CN111406554A - 一种大棚用作物生长监控***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大棚用作物生长监控***及方法，***包括至少一个环境监测装置、一个作物监控装置和上位机；环境监测装置包括底板，底板的两端分别固定连接有第一连接块和第二连接块，第一连接块和第二连接块均连接有用于与土壤或者骨架相连接的连接单元，底板中部开设有腔体，腔体连通有通槽，腔体中设置有丝杠，丝杠的一端穿过第一连接块后连接有电机，丝杠的另外一端与第二连接块转动连接，丝杠上配合连接有螺母活动块，螺母活动块包括一体连接的活动部和伸出部，伸出部上固定设置有空气感应组件；作物监控装置包括多个固定设置在骨架上的摄像头；上位机与空气感应组件和摄像头均电性连接。本发明减少了传感器数量，降低了使用成本。

Description

一种大棚用作物生长监控***及方法

技术领域

本发明涉及大棚领域，具体的说是一种大棚用作物生长监控***及方法。

背景技术

大棚又称为塑料大棚，是一种由立柱、拉杆、拱杆及压杆做骨架，由塑料薄膜覆盖的拱形棚式保温设施。塑料大棚主要依靠太阳辐射来增温，不需要加温设施。具有结构简单，建造、拆装方便，投资少的优点，但与日光温室相比，保温效果较差，温度变化较快，日温差较大。因此，大棚主要生产季节是春、夏、秋三季，此时通过保温和通风降温可使棚温保持在15～30℃的生长适温。

为了保证大棚的功能，需要对大棚内的环境进行监测，包括土壤温湿度、棚内CO2浓度和棚内温度等，目前普遍存在采用人工检测的方式，不仅效率低，而且准确性和及时性较差，不能良好的保证大棚内作物生长。为了提高监测效率，现有技术中诞生了很多自动监测的装置，虽然效率更高，但是每个传感器覆盖的范围有限，因此需要布置大量的传感器，导致成本高昂，并不适用于一些规模较小的生产者。此外，这装置只能够监测到大棚内的环境信息，不能够对作物的生长情况进行全面监控。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种大棚用作物生长监控***及方法，通过获取大棚内的环境信息与作物的图像来对作物进行精确监控。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：

一种大棚用作物生长监控***，所述大棚包括骨架，所述***包括至少一个环境监测装置、一个作物监控装置和上位机；

所述环境监测装置包括底板，所述底板的两端分别固定连接有第一连接块和第二连接块，所述第一连接块和所述第二连接块均连接有用于与土壤或者所述骨架相连接的连接单元，所述底板中部开设有腔体，所述腔体连通有通槽，且所述通槽贯通所述底板的上表面，所述腔体中设置有丝杠，所述丝杠的一端穿过所述第一连接块后连接有电机，所述丝杠的另外一端与所述第二连接块转动连接，所述丝杠上配合连接有螺母活动块，所述螺母活动块包括一体连接的活动部和伸出部，其中所述活动部位于所述腔体中，所述伸出部从所述通槽中伸出，所述伸出部上固定设置有空气感应组件；

所述作物监控装置包括多个固定设置在所述骨架上的摄像头，且相邻两个所述摄像头的覆盖范围的重叠面积不超过单个所述摄像头的覆盖面积的10%；

所述上位机与所述空气感应组件和所述摄像头均电性连接。

优选地，所述第一连接块和所述第二连接块上均开设有插孔，所述丝杠的两端分别伸入到两个所述插孔中，并且所述丝杠的伸入端与所述插孔的内壁之间通过轴承相连接。

优选地，所述连接单元用于连接所述土壤，所述连接单元包括穿设在所述第一连接块或者所述第二连接块上的第一插杆，所述第一插杆的上端固定连接有压紧块，且所述压紧块与所述第一连接块或者所述第二连接块相贴合，所述第一插杆的下端***到所述土壤中。

优选地，所述第一插杆上还套设有压板，所述压板位于所述土壤与所述第一连接块或者所述第二连接块之间。

优选地，所述伸出部固定连接有与所述底板相互平行的连接板，所述连接板上固定设置有气缸，所述气缸的活塞杆穿过所述连接板后朝向所述土壤，所述活塞杆固定连接有第二插杆，所述第二插杆固定连接有土壤感应组件。

