CN105278503A - 一种基于网络的温室施药机器人远程控制*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及现代农业设备技术领域，尤其涉及一种基于网络的温室施药机器人远程控制***。该***包括：环境信息监测单元、远程终端、控制单元以及施药机器人；其中，环境信息监测单元设置在温室内，用于采集温室的环境数据，并将环境数据发送给控制单元；控制单元，用于综合环境数据以及温室的作物信息，生成作物病害防控预警信息；远程终端，用于远程接入控制单元，根据作物病害防控预警信息生成控制指令，并控制控制单元向施药机器人发送控制指令；施药机器人，用于接收并执行控制指令。本发明通过远程终端接入控制单元对施药机器人进行控制，使操作人员无需在温室现场对施药机器人进行操作，避免了操作人员农药中毒情况的发生。

Description

一种基于网络的温室施药机器人远程控制***

技术领域

本发明涉及现代农业设备技术领域，尤其涉及一种基于网络的温室施药机器人远程控制***。·

背景技术

温室是设施农业的重要组成部分，具有采光好、抗逆强、土地利用率高等优点，能够大幅度提高农业劳动生产率和农产品产出率，是当前广大农民提高收入水平的主要方式之一。但由于温室作业环境密闭、作物种植种类单一、轮作少等因素，致使温室环境中作物病害的危害远远多于大田环境。长期以来，我国农业病害防治以化学防治为主，但由于主要依靠落后的背负式等手动喷雾器进行农药喷洒作为病害防治的主要手段，“跑、冒、滴、漏”现象严重，农药利用率低且流失严重。我国每年农药浪费造成的经济损失高达百亿，因农药而污染的耕地占耕地总面积的10％。

为解决温室等设施农业病害防治过程中农药使用作业效率和利用率低下的问题，温室施药机器人应运而生，利用变量施药、对靶施药等施药技术，有效解决了上述问题。

然而，由于我国农产品农药超标现象严重，且温室密闭性高、空气流动性差，导致温室内的有毒物质含量很高。现有的温室施药机器人的所有控制命令仍需要操作人员在现场对机器人的工控机的上位机进行操作，如模式切换或故障排查等等。即使该机器人工作在全自动模式下，仍然不能摆脱对现场操作人员的依赖，使操作人员不得不经常暴露在有毒环境中，极易造成操作人员农药中毒等人身伤害。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有技术操作人员在现场控制施药机器人易造成农药中毒的问题。

为实现上述的发明目的，本发明提供了一种基于网络的温室施药机器人远程控制***，包括：环境信息监测单元、远程终端、控制单元以及施药机器人；

其中，

所述环境信息监测单元设置在温室内，用于采集所述温室的环境数据，并将所述环境数据发送给所述控制单元；

所述控制单元，用于综合所述环境数据以及温室的作物信息，生成作物病害防控预警信息；

所述远程终端，用于远程接入所述控制单元，根据所述作物病害防控预警信息生成控制指令，并控制所述控制单元向所述施药机器人发送所述控制指令；

所述施药机器人，用于接收并执行所述控制指令。

其中较优地，还包括数据采集卡，用于将所述环境信息监测单元采集的环境数据由模拟信号转化为数字信号，并发送至所述控制单元。

其中较优地，所述控制指令是，

控制所述施药机器人开启或停止喷洒施药的指令；或，

控制所述施药机器人为自动工作模式或手动工作模式的指令。

其中较优地，所述环境信息监测单元包括：

空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、光照传感器以及二氧化碳传感器和监控相机。

其中较优地，所述控制单元包括：

传感器信息接收器，用于接收所述环境数据；

终端服务器，用于根据所述接收的环境数据以及所述作物信息生成作物病害防控预警信息；

第一无线通信装置，用于根据所述远程终端的控制向所述施药机器人发送所述控制指令。

其中较优地，所述第一无线通信装置为无线局域网通信装置或数传电台装置。

其中较优地，所述第一无线通信装置，还用于向所述施药机器人发送心跳信息。

所述施药机器人根据接收所述心跳信息的情况，判断与所述终端服务器的连接状态：

若在预设的规定时长内接收到所述心跳信息，则所述施药机器人判断与所述终端服务器保持连接；

若在预设的规定时长内没有接收到所述心跳信息，则所述施药机器人判断与所述终端服务器断开，将停止工作或进入待机状态。

其中较优地，所述施药机器人包括：机器人本体及导轨；

其中，所述机器人本体包括：

第二无线通信装置，用于接收所述控制单元发送的所述控制指令；

对靶喷洒装置，用于获取所述作物的病害信息，并对所述病害作物喷洒施药；

喷洒控制器，用于控制所述机器人本体在所述导轨上移动，以及所述对靶喷洒装置的开启或关闭。

本发明提供了一种基于网络的温室施药机器人远程控制***。本发明通过远程终端远程接入控制单元对施药机器人进行控制，使操作人员无需在温室现场对施药机器人进行操作，避免了操作人员农药中毒情况的发生。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明第一实施例提供的温室施药机器人远程控制***示意图；

