一种基于GPS与视觉识别的农机收集车智能跟随系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于GPS与视觉识别的农机收集车智能跟随系统，该系统包括摄像头、图像处理模块、控制模块、GPS模块、位置信息处理模块、PWM调速模块、直流电源、液晶显示屏和超声波模块；所述摄像头安装在收集车的前部，摄像头与图像处理模块的输入端连接；图像处理模块的输出端分别通过无线方式与控制模块和上位机连接；在收集车和农机上均安装有用于采集两车的位置信息的GPS模块；GPS模块与位置信息处理模块的输出端连接。本发明专利技术综合运用了GPS定位、视觉图像识别及处理、超声波保护、智能控制等，对收集车的位置和行驶状态进行采集和控制，在成本提高幅度不大的情况下，大大地提高了对农作物采集与收集的效率，减少人力资源的消耗。

An intelligent follow up system for agricultural machinery collecting vehicle based on GPS and visual recognition

The invention relates to an intelligent following system of agricultural machinery collection vehicle based on GPS and visual recognition. The system includes the camera, image processing module, control module, GPS module, position information processing module, PWM speed regulation module, DC power supply, liquid crystal display screen and ultrasonic module. The camera is installed in the front of the collection car. The camera is connected with the input of the image processing module; the output end of the image processing module is connected with the control module and the upper computer respectively through the wireless mode; the GPS module is installed on the collection vehicle and the farm machinery for collecting the position information of the two vehicles; the GPS module is connected with the output end of the location information module. The invention comprehensively uses GPS positioning, visual image recognition and processing, ultrasonic protection, intelligent control and so on. It collects and controls the position and driving state of the collection car, greatly improves the efficiency of the collection and collection of crops and reduces the consumption of human resources in the case of small increase in the cost.

【技术实现步骤摘要】
一种基于GPS与视觉识别的农机收集车智能跟随系统
本专利技术涉及农机自动化控制
，具体涉及一种基于GPS与视觉识别的农机收集车智能跟随系统，即收集车自动跟随收割机的系统。
技术介绍