优选地，所述第二插杆远离所述活塞杆的一端呈锥形，所述土壤感应组件嵌设在锥形侧壁上。

优选地，所述连接单元用于连接所述骨架，所述连接单元包括穿设在所述第一连接块或者所述第二连接块上的连杆，所述连杆的两端各固定连接有一个连接块，所述连接块固定连接有弹性延伸杆，且两个所述弹性延伸杆相互平行，所述弹性延伸杆固定连接有弧形杆，所述弧形杆固定连接有连接片，两个所述连接片相互平行并且通过紧固组件可拆卸连接。

优选地，所述紧固组件包括相互配合的紧固螺母和连接螺栓，所述连接螺栓穿过两个所述连接片。

优选地，所述伸出部上固定连接有梯台状的安装座，所述空气感应组件固定设置在所述安装座的侧壁上。

本发明还提供一种大棚用作物生长监控方法，基于上述的***，包括如下步骤：

S1、所述上位机通过所述环境监测装置监测大棚内的环境信息；

S2、所述上位机通过所述作物监控装置获取作物的图像；

S3、所述上位机将所述环境信息和所述图像整合成监控信息。

本发明能够通过环境监测装置获取大棚内的环境信息，并且利用作物监控装置获得作物图像，然后根据作物的图像即可解析出作物的生长状态，结合获取到的环境信息，即可判断当前环境是否有利于作物生长，进而提醒使用者是否需要调节大棚内的环境，最终保证作物能够茁壮生长。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例监测***的整体结构示意图。

图2是连接单元用于连接土壤时的结构示意图。

图3是连接单元用于连接骨架时的结构示意图。

图4是紧固组件的结构示意图。

图5是螺母活动块的结构示意图。

附图标记：1-电机，2-第一连接块，3-丝杠，4-螺母活动块，5-通槽，6-腔体，7-底板，8-第二连接块，9-压紧块，10-第一插杆，11-压板，12-轴承，13-连杆，14-连接块，15-弹性延伸杆，16-弧形杆，17-连接片，18-紧固螺母，19-连接螺栓，20-活动部，21-过孔，22-伸出部，23-安装座，24-空气感应组件，25-连接板，26-气缸，27-活塞杆，28-第二插杆，29-土壤感应组件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至5，图1是本发明实施例的整体结构示意图，图2是连接单元用于连接土壤时的结构示意图，图3是连接单元用于连接骨架时的结构示意图，图4是紧固组件的结构示意图，图5是螺母活动块的结构示意图。

一种大棚用作物生长监控***，大棚包括骨架，***包括至少一个环境监测装置、一个作物监控装置和上位机。

环境监测装置包括底板7，底板7的两端分别固定连接有第一连接块2和第二连接块8，第一连接块2和第二连接块8均连接有用于与土壤或者骨架相连接的连接单元，底板7中部开设有腔体6，腔体6连通有通槽5，且通槽5贯通底板7的上表面，腔体6中设置有丝杠3，丝杠3的一端穿过第一连接块2后连接有电机1，丝杠3的另外一端与第二连接块8转动连接，丝杠3上配合连接有螺母活动块4，螺母活动块4包括一体连接的活动部20和伸出部22，其中活动部20位于腔体6中，伸出部22从通槽5中伸出，伸出部22上固定设置有空气感应组件24。

作物监控装置包括多个固定设置在骨架上的摄像头，且相邻两个摄像头的覆盖范围的重叠面积不超过单个摄像头的覆盖面积的10%。

上位机与空气感应组件24和摄像头均电性连接。上位机可以采用现有的成熟产品，如单片机、PLC或PC等，具体型号不限。

在使用时，根据使用需求将连接单元连接到土壤或者骨架上，当连接在土壤上的时候，空气感应组件24主要用于感应土壤表层靠近植物根系的湿度、温度或者二氧化碳浓度等参数，相应的空气感应组件24需要包括温湿度传感器和二氧化碳传感器等，这些传感器均可采用现有的传感器产品，具体型号不限；当连接在骨架上的时候，空气感应组件24主要用于感应大棚内上层的湿度、温度或者二氧化碳浓度等参数。在连接好之后，利用电机1驱动丝杠3转动，因为螺母活动块4与丝杠3配合，所以丝杠3在转动的过程中能够驱动螺母活动块4沿底板7的长度方向移动，进而带动空气组件24同步移动，从而使空气感应组件24能够对大棚内部不同位置的环境进行监测，有效减小了传感器的数量，降低了装置成本，适用于规模较小、对成本敏感的生产者。

