基于机器人的盆栽作物智能温室环境监控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于机器人的盆栽作物智能温室环境监控系统，包括AGV移动机器人检测装置、温室现场执行装置和监控管理装置；AGV移动机器人检测装置，包括AGV移动机器人，在AGV移动机器人的车体上安装有升降采集单元、导航模块、定位模块、避障单元、无线通讯模块Ⅰ和WiFi视频模块Ⅰ；升降采集单元包括升降组件、环境传感器组件和图像采集组件；环境传感器组件、CCD摄像头传感器、导航模块、定位模块和避障单元分别与FPGA控制器Ⅰ的输入端连接；步进电机和旋转电机以及摄像头分别与FPGA控制器Ⅰ的输出端连接；FPGA控制器Ⅰ与温室现场触摸屏双向连接，且FPGA控制器Ⅰ的输出端还与AGV移动机器人的驱动电机连接；本发明专利技术自动化程度高，信息采集准确率高、效率高。

【技术实现步骤摘要】
基于机器人的盆栽作物智能温室环境监控系统
本专利技术属于作物种植监控管理
，具体涉及一种基于机器人的盆栽作物智能温室环境监控系统。
技术介绍
随着人民生活质量的提高和人们对粮食、蔬菜、水果的高质量和高品质的要求，获得质量好、产量高、更优质的农作物品种迫在眉睫。在盆栽作物温室育/选种过程中，需要对栽培样本植株个体的生理指标和生长环境数据进行高频次的精准采样，由于考察植株样本基数大、数据采集的频次高，仍采用人工方式对考察样本植株个体生长周期内的生理指标和生长环境相关数据进行采集，具有采集效率低、劳动强度大、准确性差等缺点，已成为制约育种/选种技术发展的瓶颈，严重制约着现代农业的发展问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的是目前盆栽作物实验温室育/选种过程中，采用传统人工操作方式存在样本植株个体信息采集准确率低、劳动强度大、生产效率低的技术问题，从而提供一种基于机器人的盆栽作物智能温室环境监控系统。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种基于机器人的盆栽作物智能温室环境监控系统，包括AGV移动机器人检测装置、温室现场执行装置和监控管理装置；所述AGV移动机器人检测装置，包括AGV移动机器人，在AGV移动机器人的车体上安装有升降采集单元、导航模块、定位模块、避障单元、无线通讯模块Ⅰ和WiFi视频模块Ⅰ；所述升降采集单元包括升降组件，在升降组件上设置有环境传感器组件和图像采集组件；环境传感器组件、图像采集组件的CCD摄像头传感器、导航模块、定位模块和避障单元分别与AGV移动机器人上的FPGA控制器Ⅰ的输入端连接；升降组件的步进电机和旋转电机以及图像采集组件的摄像头分别与FPGA控制器Ⅰ的输出端连接；FPGA控制器Ⅰ与温室现场触摸屏双向连接，且FPGA控制器Ⅰ的输出端还与AGV移动机器人的驱动电机连接；所述温室现场执行装置，包括FPGA控制器Ⅱ、执行机构和无线通讯模块Ⅱ，FPGA控制器Ⅱ通过无线通讯模块Ⅱ和无线通讯模块Ⅰ与FPGA控制器Ⅰ通讯，FPGA控制器Ⅱ的输出端与执行机构连接；所述监控管理装置，包括监控PC机，监控PC机通过无线传输模块Ⅲ和WiFi视频模块Ⅱ与FPGA控制器Ⅰ通讯；且监控PC机通过GPRS模块与移动终端通讯。本系统可以接收现场触摸屏、远程监控PC机和智能APP移动手机终端三个设备的指令，快速地依次对所选取样本植株个体的全貌图像和生长环境信息进行自动采集。所述升降组件，包括安装在AGV移动机器人车体上的第一动力单元、第二动力单元和升降检测单元；升降检测单元的移动平台安装在第一动力单元的第一传输件和第二动力单元的第二传输件之间。所述第一动力单元，包括第一步进电机、第一主动轮、第一从动轮、第一传输件和第一支架，第一支架竖直安装在AGV移动机器人的车体上，第一主动轮安装在第一支架下部并通过轴承与第一步进电机的转子连接；第一从动轮通过转轴安装第一支架下部并通过第一传输件与第一主动轮传动连接，第一步进电机与FPGA控制器Ⅰ的输出端连接。