传统农业的农作物收割是一项比较费时费力的一环。机械收割机大大的提高了收割效率节省了人力物力。但是传统机械收割机是采用把收割的粮食先存储在自带料仓，等料仓存储满了再返回把粮食传送到收集车上。这严重影响了收割与收集这一环节的工作效率。为此在进行收割作业时，往往会人工开一辆收集车跟随收割车进行实时收集，以提高收割与收集效率。在收割与收集时消耗更多人力。丁永前等人(丁永前,王致情,林相泽,毕伟平,林小兰,薛金林.自主收集车辆航向控制系统[J].农业机械学报,2015,46(01):8-13+7.)提出了一种基于红外传感器检测相对航向角的车辆自主跟随控制系统建模和设计方法，但由于系统采用红外传感器，该传感器对热量反应敏感，外来热源对传感器影响较大，而且该收集车采用的方式为人工将收集车对正被收集车后开始跟随，若距离较远则不能识别，跟随存在限制只能进行一次性近距离跟随。上海交通大学智能车实验室自主开发了CyberCS智能车跟随系统，实现了基于视觉、磁传感器、激光雷达等多传感器融合的车辆自主跟随上海交通大学对智能车的自主跟随研究取得了较大的成果，但是其实现成本较高，系统结构较复杂，不适于农业推广使用。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种基于GPS与视觉识别的农机收集车智能跟随系统。该跟随系统将图像识别技术与GPS定位技术相结合，使收集车能自动跟随收割机；本专利技术综合运用了GPS定位、视觉图像识别及处理、超声波保护、智能控制等，对收集车的位置和行驶状态进行采集和控制，在成本提高幅度不大的情况下，大大地提高了对农作物采集与收集的效率，减少人力资源的消耗。本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是：提供一种基于GPS与视觉识别的农机收集车智能跟随系统，其特征在于该系统包括摄像头、图像处理模块、控制模块、GPS模块、位置信息处理模块、PWM调速模块、直流电源、液晶显示屏和超声波模块；所述摄像头安装在收集车的前部，摄像头与图像处理模块的输入端连接；图像处理模块的输出端分别通过无线方式与控制模块和上位机连接；在收集车和农机上均安装有GPS模块，两个GPS模块用于采集两车的位置信息，收集定位信号；GPS模块与位置信息处理模块的输出端连接，所述位置信息处理模块通过无线方式与上位机连接；同时位置信息处理模块的输出端还连接控制模块和液晶显示屏；所述控制模块的输入端还连接有用于保障行车安全的超声波模块；控制模块的输出端通过用于控制电机旋转方向与转速的PWN调速模块连接收集车的左侧驱动电机和右侧驱动电机，控制模块的输出端同时连接收集车用于控制转向的转向装置；所述直流电源为整个系统供电；上述的图像处理模块、控制模块、位置信息处理模块、PWM调速模块、直流电源、液晶显示屏、超声波模块均安装在收集车的车架上；所处图像处理模块中加载有图像处理程序，位置信息处理模块中加载有GPS采集处理程序，控制模块中加载有控制收集车行进程序。所述转向装置为方向盘或转向舵机。与现有技术相比，本专利技术有益效果在于：1)本申请将成熟的图像处理技术及GPS定位技术应用在农业车辆自跟随系统上，实现车辆高精度的跟随。通过米级GPS进行远距离的粗定位，然后再通过摄像头进行近距离的精细定位，两种技术的结合，大大保证了系统运行的准确度，使定位精度在厘米级，同时降低了对设备性能的要求，降低制造成本。拥有较强的跟随稳定性，行进误差在20cm以内并且在农机进行转向作业时仍能保持稳定跟随。2)本专利技术系统机械结构简单，经济性强。在已有的车辆上不用进行大范围改动，安装成本低，可用12V直流电源供电，耗能低，在标配车载12V蓄电池供电的情况下能保证24小时以上的连续工作。同时所需设备大多是不需要单独加工的成品设备，购置成本低。3)可靠性强。加装超声波模块，利用车辆发出超声波信号，当检测到前方出现危险(牲畜、小孩等)时，主动刹车避让，可以调节安全范围在3.5cm至80cm之间，为收集车运行的安全提供了优良保障。本申请基于多传感器(摄像头、GPS模块、超声波模块)和多处理器(图像处理模块、位置信息处理模块、控制模块)的配合使用，采用多种常见的低精度传感器能实现了较高精度的定位与识别，相对单一的或少量的高精度传感器在保证提高定位精度的前提下显著降低了成本。附图说明图1本专利技术基于GPS与视觉识别的农机收集车智能跟随系统的整体结构示意图；图2本专利技术基于GPS与视觉识别的农机收集车智能跟随系统一种实施例的控制模块结构框图；图中，1摄像头；2转向舵机；3图像信息处理模块；4控制模块；5GPS模块；6位置信息处理模块；7PWM调速模块；8右侧驱动电机；9左侧驱动电机；10直流电源；11液晶显示屏；12无线模块；13超声波模块；14蓝牙模块；15上位机。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术基于GPS与视觉识别的农机收集车智能跟随系统(简称系统，参见图1-2)包括摄像头1、图像处理模块3、控制模块4、GPS模块5、位置信息处理模块6、PWM调速模块7、直流电源10、液晶显示屏11和超声波模块13；所述摄像头1安装在收集车的前部，摄像头与图像处理模块3的输入端连接；图像处理模块的输出端分别通过无线方式与控制模块4和上位机连接；在收集车和农机上均安装有GPS模块5，两个GPS模块用于采集两车的位置信息，收集定位信号；GPS模块与位置信息处理模块6的输出端连接，所述位置信息处理模块6通过无线方式与上位机15连接；同时位置信息处理模块6的输出端还连接控制模块和液晶显示屏11；所述控制模块的输入端还连接有用于保障行车安全的超声波模块13；控制模块的输出端通过用于控制电机旋转方向与转速的PWN调速模块7连接收集车的左侧驱动电机9和右侧驱动电机8，控制模块的输出端同时连接收集车用于控制转向的转向舵机2；所述直流电源10为整个系统供电；上述的图像处理模块3、控制模块4、位置信息处理模块6、PWM调速模块7、直流电源10、液晶显示屏11、超声波模块13均安装在收集车的车架上。