另一方面，作物监控装置的摄像头定期拍摄作物的图像，并且传输给上位机。上位机根据作物的图像即可解析出作物的生长状态，结合获取到的环境信息，即可判断当前环境是否有利于作物生长，进而提醒使用者是否需要调节大棚内的环境，最终保证作物能够茁壮生长。通过控制相邻摄像头覆盖范围的重合面积，可以减少摄像头的使用，降低使用成本，并且降低上位机的图像处理压力，同时避免出现死角。

在本实施例中，丝杠3具体的设置方式为：第一连接块2和第二连接块8上均开设有插孔，丝杠3的两端分别伸入到两个插孔中，并且丝杠3的伸入端与插孔的内壁之间通过轴承12相连接。需要说明的是，因为丝杠3需要与电机1相连接，因此第一连接块2上的插孔应当是通孔，第二连接块8上的插孔可以是盲孔。

在本实施例中，当连接单元用于连接土壤时，连接单元包括穿设在第一连接块2或者第二连接块8上的第一插杆10，第一插杆10的上端固定连接有压紧块9，且压紧块9与第一连接块2或者第二连接块8相贴合，第一插杆10的下端***到土壤中。需要说明的是，因为第一连接块2上的插孔是通孔，所以第一插杆10需要与插孔错开，以避免对丝杠3产生干扰。

在本实施例中，第一插杆10上还套设有压板11，压板11位于土壤与第一连接块2或者第二连接块8之间。压板11用于增加第一连接块2或者第二连接块8与土壤的接触面积，避免发生沉降。

在本实施例中，当连接单元用于连接土壤时，伸出部22固定连接有与底板7相互平行的连接板25，连接板25上固定设置有气缸26，气缸26的活塞杆27穿过连接板25后朝向土壤，活塞杆27固定连接有第二插杆28，第二插杆28固定连接有土壤感应组件29。当连接单元用于连接土壤时本装置直接设置在地面上，因此可以利用土壤感应组件29对土壤环境进行监测，当电机1和丝杠3驱动螺母活动块4到达目标位置之后，气缸26推动第二插杆28***到土壤中，然后利用土壤感应组件29对土壤湿度和温度等参数进行感应，相应的土壤感应组件29需要包括土壤水分传感器和温度传感器等，这些传感器均可采用现有的传感器产品，具体型号不限；在监测完成之后需要改变螺母活动块4的位置时，气缸26需要将第二插杆28从土壤中抽出，以避免在螺母活动块4移动的过程中造成第二插杆28损坏。土壤感应组件29也与上位机电性连接，从而使上位机获取到的环境参数包括土壤信息。

在本实施例中，第二插杆28远离活塞杆27的一端呈锥形，土壤感应组件29嵌设在锥形侧壁上。具体地说，锥形包括一个垂直面和多个倾斜面，土壤感应组件29嵌设在垂直面上，这样能够方便地将第二插杆28***到土壤中，并且能够避免土壤感应组件29在第二插杆28***土壤过程中与碎石等杂物直接碰撞，从而对土壤感应组件29进行保护。

在本实施例中，当连接单元用于连接骨架时，连接单元包括穿设在第一连接块2或者第二连接块8上的连杆13，连杆13的两端各固定连接有一个连接块14，连接块14固定连接有弹性延伸杆15，且两个弹性延伸杆15相互平行，弹性延伸杆15固定连接有弧形杆16，弧形杆16固定连接有连接片17，两个连接片17相互平行并且通过紧固组件可拆卸连接。首先反向扳动两个弧形杆16，因为弹性延伸杆15具有弹性，所以两个弧形杆16之间的距离会增大，直到两个弧形杆16之间的最小距离大于骨架宽度的时候，将两个弧形杆16绕过骨架并且松开，使两个弧形杆16能够勾住骨架，最后利用紧固组件将两个连接片17连接起来即可将装置悬挂到骨架上，安装过程简单快捷。弹性延伸杆15可以采用橡胶材质，弧形杆16可以采用金属材质。

在本实施例中，紧固组件包括相互配合的紧固螺母18和连接螺栓19，连接螺栓19穿过两个连接片17。

在本实施例中，伸出部22上固定连接有梯台状的安装座23，空气感应组件24固定设置在安装座23的侧壁上。梯台状的安装座23具有多个方向不同的侧面，通过控制空气感应组件24的位置可以改变其朝向，从而对不同方向上的空气参数进行监测。此外，也可以在安装座23的侧壁上设置光照传感器来监测大棚的光照情况。

