径识别模块，3、太阳能跟踪模块，4、太阳能发电模块，5、图像处理模块，6、喷药模块，7、配药模块，8、药物检测模块，9、无线通信模块，10、人机交互模块，11、自身状态检测模块，12、行驶模块，13、供电模块，14、报警模块，15、存储模块，20、农田区，21、位置标记RFID电子标签，22、机器人RFID电子标签，23、RFID读写器，24、机器人，30、农作物种植区，31、机器人工作起点和终点，33、太阳能电池板，34、三自由度机械臂，35、机器人机箱，36、无线天线，37、药物桶，38、可伸缩机械臂，39、药物喷头，40、农用喷药压力泵电机齿轮，41、云台高清摄像头，42、履带，43、行驶电机齿轮。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，以具体阐述本发明的技术方案。
[0031]如图1所示，本发明一种基于RFID的农田智能喷药机器人中央控制器I选用DSP处理器与RFID路径识别模块2、太阳能跟踪模块3、太阳能发电模块4、图像处理模块5、喷药模块6、配药模块7、药物检测模块8、无线通信模块9、人机交互模块10、自身状态检测模块11、行驶模块12、供电模块13、报警模块14、存储模块15连接，所述的供电模块13分别与中央控制器1、RFID路径识别模块2、太阳能跟踪模块3、太阳能发电模块4、图像处理模块5、喷药模块6、配药模块7、药物检测模块8、无线通信模块9、人机交互模块10、自身状态检测模块11、行驶模块12、报警模块14、存储模块15连接，保证农田智能喷药机器人采集信息和处理信息的效率，准确控制各个模块完成相关功能。
[0032]如图2所示，一种基于RFID的农田智能喷药机器人RFID路径识别方法实现如下:在农田区20上方均匀间隔固定位置架起安装位置标记RFID电子标签21，每个位置标记RFID电子标签21之间的距离是等间隔的，根据农田区20实际尺寸、位置标记RFID电子标签21和每列农作物在农田区20中的具体位置分布，对农田区20进行农田RFID电子标签地图的建模，将农田RFID电子标签地图模型导入到机器人存储模块15由中央控制器I读取，通过位置标记RFID电子标签21向机器人RFID电子标签22提供位置信息，RFID读写器23向机器人RFID电子标签22和位置标记RFID电子标签21发送定位命令信息，机器人RFID电子标签22与最近的位置标记RFID电子标签21交流信息后获取当前所处位置，RFID读写器23读取机器人RFID电子标签22信息和其当前位置信息。经过这种方式的多次获取当前位置后，通过中央控制器I计算机器人在农田区20的具体位置；实时的RFID路径识别模块2和预先存储的农田RFID电子标签地图模型进行对比和修正，判断出每一列农作物的位置，准确的识别路径使机器人在农作物种植区30外的空地和农田区20中移动。
[0033]用户使用手持移动通信设备通过无线通信模块9中WiFi无线单元或GPRS通信单元选择WiFi无线通信连接方式或GPRS无线通信连接方式与机器人连接通信，用户通过手持移动通信设备端上位机软件对机器人进行功能参数设置和实时控制，接收机器人采集的图像信息、检测信息、电量信息和报警信息，实现对机器人的远距离控制和监视。
[0034]本农田智能喷药机器人自动模式工作原理如下:首先，用户在药物桶37里按比例配好药物和水，将药物桶37安装在机器人上卡住固定好后。将内置式搅拌器的齿轮与机器人搅拌器电机连接后，使用用户手持移动通信设备上位机软件控制启动机器人，控制搅拌器电机工作，使药物经过搅拌器搅拌均匀后，设置进入自动模式。药物桶37内的药物通过喷药导管与农用喷药压力泵连接，供农用喷药压力泵抽取药物。药泵电机开始运转，农用喷药压力泵准备好工作。
[0035]图像处理模块5开始工作采集农作物种植区和周围环境图像信息，通过云台高清摄像头41拍摄农作物的图像，通过图像采集卡和图像处理软件处理农作物的图像，提取到农作物的重要外观特征与存储模块15中的农作物图像特征信息数据库信息核对比较后对农作物分类并判断出农作物的种类名称。
[0036]如图3所示，机器人定位后开始从机器人工作起点和终点31按照图示实线箭头方向移动，中央控制器I控制喷药模块6伸开机械臂，中央控制器I控制农作物种植区30 —侧的药物喷头电动调节阀打开对农作物的顶部、中部和底部喷药，中央控制器I根据图像处理模块5判断的农作物的种类名称和人工设置功能参数中的农作物所处的生长时期合理控制调节电动调节阀的开度，控制喷药用量。
[0037]当机器人完成第一列农作物种植区30 —侧的喷药时，中央控制器I控制关闭电动调节阀停止喷药，机器人按实线箭头方向继续移动转向进入到两列农作物种植区30之间，中央控制器I控制机器人两侧的药物喷头电动调节阀打开对2列农作物的顶部、中部和底部喷药，中央控制器I根据图像处理模块5判断的农作物的种类名称和人工设置功能参数中的农作物所处的生长时期合理控制调节电动调节阀的开度，控制喷药用量。
