一种智能感知施肥与农药喷洒方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种智能感知施肥与农药喷洒方法与装置，装置包括作物定位模块、作物病害检测模块、作物氮含量检测模块、喷洒模块和车体模块。本发明专利技术作物含氮量及病害检测过程中采用先定位后拍照的方式，减少检测过程中的计算时间。极大程度的提高了识别与检测的速度，从图像采集方式、定位方式、识别等多方面进行了速度上的优化，使实时检测并进行施肥和农药喷洒成为现实；同时将施肥与病害识别、喷药结合，实现多方面的作物产中管理。实现多方面的作物产中管理。实现多方面的作物产中管理。

【技术实现步骤摘要】
一种智能感知施肥与农药喷洒方法与装置


[0001]本专利技术涉及农业智能感知装备
，特别是设计一种智能感知施肥与农药喷洒方法与装置。

技术介绍

[0002]生菜在生长阶段，需要肥料补充营养及病害检测，及时进行肥料与药物喷洒。农作物追肥是促进作物生长的一种重要方式，占到总施肥量的三分之一以上。矿质元素是植物生长发育过程中必需的。一旦缺乏矿质元素，植物就会出现相应的缺素症状，从而导致减产，大大降低了生产效率。病害检测是农作物生长阶段的重中之重，若不能及时施药，将严重影响产量。生菜常见的病害有灰霉病、软腐病、腐烂病、叶枯病等；计算机视觉及深度学习技术的发展，使通过深度学习进行病害定点检测成为可能，使定点施药成为可能。
[0003]国家农业部颁布了“减肥减药”政策，旨在大力推进化肥减量提效，农药减量控害的道路。传统施肥定量方式为区域定量为主，不能做到根据每株作物的实际需求进行施肥。传统大面积施肥造成肥料浪费并对环境有很大危害，精确定位植株，定点施肥，对于环境的保护、肥料的节约起了不可或缺的作用。
[0004]现有的病害识别与含氮量预测方法主要有光谱、机器视觉和两者结合的方式。光谱检测：采集叶片光谱信息，通过光谱信息与某一元素或含氮量建立数学模型关系(某一元素为能反映病害的元素)，通过该数学模型对病害或含氮量进行预测。光谱检测速度不如机器视觉，仅检测是可以的，但在田间进行实时检测同时进行喷药施肥的速度跟不上。光谱、机器视觉结合：例如利用高光谱套件分别采集炭疽病、菌核病、白粉病的发病早期、中期和晚期以及健康状态下生菜叶片样本的高光谱信息，利用多项式平滑算法对原始光谱数据进行降噪平滑处理，采用连续投影算法对预处理后的数据进行特征波长的优选，使用一阶到三阶矩和纹理LBP算子分别提取样本图像的颜色特征和纹理特征，最后通过SVR预测模型对颜色、纹理及光谱特征值数据进行训练并对预测集样本进行分类。通俗讲使用两种预测方式结合，寻找最优答案。二者结合增加了算法结构复杂程度，速度跟不上，仅检测可以实现，实时检测同时喷药施肥仍然受到速度限制。
[0005]因此，如何设计一种快速定位生菜坐标，通过智能感知判断需肥量及病害，并精准喷洒的方法及装置，成为本领域当前要解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种智能感知施肥与农药喷洒方法及装置，采用该方法可使在植株追肥阶段精确定量施肥，使肥料利用率最大化，减少肥料浪费及环境污染；采用该方法可以在种植阶段监控作物健康状况，避免大面积施加农药，进行精确定点喷洒。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0008]一种智能感知施肥与农药喷洒装置，包括：作物定位模块、作物病害及氮含量检测模块、喷洒模块和车体模块。
[0009]可选的，所述作物定位模块，包括暗箱33、灰度相机18、滤光片、激发LED灯25、26、树莓派开发板一20、车速传感器34和电源；
[0010]所述车速传感器34与树莓派开发板一20相连，车速传感器34的信号用于控制灰度相机的拍摄间隔；
[0011]所述暗箱33由遮光布围绕而成，用来遮蔽外界光线，形成图像采集工作空间，保证采集图像时光线恒定；
[0012]所述激发LED灯25、26布置在暗箱角落，用于激发荧光信号；
[0013]所述灰度相机18与树莓派开发板一20的USB端口相接，用于采集和传输图像信息；树莓派开发板一20用于进行作物坐标定位，所述滤光片安装在灰度相机18的镜头上，用于过滤背景色；
[0014]可选的，所述作物病害及氮含量检测模块，包括RGB相机17、树莓派开发板二21和日光LED灯23、24；
[0015]所述树莓派开发板一20的输出串口与RGB相机17相接，RGB相机17与树莓派开发板二21的USB端口相接，RGB相机17用于接收工作时刻信号，并向树莓派开发板二21输入图像信息；树莓派开发板二21用于进行作物病害及氮含量检测；
[0016]所述遮光布营造暗箱环境，由日光LED灯23、24进行恒光照射，减少光源变化对图像采集的影响。
[0017]可选的，所述喷洒模块包括：Arduino单片机22、锥形喷嘴16、若干液体罐、增压泵14、高压液体管15、电机和若干电磁阀；
[0018]所述树莓派开发板二21的输出串口与Arduino单片机22的输入串口连接，向Arduino单片机22传递作物状态信息；
[0019]所述Arduino单片机22的输出串口与电机、若干电磁阀连接，Arduino单片机22控制电机转动以及若干电磁阀的开关；
[0020]每个液体罐均连接一个电磁阀，液体罐下端连接有高压液体管15，高压液体管15上安装有增压泵14，高压液体管15的末端连接锥形喷嘴16；每个液体罐由与其连接的电磁阀控制是否输液，输液时液体通过高压液体管15供入增压泵14；经过增压泵14后通过锥形喷嘴16喷洒到作物上，实现施肥与农药喷洒。