一种大棚用作物生长监控方法，基于上述的***，包括步骤S1至S3。

步骤S1、上位机通过环境监测装置监测大棚内的环境信息。环境信息具体包括土壤环境信息和空气环境信息，其中土壤环境信息可以包括土壤温度、土壤湿度、土壤盐分含量或者水土保持能力等，空气环境信息可以包括空气温度、空气湿度、二氧化碳浓度、氧气浓度或者光照强度等。

步骤S2、上位机通过作物监控装置获取作物的图像。因为不同的摄像头的覆盖范围有重叠，所以会造成不同的图片具有相同的内容，因此上位机在获取到所有摄像头拍摄的图像之后，需要首先将重复的部分删除掉，然后将剩余的部分拼接到一起，从而获得整个大棚内作物的图像。具体的方法可以包括步骤S2.1至S2.4。

步骤S2.1、将图像分割成多个分析区域。通常情况下，摄像头拍摄的图像是矩形的，因此分析区域可以采用有m×n个，每个分析区域的像素点数量为p。

步骤S2.2、按照摄像头的分布为图像编号，相邻的两个摄像头的编号差值为1。考虑到大棚的尺寸以及摄像头的覆盖范围不同，如果所有的摄像头可以分成多排，每排的数量为多个，则在同一排中相邻的摄像头的编号差值自然为1，但是不处于同一排的两个相邻的摄像头的编号差值难以为1，因此本发明中编号采用两位表示，即XY，X和Y均是1-9的自然数，在计算编号差值的时候X和Y分别计算，不处于同一排的两个相邻的摄像头的编号中X或者Y中必然有一个是相同的，另外一个的差值为1，从而能够满足相邻两个摄像头的编号差值为1的条件。实际上，单个摄像头的覆盖范围是较大的，X和Y的取值范围设置为1-9能够实现为最多81个摄像头编号，足以覆盖目前的所有大棚。

步骤S2.3、将相邻的两个摄像头的图像中相邻的区域进行对比，若比对结果为一致，则将其中一个图像中的一致区域删除。为了便于管理，当出现相同区域的时候，统一将编号较大的一个摄像头的图像中的一致区域删除。当出现一致区域的时候，说明两个摄像头的覆盖范围有重叠，一致区域即是重叠部分的图像。具体的比对方法可以是像素值比对，即分析每个像素点的像素值并且对比，当像素值一致的像素点的数量超过一个区域中总像素点数量的75%时认定为比对结果一致。也可以采用像素均值比对，即计算每个区域中像素点像素值的均值，然后进行比对，若差值小于设定阈值，则认定比对结果为一致。像素值比对适用于区域较大，采用像素均值比对会产生高误差的情况，像素均值比对适用于区域较小但是数量较多的情况，能够提升比对速度。

步骤S2.4、将全部摄像头拍摄的图像整合为总图像。因为不同摄像头拍摄的图像中的相同区域已经删除，因此合成的总图像即是大棚内所有作物的正确图像。

步骤S3、所述上位机将环境信息和图像整合成监控信息。具体的方法如下：

步骤S3.1、将环境信息转换为多个叠加图像，每个参数对应于一个叠加图像。因为信息采集装置所采集的位置不同，因此实际上大棚中每个区域都对应多个参数，这里的区域可以沿用S2中的区域，也可以重新对总图像进行划分。在生成叠加图像时，首先生成多个与参数数量一一对应的空白图像，并且将其设置为透明，然后将参数转换为RGB色彩值，并且添加到空白图像中，添加过色彩后形成了局部有色彩不透明而其余部分透明的叠加图像，不同叠加图像中的RGB色彩值不同。例如将空气温度转换为红色对应的RGB色彩值区间，温度越高则R的值越高，将土壤温度转换为蓝色对应的RGB色彩值区间，温度越高则B的值越高。

步骤S3.2、将每个叠加图像作为一个独立图层，将总图像作为背景图层，将所有独立图层和背景图层叠加起来。在查看的时候，选择显示相应的叠加图层即可。

通过上述方法，可以将监控结果转换为可视化的图像，并且基于图层的方式来展现，更加便于观察，与传统的曲线图或者折线图的展现方式相比，更加直观。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种大棚用作物生长监控***，所述大棚包括骨架，其特征在于：所述***包括至少一个环境监测装置、一个作物监控装置和上位机；

