一种苗床监视管理系统和方法
【专利摘要】本发明提供了一种苗床监视管理系统和方法，该系统包括：轨道，悬挂于苗床上方，图像采集单元和药液喷施单元沿着其移动；图像采集单元，用于在预先设定的位置上对该位置对应的区域上的种苗进行图像采集，将采集到的图像发送给控制单元；控制单元，用于控制所述图像采集单元和药液喷施单元到达预先设定的位置，控制图像采集单元进行图像采集，接收图像采集单元发来的图像，发送包括需要喷施的药液剂量的药液喷施控制信号给药液喷施单元；药液喷施单元，用于根据控制单元发来的药液喷施控制信号对所述区域对靶喷施药液。通过本发明提供了系统和方法，针对苗床上不同区域的种苗进行定量对靶喷施药液，能够节约药液。
【专利说明】一种苗床监视管理系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及育苗【技术领域】，特别涉及一种苗床监视管理系统和方法。
【背景技术】
[0002]随着工厂化育苗技术发展，种苗生产规模逐步扩大。实际生产过程中，通常以穴盘为种苗承载单元，平铺于苗床架上进行统一管理。种苗管理中涉及药液喷施作业的内容主要包括灌溉、施肥以及施药。
[0003]在现有技术中，针对苗床上的种苗所需药液喷施作业，一般采用吊装式药液喷施的方法，从苗床上方对种苗进行统一喷洒。当需要进行药液喷洒时，使用统一剂量和浓度的药液，对整个苗床的种苗进行喷洒药液。
[0004]由于种苗穴盘分布于温室的各个区域，受不同空间温度、湿度以及光照因素差异影响，种苗的生长状况不同。针对种苗不同的生长状况，需要对种苗施用不同浓度和剂量的药液。在现有技术中，对整个苗床的种苗施用统一剂量和浓度的药液，但是，由于不同区域的种苗的生长状况不同，需要的药液的剂量和浓度也不同，施用统一的剂量和浓度会造成药液的浪费。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种苗床监视管理系统和方法，针对苗床上不同区域的种苗进行定量对靶喷施药液，能够节约药液。
[0006]一方面，本发明提供了一种苗床监视管理系统，所述系统包括:
[0007]图像采集单元、药`液喷施单元、控制单元和轨道；
[0008]所述轨道，悬挂于苗床上方，图像采集单元和药液喷施单元沿着其移动；
[0009]所述图像采集单元，用于在预先设定的位置上对该位置对应的区域上的种苗进行图像采集，将采集到的图像发送给控制单元；
[0010]所述控制单元，用于控制所述图像采集单元和药液喷施单元到达预先设定的位置，控制图像采集单元进行图像采集，接收图像采集单元发来的图像，发送包括需要喷施的药液剂量的药液喷施控制信号给药液喷施单元；
[0011]所述药液喷施单元，用于根据控制单元发来的药液喷施控制信号对所述区域对靶喷施药液。
[0012]进一步地，所述系统还包括:第一行走单元，用于搭载图像采集单元和药液喷施单元沿着轨道移动；
[0013]所述第一行走单元包括:轨道轮、支撑架、第一电机和皮带轮；
[0014]第一电机与控制单元相连，接收控制单元发来的控制第一电机运转的第一移动控制信号；
[0015]皮带轮通过轮轴与轨道轮相连并通过皮带与第一电机相连，第一电机与支撑架相连，图像采集单元和药液喷施单元与支撑架相连。[0016]进一步地，所述系统还包括:第二行走单元，用于搭载图像采集单元和药液喷施单元在苗床上方在与第一行走单元的移动方向不同的方向上移动；
[0017]所述第二行走单元包括:链轮、第二电机和异型链条；
[0018]第二电机与控制单元相连，接收控制单元发来的控制第二电机运转的第二移动控制信号；
[0019]第二电机与链轮连接，链轮在异型链条上滚动；
[0020]第二行走单元与第一行走单元连接；
[0021]所述图像采集单元和所述药液喷施单元与所述第二电机连接，通过第二电机同时带动图像采集单元和药液喷施单元沿着异型链条移动。
[0022]进一步地,所述图像采集单元包括:摄像机；
[0023]所述药液喷施单元包括:喷杆、药液管、电磁阀和喷嘴；
[0024]电磁阀与控制单元连接，用于根据接收到的控制单元发送的药液喷施控制信号来控制喷嘴的药液喷施剂量；
[0025]电磁阀安装在喷杆上，喷杆一端与喷嘴连接，另一端与药液管连接，药液管与远端药液泵连接。
[0026]进一步地，所述系统还包括第一编码器和第二编码器；
[0027]所述第一编码器安装在第一电机上，用于获取第一电机的转速和位移信号，并将所述第一电机的转速和位移信`号发送给控制单元；
[0028]所述第二编码器安装在第二电机上，用于获取第二电机的转速和位移信号，并将所述第二电机的转速和位移信号发送给控制单元；
[0029]所述控制单元还用于根据所述第一编码器发来的第一电机的转速和位移信号来控制第一电机的运转，并根据第二编码器发来的第二电机的转速和位移信号来控制第二电机的运转。
[0030]进一步地，所述药液喷施控制信号为脉冲宽度调制PWM信号。
[0031]进一步地，所述摄像机为可见光摄像机、高光谱摄像机、红外摄像机中任意一种。
[0032]另一方面，本发明提供了一种苗床监视管理方法，所述方法包括:
