智能化水稻排水灌溉系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种智能化水稻排水灌溉系统，包括抽排水设备、液位计、摄像头、图像处理设备和主控制器，所述抽排水设备用于对所述稻田内存水量进行抽排，所述液位计用于检测所述稻田的水位高度，所述摄像头用于拍摄稻田图像，所述图像处理设备与所述摄像头连接以对所述稻田图像处理，所述主控制器与所述抽排水设备、所述液位计和所述图像处理设备分别连接，基于所述图像处理结果和所述水位高度控制所述抽排水设备的抽排操作。通过本实用新型，能够根据稻田内水位高度占据整株水稻高度的浸水百分比确定稻田所需的抽排水量，并控制抽排水设备按照所需抽排水量自动完成水稻的排水灌溉。
【专利说明】智能化水稻排水灌溉系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及排水灌溉领域，尤其涉及一种智能化水稻排水灌溉系统。
【背景技术】
[0002]水稻是全球主要的种植作物之一，其种植历史悠久，尤其是近年杂交水稻的集中研宄，水稻的产量和经济效益越来越高，为解决全球饥饿问题、维护国际社会稳定做出突出贡献。
[0003]水稻的种植方式与其他旱地农作物的种植方式不同。水稻具有喜水耐水特性，常采用淹灌方式，因此，渗漏损失水量大，灌水次数多，灌溉定额大。灌溉制度应满足不同时期稻田淹灌水层的深度要求。由此看来，水稻对水量的要求比较苛刻，为了维持水稻的高产量，需要时刻保证水稻对水量的需求。
[0004]稻田内的存水量需要维持在一定高度，才能最适合水稻的生长，因此需要对稻田灌溉排水结合的方式，才能及时保证稻田的存水量。然而，现有技术中的稻田排水灌溉系统，往往只偏重排水或灌溉中的某一方面，忽略了另一方面，或者另一方面仅仅采用人工方式进行处理，大大降低了稻田排水灌溉系统的自动化程度，无法适应水稻生长各个时期对稻田存水量的不同要求。
[0005]因此，需要一种新的稻田排水灌溉系统，将排水或灌溉过程都进行自动化定制，能够在存水量过多时自动排水，能够在存水量偏少时自动灌溉，从而保证稻田水位维持在预设高度，保证水稻的正常生长。
实用新型内容
[0006]为了解决上述问题，本实用新型提供了一种智能化水稻排水灌溉系统，通过图像识别技术确定稻田内水位高度占据整株水稻高度的浸水百分比，从而确定稻田所需的抽排水量，并控制抽排水设备按照所需抽排水量自动完成水稻的排水灌溉，将水稻的浸水高度维持在一个合理范围，避免水稻被淹或缺水。
[0007]根据本实用新型的一方面，提供了一种智能化水稻排水灌溉系统，所述系统包括抽排水设备、液位计、摄像头、图像处理设备和主控制器，所述抽排水设备用于对所述稻田内存水量进行抽排，所述液位计用于检测所述稻田的水位高度，所述摄像头用于拍摄稻田图像，所述图像处理设备与所述摄像头连接以对所述稻田图像图像处理，所述主控制器与所述抽排水设备、所述液位计和所述图像处理设备分别连接，基于所述图像处理结果和所述水位高度控制所述抽排水设备的抽排操作。
[0008]更具体地，在所述智能化水稻排水灌溉系统中，所述系统还包括流量检测仪，与所述抽排水设备连接，用于检测所述抽排水设备抽水总量或排水总量；所述抽排水设备还包括电动机，用于根据接收到的抽水信号将所述稻田内存水量抽出，并根据接收到的排水信号停止工作；电磁阀，设置在所述稻田的灌溉水道中，用于根据接收到的抽水信号控制所述灌溉水道的关闭，还用于根据接收到的排水信号控制所述灌溉水道的打开，以控制所述灌溉水道上方的灌溉水流进入所述灌溉水道；存储设备，用于存储水稻上限灰度阈值和水稻下限灰度阈值，所述存储设备还存储了浸水位置抽排水量对照表，所述水稻上限灰度阈值和所述水稻下限灰度阈值用于将图像中的水稻和背景分离，所述浸水位置抽排水量对照表保存了浸水百分比和抽排水量的一一对应关系；所述摄像头为高清摄像头，分辨率为1280 X 