所处图像处理模块中加载有图像处理程序，位置信息处理模块中加载有GPS采集处理程序，控制模块中加载有控制收集车行进程序。摄像头1用来采集农机的定位图像信息，图像处理模块3用于实时处理摄像头采集的动态图像参数，进行图像数据分析，通过无线模块将图像数据分析结果发送给上位机，通过蓝牙模块14将图像数据分析结果传输给控制模块4；所述直流电源10为12V直流电源，直接为收集车的右侧驱动电机8和左侧驱动电机9供电。同时直流电源10连接稳压模块(图中未标出)，将12V输入电压转换为稳定的5V输出电压，为转向舵机2、图像处理模块3、控制模块4、位置信息处理模块6提供电能。位置信息处理模块6用于对GPS模块5采集的GPS信号进行处理分析，通过液晶显示屏显本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于GPS与视觉识别的农机收集车智能跟随系统，其特征在于该系统包括摄像头、图像处理模块、控制模块、GPS模块、位置信息处理模块、PWM调速模块、直流电源、液晶显示屏和超声波模块；所述摄像头安装在收集车的前部，摄像头与图像处理模块的输入端连接；图像处理模块的输出端分别通过无线方式与控制模块和上位机连接；在收集车和农机上均安装有GPS模块，两个GPS模块用于采集两车的位置信息，收集定位信号；GPS模块与位置信息处理模块的输出端连接，所述位置信息处理模块通过无线方式与上位机连接；同时位置信息处理模块的输出端还连接控制模块和液晶显示屏；所述控制模块的输入端还连接有用于保障行车安全的超声波模块；控制模块的输出端通过用于控制电机旋转方向与转速的PWN调速模块连接收集车的左侧驱动电机和右侧驱动电机，控制模块的输出端同时连接收集车用于控制转向的转向装置；所述直流电源为整个系统供电；上述的图像处理模块、控制模块、位置信息处理模块、PWM调速模块、直流电源、液晶显示屏、超声波模块均安装在收集车的车架上；所处图像处理模块中加载有图像处理程序，位置信息处理模块中加载有GPS采集处理程序，控制模块中加载有控制收集车行进程序。...

【技术特征摘要】
1.一种基于GPS与视觉识别的农机收集车智能跟随系统，其特征在于该系统包括摄像头、图像处理模块、控制模块、GPS模块、位置信息处理模块、PWM调速模块、直流电源、液晶显示屏和超声波模块；所述摄像头安装在收集车的前部，摄像头与图像处理模块的输入端连接；图像处理模块的输出端分别通过无线方式与控制模块和上位机连接；在收集车和农机上均安装有GPS模块，两个GPS模块用于采集两车的位置信息，收集定位信号；GPS模块与位置信息处理模块的输出端连接，所述位置信息处理模块通过无线方式与上位机连接；同时位置信息处理模块的输出端还连接控制模块和液晶显示屏；所述控制模块的输入端还连接有用于保障行车安全的超声波模块；控制模块的输出端通过用于控制电机旋转方向与转速的PWN调速模块连接收集车的左侧驱动电机和右侧驱动电机，控制模块的输出端同时连接收集车用于控制转向的转向装置；所述直流电源为整个系统供电；上述的图像处理模块、控制模块、位置信息处理模块、PWM调速模块、直流电源、液晶显示屏、超声波模块均安装在收集车的车架上；所处图像处理模块中加载有图像处理程序，位置信息处理模块中加载有GPS采集处理程序，控制模块中加载有控制收集车行进程序。2.根据权利要求1所述的基于GPS与视觉识别的农机收集车智能跟随系统，其特征在于，所述直流电源为12V直流电源，直接为收集车的右侧驱动电机和左侧驱动电机供电；同时直流电源连接稳压模块，将12V输入电压转换为稳定的5V输出电压，为转向装置、图像处理模块、控制模块、位置信息处理模块提供电能。3.根据权利要求1所述的基于GPS与视觉识别的农机收集车智能跟随系统，其特征在于，图像处理模块是以STM32芯片为核心的图像处理模块；位置信息处理模块是以STC芯片为核心的处理模块；控制模块是以Arduino芯片为核心的控制模块，拥有7个数字量输出管脚，能直接输出PWM信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，聂子丰，习道政，李丹丹，赵博园，刘鑫，李志鑫，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12