[0021]激发LED灯25、26布置在车体前进方向前部的底盘横梁上；日光LED灯23、24布置在车体前进方向后部的底盘横梁上，通过暗箱以及恒光光照保证图像采集的稳定。
[0022]可选的，所述车体模块包括：型材车架27、拖挂连接机构19、四个车轮、固定支座4和控制箱32；
[0023]所述控制箱32通过若干定位孔固定在型材车架27上；型材车架27通过暗箱固定支座4固定在四个车轮上方；
[0024]拖挂连接机构19用于与可移动农用车辆连接，使本装置在田间移动。
[0025]树莓派开发板一20、树莓派开发板二21和Arduino单片机22布置在控制箱32内；空间布置如图3所示。
[0026]由遮光布围绕在型材车架27外形成暗箱33。
[0027]一种智能感知施肥与农药喷洒方法，利用上述智能感知施肥与农药喷洒装置，包括以下步骤：
[0028]S1、对植株进行作物信号标记处理；
[0029]S2、利用加装滤光片的灰度相机进行作物的图像数据采集，得到图像信息，对图像信息进行处理，得到作物的定位；
[0030]S3、采用作物病害及氮含量检测模块进行作物病害及氮含量检测；
[0031]S4、喷洒模块根据作物病害及氮含量检测模块的氮含量分类信号及病害信号进行施肥与喷药。
[0032]步骤S1中，作物预先喷洒作物信号，所述作物信号选用罗丹明B溶液，罗丹明B溶液的浓度为8ug/ml。
[0033]步骤S2中，图像信息的处理包括：对图像进行降噪、二值化、特征区域轮廓提取、小面积区域舍弃、特征区域中心点提取；具体如下：将图像信息输入树莓派开发板一，在树莓派开发板一中对图像进行高斯模糊处理，使用大津法对图像进行阈值分割，进而提取特征区域轮廓；对特征区域轮廓进行顶点提取并计算轮廓的像素面积，轮廓的像素面积小于5000的特征区域舍去，反之计算特征区域中心点的像素坐标，并将像素坐标系转化为相机坐标系。
[0034]可选的，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能感知施肥与农药喷洒装置，其特征在于，包括：作物定位模块、作物病害及氮含量检测模块、喷洒模块和车体模块；作物定位模块、作物病害及氮含量检测模块、喷洒模块均安装于车体模块上；所述作物定位模块，包括暗箱(33)、灰度相机(18)、滤光片、激发LED灯(25、26)、树莓派开发板一(20)、车速传感器(34)和电源；所述车速传感器(34)与树莓派开发板一(20)相连；所述暗箱(33)由遮光布围绕而成，用来遮蔽外界光线；所述激发LED灯(25、26)布置在暗箱角落，用于激发荧光信号；所述灰度相机(18)与树莓派开发板一(20)的USB端口相接，用于采集和传输图像信息；树莓派开发板一(20)用于进行作物坐标定位，所述滤光片安装在灰度相机(18)的镜头上，用于过滤背景色；所述作物病害及氮含量检测模块，包括RGB相机(17)、树莓派开发板二(21)和日光LED灯(23、24)；所述树莓派开发板一(20)的输出串口与RGB相机(17)相接，RGB相机(17)与树莓派开发板二(21)的USB端口相接，RGB相机(17)用于接收工作时刻信号，并向树莓派开发板二(21)输入图像信息；树莓派开发板二(21)用于进行作物病害及氮含量检测；日光LED灯(23、24)用于进行恒光照射；所述喷洒模块包括：Arduino单片机(22)、锥形喷嘴(16)、若干液体罐、增压泵(14)、高压液体管(15)、电机和若干电磁阀；所述树莓派开发板二(21)的输出串口与Arduino单片机(22)的输入串口连接；所述Arduino单片机(22)的输出串口与电机、若干电磁阀连接，Arduino单片机(22)控制电机转动以及若干电磁阀的开关；每个液体罐均连接一个电磁阀，液体罐下端连接有高压液体管(15)，高压液体管(15)上安装有增压泵(14)，高压液体管(15)的末端连接锥形喷嘴(16)。2.如权利要求1所述的，其特征在于：所述车体模块包括：型材车架(27)、拖挂连接机构(19)、四个车轮、固定支座(4)和控制箱(32)；所述控制箱(32)通过若干定位孔固定在型材车架(27)上；型材车架(27)通过暗箱固定支座(4)固定在四个车轮上方；拖挂连接机构(19)用于与可移动农用车辆连接；树莓派开发板一(20)、树莓派开发板二(21)和Arduino单片机(22)布置在控制箱(32)内。3.如权利要求1所述的，其特征在于：激发LED灯(25、26)布置在车体前进方向前部的底盘横梁上；日光LED灯(23、24)布置在车体前进方向后部的底盘横梁上。4.一种智能感知施肥与农药喷洒方法，利用权利要求1
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3任一项所述的智能感知施肥与农药喷洒装置，其特征在于，包括如下步骤：S1、对植株进行作物信号标记处理；S2、利用加装滤光片的灰度相机进行作物的图像数据采集，得到图像信息，对图像信息进行处理，得到作物的定位；S3、采用作物病害及氮含量检测模块进行作物病害及氮含量检测；S4、喷洒模块根据作物病害及氮含量检测模块的氮含量分类信号及病害信号进行施肥与喷药。5.如权利要求4所述的智能感知施肥与农药喷洒方法，其特征在于：步骤S1中，作物预先喷洒作物信号，所述作物信号选用罗丹明B溶液，罗丹明B溶液的浓度为8ug/ml。6.如权利要求4所述的智...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏文浩，刘博远，王亚虹，彭彦昆，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：