720，设置在所述稻田的上方，用于拍摄稻田图像；所述图像处理设备包括图像预处理单元、图像分割单元和水稻水面高度识别单元，所述图像预处理单元与所述摄像头连接，用于对所述稻田图像依次执行对比度增强和小波滤波以输出滤波稻田图像，所述图像分割单元与所述图像预处理单元和所述存储设备分别连接，用于将所述滤波稻田图像中灰度值在所述水稻上限灰度阈值和所述水稻下限灰度阈值之间的像素识别以组成多个水稻子图像，所述水稻水面高度识别单元与所述图像分割单元连接，基于每一个水稻子图像识别每一株水稻的水面高度，还平均多株水稻的水面高度以得到平均水面高度；所述主控制器与所述抽排水设备、所述液位计、所述流量检测仪、所述存储设备和所述图像处理设备分别连接，对所述液位计输出的水位高度和所述图像处理设备输出的平均水面高度求和以获得水稻高度，将所述水位高度除以所述水稻高度以获得所述水位高度占据所述水稻高度的浸水百分比，基于所述得到的浸水百分比在所述浸水位置抽排水量对照表查找与所述得到的浸水百分比对应的抽排水量，并在所述对应抽排水量为抽水量时发出抽水信号，在所述对应抽排水量为排水量时发出排水信号；无线通信接口，与远端的农田水利控制平台无线连接，还与所述主控制器连接，用于将所述水位高度、所述平均水面高度、所述得到的浸水百分比和所述对应抽排水量无线发送到所述农田水利控制平台，并接收所述农田水利控制平台发送的控制指令，所述控制指令中包括抽排水量；供电电源，与所述主控制器连接，用于为所述系统内除了所述供电电源之外的设备提供电源供应，并在所述主控制器的控制下进行供电管理；其中，所述主控制器在所述流量检测仪发送的抽水总量或排水总量等于所述对应抽排水量，停止所述抽排水设备的抽排操作，所述主控制器、所述电动机、所述存储设备、所述供电电源都设置在所述系统的防水外壳内。
[0009]更具体地，在所述智能化水稻排水灌溉系统中，将所述主控制器、所述存储设备和所述供电电源集成在一块集成电路板上。
[0010]更具体地，在所述智能化水稻排水灌溉系统中，所述电动机为直流电动机。
[0011 ] 更具体地，在所述智能化水稻排水灌溉系统中，所述无线通信接口为GPRS通信接口、3G通信接口或4G通信接口中的一种。
[0012]更具体地，在所述智能化水稻排水灌溉系统中，所述系统还包括串口通信接口，与所述存储器设备连接，用于向所述存储设备输入所述存储水稻上限灰度阈值、所述水稻下限灰度阈值和所述浸水位置抽排水量对照表。
[0013]更具体地，在所述智能化水稻排水灌溉系统中，所述串口通信接口为RS-232串行通信接口。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]以下将结合附图对本实用新型的实施方案进行描述，其中:
[0015]图1为根据本实用新型实施方案示出的智能化水稻排水灌溉系统的结构方框图。
【具体实施方式】
[0016]下面将参照附图对本实用新型的智能化水稻排水灌溉系统的实施方案进行详细说明。
[0017]水稻原产亚洲热带，在中国广为栽种后，逐渐传播到世界各地。按照不同的方法，水稻可以分为籼稻和粳稻、早稻和中晚稻、糯稻和非糯稻。中国科学家袁隆平对杂交水稻的研宄做出了巨大贡献，被誉为“杂交水稻之父”，杂交水稻使得水稻产量迅速增长。水稻所结稻粒去壳后称大米、香米、稻米或米。世界上近一半人口，都以大米为食。大米的食用方法多种多样，有米饭、米粥、米饼、米糕、米线米酒等。水稻所结子实即稻谷，去壳后称大米或米。属于直接经济作物，还是世界上三分之一人类的主食。
[0018]水稻对稻田的存水量要求较高，如果水量过多，水稻透气性差，易发生纹枯病等病害，另外，如孕穗期受涝，部分稻穗会死亡，有的虽然抽出穗，但多畸形稻、稻穗发育不全或空瘪粒的穗；抽穗期受淹，植株缺氧，致使根系早衰甚至腐烂，不能吸收足够的养分，造成叶片早衰，而且存水量过多实际上也是对水的一种浪费。