[0038]在喷药的过程中，搅拌器按照提前设置好的时间间隔对药物进行搅拌，保证药物始终均匀。
[0039]机器人按照上述方法继续完成对农作物的喷药工作，当机器人到达最后一列农作物种植区30时，中央控制器I仅控制农作物种植区30 —侧的药物喷头电动调节阀打开对农作物的顶部、中部和底部喷药，中央控制器I根据图像处理模块5判断的农作物的种类名称和人工设置功能参数中的农作物所处的生长时期合理控制调节电动调节阀的开度，控制喷药用量。
[0040]当机器人完成对所有的农作物喷药工作后，中央控制器I控制关闭电动调节阀停止喷药，控制喷药模块6收缩机械臂，控制机器人按照图3虚线箭头方向移动到机器人工作起点和终点31等待用户下一步具体操作。
[0041]机器人手动模式工作原理如下:用户通过手持移动通信设备端上位机软件实现对机器人控制。如图4所示，用户通过手持移动通信设备端上位机软件主操作界面进入到手动模式控制软件子界面对机器人实施控制机器人行驶、机械臂伸缩、电动调节阀开关、药泵开关、搅拌器开关。通过视频窗口观察机器人周围的情况，左右上下滑动窗口可以实现云台高清摄像头41的左右上下移动改变监控视角。
[0042]如图5所示，机器人太阳能跟踪模块通过光照度传感器和光敏传感器实现对太阳能最大光照的检测和跟踪，利用减速电机和电机驱动芯片组成电机动力结构，完成太阳能电池板的移动；采用三自由度机械臂34支撑太阳能电池板33，使用太阳能电池板33时，中央控制器I控制三自由度机械臂34将太阳能电池板33撑起，不使用太阳能电池板33时，中央控制器I控制三自由度机械臂34将太阳能电池板33落下。
[0043]机器人通过太阳能发电模块实现太阳能转化为电能，采用太阳能电池板33采集阳光光照对太阳能进行转化，通过DC/DC变换器转换成稳定的直流电流储存在高能效锂离子电池组中。
[0044]机器人通过药物检测模块8中液位传感器、涡轮流量计分别检测药物剩余量、喷药流速数据，将数据传送给中央控制器1，通过无线通信模块9传送数据到手持移动通信设备端上位机中显示，以及时发现并避免无药工作和药物喷头堵塞情况。
[0045]机器人通过自身状态检测模块11中陀螺仪、里程计、加速度传感器、超声波传感器实时检测障碍物和自身状态。
[0046]机器人通过行驶模块12采用履带式移动。DSP处理器控制H桥电机PWM驱动电路控制电机的正转和反转，控制主动轮正、反转，带动同步履带移动完成机器人在农田区20内前进、后退和转向。
[0047]机器人通过供电模块13选用高能效锂离子电池组储存电能，电压转换器为机器人的各个模块提供合适的电压和电流，电能充电器完成对高能效锂离子电池组充电，电量检测器检测电池组的剩余电量。
[0048]机器人通过报警模块14实现了当药物余量不足、药物喷头堵塞、电池组电量不足时，通过无线通信模块7向用户手持移动通信设备报警和语音播放器播放语音报警，以便用户及时发现处理。
[0049]机器人存储模块15使用存储器，实现对农田地图模型数据、图像采集数据、检测信息、农作物图像特征信息数据库和其他模块数据的记录和存储。
[0050]用户可以根据自己的需求对机器人的工作模式进行设置，可以设置机器人为自动模式或手动模式工作模式。自动模式下，机器人自主智能实现整个喷药的过程。手动模式依靠人工通过用户手持移动通信设备的上位机软件来控制机器人的工作。
【主权项】
1.一种基于RFID的农田智能喷药机器人，其特征在于，所述农田智能喷药机器人包括:中央控制器、RFID路径识别模块、太阳能跟踪模块、太阳能发电模块、图像处理模块、喷药模块、配药模块、药物检测模块、无线通信模块、人机交互模块、自身状态检测模块、行驶模块、供电模块、报警模块、存储模块；所述的中央控制器分别与RFID路径识别模块、太阳能跟踪模块、太阳能发电模块、图像处理模块、喷药模块、配药模块、药物检测模块、无线通信模块、人机交互模块、自身状态检测模块、行驶模块、供电模块、报警模块、存储模块连接，所述的供电模块分别与中央控制器、RFID路径识别模块、太阳能跟踪模块、太阳能发电模块、图像处理模块、喷药模块、配药模块、药物检测模块、无线通信模块、人机交互模块、自身状态检测模块、行驶模块、报警模块、存储模块连接。
【专利摘要】一种基于RFID的农田智能喷药机器人，其特征在于，所述农田智能喷药机器人的中央控制器分别与RFID路径识别模块、太阳能跟踪模块、太阳能发电模块、图像处理模块、喷药模块、配药模块、药物检测模块、无线通信模块、人机交互模块、自身状态检测模块、行驶模块、供电模块、报警模块、存储模块连接。本农田智能喷药机器人能够利用户外太阳能发电，智能完成对农田农作物的整个喷药过程，减少药物的浪费和药物残留，提高工作效率和药物利用率，环保节能，使人不受药物的危害。
【IPC分类】G05D1/02
【公开号】CN204719534
【申请号】CN201520313721
【发明人】董永波, 张慧芬, 刘益青
【申请人】济南大学
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年5月15日