所述第二动力单元，包括第二步进电机、第二主动轮、第二从动轮、第二传输件和第二支架，第二支架竖直安装在AGV移动机器人的车体上，第二主动轮安装在第二支架下部并通过轴承与第二步进电机的转子连接；第二从动轮通过转轴安装第二支架下部并通过第二传输件与第二主动轮传动连接，第二步进电机与FPGA控制器Ⅰ的输出端连接。所述升降检测单元，包括移动平台，移动平台上竖直安装有旋转电机，旋转电机的输出轴上固定有旋转平台，旋转平台上竖直安装有移动支架，第三步进电机安装在移动支架上且第一步进电机的输出轴与螺丝轴的一端连接，螺丝轴的另一端水平穿过移动支架后与滑块的螺纹孔螺纹连接，在移动支架上设置有水平导向杆，水平导向杆穿过滑块的导向孔；在滑块上安装有第四步进电机和图像采集组件，第四步进电机的转子与齿轮轴连接，齿轮轴上的齿轮Ⅰ与竖直检测杆上部的齿条啮合，竖直检测杆的下部向下穿过滑块的检测导向孔后露出，且竖直检测杆的下部安装有环境传感器组件；旋转电机、第三步进电机和第四步进电机分别与FPGA控制器Ⅰ的输出端连接。为了防止滑块掉落，在螺丝轴的自由端安装有挡板。具体地，所述环境传感器组件，包括温湿度传感器、光照强度传感器、CO2浓度传感器和土壤温湿度传感器；温湿度传感器、光照强度传感器和CO2浓度传感器安装在竖直检测杆的下部，土壤温湿度传感器安装在竖直检测杆的下端，通过这些传感器实现对采集样本植株个体周围环境参数进行实时采集。在本专利技术中，摄像头采用360o旋转的监控摄像头DS-2DC2204IW-D3/W，为了实现植株全貌图像采集功能，摄像头采用等视距动态图像采集方式，通过调整自动升降装置携带CCD摄像头传感器的高度分段对植株图像进行采集，然后将采集到的不同段的植株图像传至上位机进行图像拼接处理后，从而实现获取等视距植株图像的全貌功能。所述导航模块包括前级红外反射式光电传感器和后级红外反射式光电传感器，前级红外反射式光电传感器安装在AGV移动机器人车体前侧10cm处并呈非均匀M型分布，后级红外反射式光电传感器采用等距一字型传感器排列方式，安装在AGV移动机器人车体底部两个主驱动轮之间。所述定位模块包括低功耗RFID阅读器和标签；低功耗RFID阅读器安装在AGV移动机器人车体底盘，标签安装在AGV移动机器人的地面轨道上；所述避障单元包括激光测距传感器和碰撞条，激光测距传感器和碰撞条安装在AGV移动机器人车体侧端，为保障人和车的安全分别在车体前方、后方安装6个按梯形设计排列的激光测距传感器。所述执行机构，包括加湿系统、升温系统、通风风机、补光灯、遮阳网电机、天窗电机、侧窗电机和二氧化碳发生器。执行机构是温室内常规使用的设备。本专利技术在AGV移动机器人上安装有控制按钮，通过控制按钮可选择手动模式和自动模式，手动模式时，通过现场触摸屏、监控PC机或移动终端进行操作，自动模式时，AGV移动机器人依靠自身设备移动。手动控制时，现场触摸屏控制AGV移动机器人携带升降采集单元在温室内进行盆栽作物生长周期内环境参数和图像信息的采集，采集的信息传输到FPGA控制器Ⅰ内，FPGA控制器Ⅰ处理后将现场触摸屏发送的指令通过无线传输模块传输到FPGA控制器Ⅱ，FPGA控制器Ⅱ控制执行机构动作，使温室内环境适宜，并且FPGA控制器Ⅰ还通过无线传输模块和WiFi视频模块将采集的环境信息和植株图像信息上传到监控PC机，监控PC机再传到移动终端上供人查看。监控PC机通过无线传输模块给FPGA控制器Ⅰ发送控制指令，驱动AGV机器人移动，信息的采集过程与自动是相同的，FPGA控制器Ⅰ接收信息并初步处理后给监控PC机，监控PC机再控制FPGA控制器Ⅱ驱动执行机构，使温室内环境适宜，移动终端给与监控PC机发送指令，监控PC机再控制FPGA控制器Ⅰ和FPGA控制器Ⅱ。自动控制方式下，AGV移动机器人借助车载上的导航模块和定位模块，并结合避障和PID控制，实现规划路径的自主循迹、样本采样点的识别、定位、停靠功能。结合温湿度、光照、CO2和土壤湿度传感器，CCD图像采集传感器、无线传输模块、监控PC机和APP智能终端，实现温室盆栽作物生长周期内环境参数和图像信息的运程自动化采集和环境调控功能。