[0019]同时，如果水量过少，将会降低光合能力，影响幼穗发育，影响枝梗的发育，增加颖花的退化和不孕，稻株根系活力下降。孕穗初期受旱抑制枝梗、颖花原基分化，每穗粒数少，孕穗中期缺水使内外颖和雌雄蕊发育不良。减数分裂期缺水造成颖花大量退化，粒数减少，结实率下降。抽穗期缺水造成抽穗开花困难，不仅抽穗不齐、包颈白穗多、降低结实率，还会直接造成抽不出穗，严重影响水稻的产量。
[0020]本实用新型的智能化水稻排水灌溉系统，能够通过自动识别当前稻田内水位高度占据整株水稻高度的浸水百分比，并根据预设的浸水百分比和抽排水量的一一对应关系，查询到稻田所需的抽排水量，从而控制抽排水设备按照所需抽排水量自动完成水稻的排水灌溉，将稻田水位一致保持在让水稻正常生长的最佳位置。
[0021]图1为根据本实用新型实施方案示出的智能化水稻排水灌溉系统的结构方框图，所述系统包括抽排水设备1、液位计2、摄像头3、图像处理设备4和主控制器5，所述抽排水设备I用于对所述稻田内存水量进行抽排，所述液位计2用于检测所述稻田的水位高度，所述摄像头3用于拍摄稻田图像，所述图像处理设备4与所述摄像头3连接以对所述稻田图像图像处理，所述主控制器5与所述抽排水设备1、所述液位计2、所述摄像头3和所述图像处理设备4分别连接以启动或关闭所述抽排水设备1、所述液位计2、所述摄像头3和所述图像处理设备4，还基于所述图像处理结果和所述水位高度控制所述抽排水设备I的抽排操作。
[0022]接着，对本实用新型的智能化水稻排水灌溉系统的结构进行更具体的说明。
[0023]所述智能化水稻排水灌溉系统还包括流量检测仪，与所述抽排水设备I连接，用于检测所述抽排水设备I抽水总量或排水总量。
[0024]所述抽排水设备I还包括电动机，用于根据接收到的抽水信号将所述稻田内存水量抽出，并根据接收到的排水信号停止工作；电磁阀，设置在所述稻田的灌溉水道中，用于根据接收到的抽水信号控制所述灌溉水道的关闭，还用于根据接收到的排水信号控制所述灌溉水道的打开，以控制所述灌溉水道上方的灌溉水流进入所述灌溉水道。
[0025]所述智能化水稻排水灌溉系统还包括存储设备，用于存储水稻上限灰度阈值和水稻下限灰度阈值，所述存储设备还存储了浸水位置抽排水量对照表，所述水稻上限灰度阈值和所述水稻下限灰度阈值用于将图像中的水稻和背景分离，所述浸水位置抽排水量对照表保存了浸水百分比和抽排水量的对应关系。
[0026]所述摄像头3为高清摄像头，分辨率为1280X720，设置在所述稻田的上方，用于拍摄稻田图像。
[0027]所述图像处理设备4包括图像预处理单元、图像分割单元和水稻水面高度识别单元，所述图像预处理单元与所述摄像头3连接，用于对所述稻田图像依次执行对比度增强和小波滤波以输出滤波稻田图像，所述图像分割单元与所述图像预处理单元和所述存储设备分别连接，用于将所述滤波稻田图像中灰度值在所述水稻上限灰度阈值和所述水稻下限灰度阈值之间的像素识别以组成多个水稻子图像，所述水稻水面高度识别单元与所述图像分割单元连接，基于每一个水稻子图像识别每一株水稻的水面高度，还平均多株水稻的水面高度以得到平均水面高度。
[0028]所述主控制器5与所述抽排水设备1、所述液位计2、所述流量检测仪、所述存储设备和所述图像处理设备4分别连接，对所述液位计2输出的水位高度和所述图像处理设备4输出的平均水面高度求和以获得水稻高度，将所述水位高度除以所述水稻高度以获得所述水位高度占据所述水稻高度的浸水百分比，基于所述得到的浸水百分比在所述浸水位置抽排水量对照表查找与所述得到的浸水百分比对应的抽排水量，并在所述对应抽排水量为抽水量时发出抽水信号，在所述对应抽排水量为排水量时发出排水信号。
[0029]所述智能化水稻排水灌溉系统还包括无线通信接口，与远端的农田水利控制平台无线连接，还与所述主控制器5连接，用于将所述水位高度、所述平均水面高度、所述得到的浸水百分比和所述对应抽排水量无线发送到所述农田水利控制平台，并接收所述农田水利控制平台发送的控制指令，所述控制指令中包括抽排水量。
