给行走***（11），从而带动浇水机的前进。打开ARM控制板开关和潜水泵（5）开关，此时ARM控制板向继电器控制电路输出高电平信号，继电器中的电控开关处于打开状态；与ARM控制板上连接的摄像头（15）在浇水机行走过程中获取图像数据，摄像头（15）将图像数据传递给ARM控制板，ARM控制板对摄像头取得的图像数据进行处理（在ARM控制板中已事先存储图像处理程序和控制信号输出程序），如果所获取的数据在所设定的数据范围内（不同的颜色存储到ARM控制板上的数据是不一样的，因烟草为绿色，所以通过大量实验得出存储在ARM控制板的程序中代表绿色的数据范围），则认为检测到烟草位置。此时ARM控制板向继电器控制电路输出的信号由高电平转为低电平，继电器控制电路接收到该低电平信号后，位于继电器中的电控开关闭合，电磁阀（17）得电导通，开始浇水。浇水量可以通过电磁阀（17）打开的时间长短来控制，电磁阀（17）打开时间与继电器电控开关闭合的时间一致，继电器电控开关闭合的时间与ARM控制板输出的低电平信号时间一致，ARM控制板输出低电平信号的时间由ARM控制板中设定的程序控制，继电器开关闭合的时间可事先设定。

所选ARM控制板的主频为f，则ARM控制板的时钟周期为

所以程序中完成一次脉冲延时循环所需的时间即ARM控制板的机器周期为

如果程序中脉冲延时循环次数为N，则ARM控制板输出低电平信号的时间为

通过调整程序中脉冲延迟的循环次数可以控制ARM控制板输出低电平的时间，进而控制电磁阀打开的时间。

如采用电磁阀流量孔径为25mm，查《工业过程控制***用电磁阀》得，流量孔径为25mm时，额定流量系数为8.5m³/h，即2.36L/s。储水罐中水的压强低于标准值，经过大量试验得出，电磁阀每打开1s，浇水量为1.72L。如一棵烟草需浇水1L，设定继电器闭合时间0.6s，当摄像头将获取的图像信息传送给ARM控制板时，内存的图像处理程序进行图像分析，得出烟草的位置，ARM控制板将信号发送给继电器，位于继电器中的电控开关闭合，电磁阀（17）得电导通，开始浇水，0.6s后继电器关闭，浇水结束。浇水机在前行过程中，不断重复此过程，以完成自动定量浇水。

上述仅为本发明的具体实施方式，在不脱离本发明的构思和范围的情况下做出的各种变化和变型、所有等同的技术方案也属于本发明的范畴。

Claims

1.一种智能烟苗定量浇水机，其特征在于包括机架、检测控制***、光箱、电瓶、储水罐、电磁阀、水箱和潜水泵；

所述的机架包括发动机、变速箱和行走***；发动机通过变速箱将动力传递给行走***带动整机前进，所述的变速箱设有两个前进挡和两个后退档；所述的水箱安装在机架上；

所述的检测控制***由摄像头、ARM控制板和继电器控制电路组成；检测控制***封装在检测控制盒中，检测控制盒固定在光箱顶部的检测控制***安装口上；ARM控制板的信号输出端与继电器控制电路相连，继电器控制电路中的继电器1号引脚与两个12V电瓶串联后的24V正极相连，2号引脚与电磁阀正极相连；

所述的光箱由五个塑料板组成；光箱通过光箱悬挂架固定在智能烟苗定量浇水机尾部，光箱悬挂架高度可调；光箱内部均匀安装多个LED灯条，全部LED灯条采用并联方式与一个12V电瓶连接，LED灯条负极接地；光箱顶部与光箱长边平行的中心线上垂直安装摄像头固定架，摄像头安装架通过套筒可活动的套在摄像头固定架外面；摄像头安装架位置可调；所述的摄像头安装架包括套筒和悬挂板，悬挂板与套筒垂直固定安装，在悬挂板两侧对称设有多对摄像头固定孔，摄像头通过摄像头固定孔安装在悬挂板上；摄像头上下位置、前后位置可调；摄像头尾部通过数据线与ARM控制板相连；

所述的储水罐安装在光箱尾部；潜水泵安置在水箱里，储水罐上方开有两个圆柱孔，一个圆柱孔通过输水管与潜水泵的出水口相连，储水罐另外一个圆柱孔通过输水管与水箱相通；

所述的电磁阀安装在储水罐下部，电磁阀与摄像头的水平距离为100～150mm；电磁阀采用两个12V电瓶串联供电，电磁阀正极与继电器的2号引脚相连，负极接地。