本专利技术能准确采集样本植株个体不同部位环境参数的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机器人的盆栽作物智能温室环境监控系统，其特征在于：包括AGV移动机器人检测装置、温室现场执行装置和监控管理装置；所述AGV移动机器人检测装置，包括AGV移动机器人，在AGV移动机器人的车体上安装有升降采集单元、导航模块、定位模块、避障单元、无线通讯模块Ⅰ和WiFi视频模块Ⅰ；所述升降采集单元包括升降组件，在升降组件上设置有环境传感器组件和图像采集组件；环境传感器组件、图像采集组件的CCD摄像头传感器、导航模块、定位模块和避障单元分别与AGV移动机器人上的FPGA控制器Ⅰ的输入端连接；升降组件的步进电机和旋转电机以及图像采集组件的摄像头分别与FPGA控制器Ⅰ的输出端连接；FPGA控制器Ⅰ与温室现场触摸屏双向连接，且FPGA控制器Ⅰ的输出端还与AGV移动机器人的驱动电机连接；所述温室现场执行装置，包括FPGA控制器Ⅱ、执行机构和无线通讯模块Ⅱ，FPGA控制器Ⅱ通过无线通讯模块Ⅱ和无线通讯模块Ⅰ与FPGA控制器Ⅰ通讯，FPGA控制器Ⅱ的输出端与执行机构连接；所述监控管理装置，包括监控PC机，监控PC机通过无线传输模块Ⅲ和WiFi视频模块Ⅱ与FPGA控制器Ⅰ通讯；且监控PC机通过GPRS模块与移动终端通讯。...

【技术特征摘要】
1.一种基于机器人的盆栽作物智能温室环境监控系统，其特征在于：包括AGV移动机器人检测装置、温室现场执行装置和监控管理装置；所述AGV移动机器人检测装置，包括AGV移动机器人，在AGV移动机器人的车体上安装有升降采集单元、导航模块、定位模块、避障单元、无线通讯模块Ⅰ和WiFi视频模块Ⅰ；所述升降采集单元包括升降组件，在升降组件上设置有环境传感器组件和图像采集组件；环境传感器组件、图像采集组件的CCD摄像头传感器、导航模块、定位模块和避障单元分别与AGV移动机器人上的FPGA控制器Ⅰ的输入端连接；升降组件的步进电机和旋转电机以及图像采集组件的摄像头分别与FPGA控制器Ⅰ的输出端连接；FPGA控制器Ⅰ与温室现场触摸屏双向连接，且FPGA控制器Ⅰ的输出端还与AGV移动机器人的驱动电机连接；所述温室现场执行装置，包括FPGA控制器Ⅱ、执行机构和无线通讯模块Ⅱ，FPGA控制器Ⅱ通过无线通讯模块Ⅱ和无线通讯模块Ⅰ与FPGA控制器Ⅰ通讯，FPGA控制器Ⅱ的输出端与执行机构连接；所述监控管理装置，包括监控PC机，监控PC机通过无线传输模块Ⅲ和WiFi视频模块Ⅱ与FPGA控制器Ⅰ通讯；且监控PC机通过GPRS模块与移动终端通讯。2.根据权利要求1所述的基于机器人的盆栽作物智能温室环境监控系统，其特征在于：所述升降组件，包括安装在AGV移动机器人车体上的第一动力单元、第二动力单元和升降检测单元；升降检测单元的移动平台（11）安装在第一动力单元的第一传输件（4）和第二动力单元的第二传输件（9）之间。3.根据权利要求2所述的基于机器人的盆栽作物智能温室环境监控系统，其特征在于：所述第一动力单元，包括第一步进电机（1）、第一主动轮（2）、第一从动轮（3）、第一传输件（4）和第一支架（5），第一支架（5）竖直安装在AGV移动机器人的车体上，第一主动轮（2）安装在第一支架（5）下部并通过轴承与第一步进电机（1）的转子连接；第一从动轮（3）通过转轴安装第一支架（5）下部并通过第一传输件（4）与第一主动轮（2）传动连接，第一步进电机（1）与FPGA控制器Ⅰ的输出端连接。4.根据权利要求2所述的基于机器人的盆栽作物智能温室环境监控系统，其特征在于：所述第二动力单元，包括第二步进电机（6）、第二主动轮（7）、第二从动轮（8）、第二传输件（9）和第二支架（10），第二支架（10）竖直安装在AGV移动机器人的车体上，第二主动轮（7）安装在第二支架（10）下部并通过轴承与第二步进电机（6）的转子连接；第二从动轮（8）通过转轴安装第二支架（10）下部并通...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳昌，左现刚，张志霞，蔡磊，雷进辉，李国厚，王廷雨，侯志松，杨献峰，余周，赵明富，
申请(专利权)人：河南科技学院，
类型：发明
国别省市：河南,41