图2是本发明第一实施例提供的温室施药机器人远程控制***工作原理示意图；

图3是本发明第一实施例提供的施药机器人结构示意图；

图4是本发明第一实施例提供的施药机器人工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明提供了一种基于网络的温室施药机器人远程控制***，包括：环境信息监测单元1、控制单元2、施药机器人3以及远程终端4。其中，环境信息监测单元1设置在温室内，用于采集温室的环境数据，并将环境数据发送给控制单元2；控制单元2，用于综合环境数据以及温室的作物信息，生成作物病害防控预警信息；远程终端4，用于远程接入控制单元，根据作物病害防控预警信息生成控制指令，并控制控制单元向施药机器人发送控制指令；施药机器人3，用于接收并执行控制指令。下面将对本发明提供的温室施药机器人远程控制***进行详细说明。

实施例一

图2示出了本发明提供的温室施药机器人远程控制***工作原理。其中，环境信息监测单元1优选地包括空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器、数据采集卡以及监控相机。空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器分别用于测量温室内空气温度和湿度、土壤温度和湿度、温室光照强度和温室内二氧化碳浓度。数据采集卡将上述传感器采集的信息由模拟信号转换为数字信号并发送至给控制单元2。此外，环境信息监测单元1还优选地包括多个监控相机。多个监控相机分别安装在温室内四个房角以及各导轨端头，以达到对温室现场环境以及施药机器人作业状态监控的目的。监控相机优选为网络相机，通过局域网将监控视频图像发送至物联网控制单元上述网络相机带有RJ45接口和Wifi接口，可以通用于有线局域网或无线局域网。

如图2所示，控制单元2优选地包括传感器信息接收器、服务器和第一无线通信装置。其中较优地，传感器信息接收器通过RS485接口从数据采集卡获取温室内各传感器的环境数据，并转发至服务器。服务器中内置有基于VC++的控制***，该***将监控相机发送的视频图像显示在程序界面上。同时根据传感器信息接收器接收的环境数据，综合温室内的作物类型以及相应农业信息知识库生成作物病害防控预警信息，为操作人员的施药决策提供依据。此外，服务器的控制***还集成了TCP/IP协议和HTTP协议，提供对程序的远程访问端口。第一无线通信装置优选地通过串口与服务器连接，用于服务器与施药机器人间的通信，此外，第一无线通信装置向施药机器人3发送心跳信息，用于施药机器人3判断本身的运行状态。

针对操作人员操作安全和人身安全的问题，远程终端4与控制单元2中的服务器优选地基于TCP/IP协议和HTTP协议远程相连。操作人员只需输入用户名和密码，通过验证后即可远程访问与使用控制程序、获取温室内各项环境监测信息以及控制施药机器人进行施药作业。操作人员通过控制程序将控制指令经由第一无线通信装置发送至施药机器人，施药机器人接收指令后开始执行施药动作。

如图2所示，施药机器人3包括机器人本体31、导轨32、对靶喷洒装置33、喷洒控制器34以及第二无线通信装置35。

其中，如图3所示，对靶喷洒装置33包括视觉传感器、电磁阀以及喷头组。优选地，施药机器人3共安装有三个视觉传感器(第一视觉传感器331、第二视觉传感器332、第三视觉传感器333)，所采集的三个视场完全覆盖施药机器人的作业范围。三个视觉传感器分别与三个控制开启关闭的电磁阀(第一电磁阀334、第二电磁阀335、第三电磁阀336)以及三个喷头组(第一喷头组337、第二喷头组338、第三喷头组339)相对应。