[0030]所述智能化水稻排水灌溉系统还包括供电电源，与所述主控制器5连接，用于为所述系统内除了所述供电电源之外的设备提供电源供应，并在所述主控制器5的控制下进行供电管理。
[0031]其中，所述主控制器5在所述流量检测仪发送的抽水总量或排水总量等于所述对应抽排水量，停止所述抽排水设备I的抽排操作，所述主控制器5、所述电动机、所述存储设备、所述供电电源都设置在所述系统的防水外壳内。
[0032]其中，可选择将所述主控制器5、所述存储设备和所述供电电源集成在一块集成电路板上，所述电动机可选为直流电动机，所述无线通信接口可选为GPRS通信接口、3G通信接口或4G通信接口中的一种，所述系统还可以包括串口通信接口，与所述存储器设备连接，用于向所述存储设备输入所述存储水稻上限灰度阈值、所述水稻下限灰度阈值和所述浸水位置抽排水量对照表，所述串口通信接口优选为RS-232串行通信接口。
[0033]另外，串行通信接口标准经过使用和发展，目前已经有几种，但都是在RS-232标准的基础上经过改进而形成的。RS-232C标准是美国EIA(电子工业联合会)与BELL等公司一起开发的1969年公布的通信协议。他适合于数据传输速率在O?20000b/s范围内的通信。这个标准对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电气特性都作了明确规定。由于通信设备厂商都生产与RS-232C制式兼容的通信设备，因此，他作为一种标准，目前已在微机通信接口中广泛采用。
[0034]RS-232-C 是美国电子工业协会 EIA (Electronic Industry Associat1n)制定的一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。RS-232-C总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道。在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。
[0035]RS-232-C 标准规定的数据传输速率为 50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400波特。RS-232-C标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150 pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m ;若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。
[0036]采用本实用新型的智能化水稻排水灌溉系统，针对现有技术无法同时对水稻实现排水自动化和灌溉自动化导致自动化程度较低的技术问题，为了将稻田水位维持在保证水稻正常生长的合理范围内，通过图像识别技术确定当前稻田内水位高度占据整株水稻高度的浸水百分比，进一步确定稻田所需的抽排水量，并控制抽排水设备按照所需抽排水量自动完成水稻的排水灌溉，提高了水稻排水灌溉系统的智能化水平。
[0037]可以理解的是，虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本实用新型。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。
【权利要求】
1.一种智能化水稻排水灌溉系统，所述系统设置在稻田内，其特征在于，所述系统包括抽排水设备、液位计、摄像头、图像处理设备和主控制器，所述抽排水设备用于对所述稻田内存水量进行抽排，所述液位计用于检测所述稻田的水位高度，所述摄像头用于拍摄稻田图像，所述图像处理设备与所述摄像头连接以对所述稻田图像图像处理，所述主控制器与所述抽排水设备、所述液位计和所述图像处理设备分别连接，基于所述图像处理结果和所述水位高度控制所述抽排水设备的抽排操作。