所述环境监测装置包括底板（7），所述底板（7）的两端分别固定连接有第一连接块（2）和第二连接块（8），所述第一连接块（2）和所述第二连接块（8）均连接有用于与土壤或者所述骨架相连接的连接单元，所述底板（7）中部开设有腔体（6），所述腔体（6）连通有通槽（5），且所述通槽（5）贯通所述底板（7）的上表面，所述腔体（6）中设置有丝杠（3），所述丝杠（3）的一端穿过所述第一连接块（2）后连接有电机（1），所述丝杠（3）的另外一端与所述第二连接块（8）转动连接，所述丝杠（3）上配合连接有螺母活动块（4），所述螺母活动块（4）包括一体连接的活动部（20）和伸出部（22），其中所述活动部（20）位于所述腔体（6）中，所述伸出部（22）从所述通槽（5）中伸出，所述伸出部（22）上固定设置有空气感应组件（24）；

所述作物监控装置包括多个固定设置在所述骨架上的摄像头，且相邻两个所述摄像头的覆盖范围的重叠面积不超过单个所述摄像头的覆盖面积的10%；

所述上位机与所述空气感应组件（24）和所述摄像头均电性连接。

2.如权利要求1所述的一种大棚用作物生长监控***，其特征在于：所述第一连接块（2）和所述第二连接块（8）上均开设有插孔，所述丝杠（3）的两端分别伸入到两个所述插孔中，并且所述丝杠（3）的伸入端与所述插孔的内壁之间通过轴承（12）相连接。

3.如权利要求1所述的一种大棚用作物生长监控***，其特征在于：所述连接单元用于连接所述土壤，所述连接单元包括穿设在所述第一连接块（2）或者所述第二连接块（8）上的第一插杆（10），所述第一插杆（10）的上端固定连接有压紧块（9），且所述压紧块（9）与所述第一连接块（2）或者所述第二连接块（8）相贴合，所述第一插杆（10）的下端***到所述土壤中。

4.如权利要求3所述的一种大棚用作物生长监控***，其特征在于：所述第一插杆（10）上还套设有压板（11），所述压板（11）位于所述土壤与所述第一连接块（2）或者所述第二连接块（8）之间。

5.如权利要求3所述的一种大棚用作物生长监控***，其特征在于：所述伸出部（22）固定连接有与所述底板（7）相互平行的连接板（25），所述连接板（25）上固定设置有气缸（26），所述气缸（26）的活塞杆（27）穿过所述连接板（25）后朝向所述土壤，所述活塞杆（27）固定连接有第二插杆（28），所述第二插杆（28）固定连接有土壤感应组件（29）。

6.如权利要求5所述的一种大棚用作物生长监控***，其特征在于：所述第二插杆（28）远离所述活塞杆（27）的一端呈锥形，所述土壤感应组件（29）嵌设在锥形侧壁上。

7.如权利要求1所述的一种大棚用作物生长监控***，其特征在于：所述连接单元用于连接所述骨架，所述连接单元包括穿设在所述第一连接块（2）或者所述第二连接块（8）上的连杆（13），所述连杆（13）的两端各固定连接有一个连接块（14），所述连接块（14）固定连接有弹性延伸杆（15），且两个所述弹性延伸杆（15）相互平行，所述弹性延伸杆（15）固定连接有弧形杆（16），所述弧形杆（16）固定连接有连接片（17），两个所述连接片（17）相互平行并且通过紧固组件可拆卸连接。

8.如权利要求7所述的一种大棚用作物生长监控***，其特征在于：所述紧固组件包括相互配合的紧固螺母（18）和连接螺栓（19），所述连接螺栓（19）穿过两个所述连接片（17）。

9.如权利要求1所述的一种大棚用作物生长监控***，其特征在于：所述伸出部（22）上固定连接有梯台状的安装座（23），所述空气感应组件（24）固定设置在所述安装座（23）的侧壁上。

10.一种大棚用作物生长监控方法，基于权利要求1至9任一项所述的***，其特征在于：包括如下步骤：

S1、所述上位机通过所述环境监测装置监测大棚内的环境信息；

S2、所述上位机通过所述作物监控装置获取作物的图像；

S3、所述上位机将所述环境信息和所述图像整合成监控信息。

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