喷洒控制器34包括上位机341、下位机342。上位机341为EPC-206型工业计算机，内有使用VC++编制的对靶喷洒程序，该程序从对靶喷洒装置33的视觉传感器获得作物病害信息，结合从服务器获得的作物病害防控预警信息，经程序内专家数据库分析判断作物是否需要病害防治，并将指令通过RS485接口发送至下位机342。上位机341的喷洒程序可根据每个视觉传感器的视觉信息独立控制每个电磁阀的开闭与否，以满足分区域精准对靶喷洒作业，且三个电磁阀的控制互不干扰。本实施例的下位机342优选地使用S7-200型PLC，共有10路输出，其中两路用于控制施药机器人本体的前进与后退，两路用于喷头位置调节，三路用于控制电磁阀，其余三路预留。当下位机342接收到上位机341指令后，首先将机器人本体31沿导轨32移动到施药位置，同时调整喷头位置并开启电磁阀，完成对靶喷洒动作。

第二无线通信装置35负责施药机器人与服务器间通信。其中较优地，第二无线通信装置35为WLAN模块，型号为WR822N，实际使用中还可使用数传电台模块进行无线通信。此外，第二无线通信装置35还用于接收第一无线通信装置发送的心跳信息。施药机器人3根据接收所述心跳信息的情况，判断与服务器的连接状态：若在预设的规定时长内接收到心跳信息，则施药机器人3判断与服务器保持连接，运行状态正常；若在预设的规定时长内没有接收到心跳信息，则施药机器人3判断与服务器断开，目前处于故障状态将立刻停止工作或进入待机状态以保证安全。

需要说明的是，本实施例中的对靶规则依据为病害面积占视觉传感器视场总面积的百分比。通过相关农艺知识及作物类型可确定病害面积占比多少时需要对其进行施药作业。该比例值作为对靶喷洒程序的阈值，可在程序中调节，以满足不同作物的病害防治需要。此外，本实施例的病害信息通过处理视觉传感器所采集的图像得到，具体实施方式为通过对图像进行RGB颜色空间分割，随后通过算法提取病害特征得到。

综上所述，本发明提供了一种基于网络的温室施药机器人远程控制***。本发明通过远程终端远程接入控制单元对施药机器人进行控制，使操作人员无需在温室现场对施药机器人进行操作，避免了操作人员农药中毒情况的发生。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种基于网络的温室施药机器人远程控制***，其特征在于，包括：环境信息监测单元、远程终端、控制单元以及施药机器人；

其中，

所述环境信息监测单元设置在温室内，用于采集所述温室的环境数据，并将所述环境数据发送给所述控制单元；

所述控制单元，用于综合所述环境数据以及温室的作物信息，生成作物病害防控预警信息；

所述远程终端，用于远程接入所述控制单元，根据所述作物病害防控预警信息生成控制指令，并控制所述控制单元向所述施药机器人发送所述控制指令；

所述施药机器人，用于接收并执行所述控制指令。

2.如权利要求1所述的远程控制***，其特征在于，还包括数据采集卡，用于将所述环境信息监测单元采集的环境数据由模拟信号转化为数字信号，并发送至所述控制单元。

3.如权利要求1所述的远程控制***，其特征在于，所述控制指令是，

控制所述施药机器人开启或停止喷洒施药的指令；或，

控制所述施药机器人为自动工作模式或手动工作模式的指令。

4.如权利要求1所述的远程控制***，其特征在于，所述环境信息监测单元包括：

空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、光照传感器以及二氧化碳传感器和监控相机。

5.如权利要求1所述的远程控制***，其特征在于，所述控制单元包括：

传感器信息接收器，用于接收所述环境数据；

终端服务器，用于根据所述接收的环境数据以及所述作物信息生成作物病害防控预警信息；

第一无线通信装置，用于根据所述远程终端的控制向所述施药机器人发送所述控制指令。

6.如权利要求5所述的远程控制***，其特征在于，所述第一无线通信装置为无线局域网通信装置或数传电台装置。

7.如权利要求5所述的远程控制***，其特征在于，所述第一无线通信装置，还用于向所述施药机器人发送心跳信息。

所述施药机器人根据接收所述心跳信息的情况，判断与所述终端服务器的连接状态：

若在预设的规定时长内接收到所述心跳信息，则所述施药机器人判断与所述终端服务器保持连接；

若在预设的规定时长内没有接收到所述心跳信息，则所述施药机器人判断与所述终端服务器断开，将停止工作或进入待机状态。

8.如权利要求1所述的远程控制***，其特征在于，所述施药机器人包括：机器人本体及导轨；

其中，所述机器人本体包括：

第二无线通信装置，用于接收所述控制单元发送的所述控制指令；

对靶喷洒装置，用于获取所述作物的病害信息，并对所述病害作物喷洒施药；

喷洒控制器，用于控制所述机器人本体在所述导轨上移动，以及所述对靶喷洒装置的开启或关闭。