2.如权利要求1所述的智能化水稻排水灌溉系统，其特征在于，所述系统还包括: 流量检测仪，与所述抽排水设备连接，用于检测所述抽排水设备抽水总量或排水总量; 所述抽排水设备还包括 电动机，用于根据接收到的抽水信号将所述稻田内存水量抽出，并根据接收到的排水信号停止工作； 电磁阀，设置在所述稻田的灌溉水道中，用于根据接收到的抽水信号控制所述灌溉水道的关闭，还用于根据接收到的排水信号控制所述灌溉水道的打开，以控制所述灌溉水道上方的灌溉水流进入所述灌溉水道； 存储设备，用于存储水稻上限灰度阈值和水稻下限灰度阈值，所述存储设备还存储了浸水位置抽排水量对照表，所述水稻上限灰度阈值和所述水稻下限灰度阈值用于将图像中的水稻和背景分离，所述浸水位置抽排水量对照表保存了浸水百分比和抽排水量的一一对应关系； 所述摄像头为高清摄像头，分辨率为1280X720，设置在所述稻田的上方，用于拍摄稻田图像； 所述图像处理设备包括图像预处理单元、图像分割单元和水稻水面高度识别单元，所述图像预处理单元与所述摄像头连接，用于对所述稻田图像依次执行对比度增强和小波滤波以输出滤波稻田图像，所述图像分割单元与所述图像预处理单元和所述存储设备分别连接，用于将所述滤波稻田图像中灰度值在所述水稻上限灰度阈值和所述水稻下限灰度阈值之间的像素识别以组成多个水稻子图像，所述水稻水面高度识别单元与所述图像分割单元连接，基于每一个水稻子图像识别每一株水稻的水面高度，还平均多株水稻的水面高度以得到平均水面高度； 所述主控制器与所述抽排水设备、所述液位计、所述流量检测仪、所述存储设备和所述图像处理设备分别连接，对所述液位计输出的水位高度和所述图像处理设备输出的平均水面高度求和以获得水稻高度，将所述水位高度除以所述水稻高度以获得所述水位高度占据所述水稻高度的浸水百分比，基于所述得到的浸水百分比在所述浸水位置抽排水量对照表查找与所述得到的浸水百分比对应的抽排水量，并在所述对应抽排水量为抽水量时发出抽水信号，在所述对应抽排水量为排水量时发出排水信号； 无线通信接口，与远端的农田水利控制平台无线连接，还与所述主控制器连接，用于将所述水位高度、所述平均水面高度、所述得到的浸水百分比和所述对应抽排水量无线发送到所述农田水利控制平台，并接收所述农田水利控制平台发送的控制指令，所述控制指令中包括抽排水量； 供电电源，与所述主控制器连接，用于为所述系统内除了所述供电电源之外的设备提供电源供应，并在所述主控制器的控制下进行供电管理； 其中，所述主控制器在所述流量检测仪发送的抽水总量或排水总量等于所述对应抽排水量，停止所述抽排水设备的抽排操作； 其中，所述主控制器、所述电动机、所述存储设备、所述供电电源都设置在所述系统的防水外壳内。
3.如权利要求2所述的智能化水稻排水灌溉系统，其特征在于: 将所述主控制器、所述存储设备和所述供电电源集成在一块集成电路板上。
4.如权利要求2所述的智能化水稻排水灌溉系统，其特征在于: 所述电动机为直流电动机。
5.如权利要求2所述的智能化水稻排水灌溉系统，其特征在于: 所述无线通信接口为GPRS通信接口、3G通信接口或4G通信接口中的一种。
6.如权利要求2所述的智能化水稻排水灌溉系统，其特征在于，所述系统还包括: 串口通信接口，与所述存储器设备连接，用于向所述存储设备输入所述存储水稻上限灰度阈值、所述水稻下限灰度阈值和所述浸水位置抽排水量对照表。
7.如权利要求6所述的智能化水稻排水灌溉系统，其特征在于: 所述串口通信接口为RS-232串行通信接口。
【文档编号】A01G25/16GK204180657SQ201420653453
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月4日 优先权日:2014年11月4日
【发明者】不公告发明人 申请人:无锡北斗星通信息科技有限公司