[0033]控制图像采集设备和药液喷施设备沿着苗床上方的轨道到达预先设定的位置并向图像采集设备发送图像采集控制信号；
[0034]图像采集设备根据图像采集控制信号在预先设定的位置上对该位置对应的区域上的种苗进行图像采集；
[0035]接收图像采集单元发来的图像，发送包括需要喷施的药液剂量的药液喷施控制信号;
[0036]药液喷施设备根据药液喷施控制信号对所述区域对靶喷施药液。
[0037]进一步地，在所述控制图像采集设备和药液喷施设备到达预先设定的位置之前，进一步包括:
[0038]获取电机的转速和位移信号。
[0039]进一步地，所述药液喷施控制信号为脉冲宽度调制PWM信号。
[0040]通过本发明提供的一种苗床监视管理系统和方法，对预先设定的位置对应的区域进行图像采集，根据需要喷洒药液的剂量对该区域进行对靶喷施药液，能够节约药液。【专利附图】
【附图说明】
[0041]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0042]图1是本发明一实施例提供的一种苗床监视管理系统的结构示意图；
[0043]图2是本发明一实施例提供的一种苗床监视管理系统中的一种第一行走单元的结构示意图；
[0044]图中，2-1、轨道轮；2_2、支撑架；2_3、第一电机；2_4、立杆；2_5、皮带轮；2_6、轨道；2_7、轮轴；
[0045]图3是本发明一实施例提供的一种苗床监视管理系统中的一种第二行走单元的结构示意图；
[0046]图中，3-1、立杆；3-2、拖链；3-3、链轮；3_4、第二电机；3_5、电机轴；3_6、电机固定板；3_7、滑块；3-8、角钢；3-9、支撑型材；3-10、摄像机；3_11、摄像机固定板；3_12、异型链条；3-13、导轨；
[0047]图4是本发明一实施例提供的一种苗床监视管理系统中的一种药液喷施单兀的结构示意图；
[0048]图中，4-1、拖链活动端；4_2、链轮；4_3、第二电机；4_4、支撑型材；4_5、异型链条；4-6、电机固定板；4-7、喷杆固定卡；4-8、滑块；4-9、摄像机固定板；4_10、摄像机；4_11、喷杆；4-12、喷嘴；4-13、药液管；4-14、导轨；
`[0049]图5是本发明一实施例提供的一种苗床监视管理方法流程图。
【具体实施方式】
[0050]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
[0051]随着工厂化育苗技术发展，种苗生产规模逐步扩大。实际生产过程中，通常以穴盘为种苗承载单元，平铺于苗床架上进行统一管理。为了对苗床进行管理，本发明实施例提供了一种苗床监视管理系统，参见图1，该系统包括:
[0052]图像采集单元101、控制单元102和药液喷施单元103和轨道104。
[0053]图像采集单元101，用于在预先设定的位置上对该位置对应的区域上的种苗进行图像采集，将采集到的图像发送给控制单元102。
[0054]控制单元102，用于控制所述图像采集单元101和药液喷施单元103到达预先设定的位置，控制图像采集单元101进行图像采集，接收图像采集单元101发来的图像，发送包括需要喷施的药液剂量的药液喷施控制信号给药液喷施单元103。
[0055]药液喷施单元103，用于根据控制单元102发来的药液喷施控制信号对该区域对靶喷施药液。[0056]轨道104，悬挂于苗床上方，图像采集单元101和药液喷施单元103沿着其移动。
[0057]其中，控制单元102发送的药液喷施控制信号可以通过人工对图像采集单元发来的图像进行判断，通过图像中的种苗的生长状况根据经验得出需要喷施的药液的剂量，人工输入需要喷施的药液的剂量给控制单元，控制单元102将该输入的信息转换成药液喷施控制信号；还可以通过相应的识别算法，自动对图像采集单元发来的图像进行识别，根据识别出的种苗的生长状况给控制单元发送需要喷施的药液的剂量的信息，控制单元102将该信息转换成药液喷施控制信号，例如通过图像识别出种苗叶片像素占图像区域的比例而确定需要喷施的药液剂量。
[0058]为了使图像采集单元101和药液喷施单元103可以移动到苗床的各个位置，该系统还包括:第一行走单元105，用于搭载图像采集单元101和药液喷施单元103沿着轨道移动。
[0059]第一行走单元105包括:轨道轮、支撑架、第一电机和皮带轮。
[0060]第一电机与控制单元102相连，接收控制单元发来的控制第一电机运转的第一移动控制信号；
[0061]皮带轮通过轮轴与轨道轮相连并通过皮带与第一电机相连，第一电机与支撑架相连，图像采集单元101和药液喷施单元103与支撑架相连。
[0062]具体地，参见图2，第一行走单元105包括:轨道轮2-1、支撑架2_2、第一电机2_3、立杆2-4、皮带轮2-5和轮轴2-7，图中还包括:轨道2-6。
[0063]轮轴2-7两端安装轨道轮2-1、轨道轮2-1在轨道2_6上，皮带轮2_5在轮轴2_7上，位于该轮轴2-7上的轨道轮2-1之间，皮带轮2-5通过皮带与第一电机2-3相连，图像采集单元和药液喷施单元通过立杆2-4与支撑架2-2相连。
[0064]其中，第一行走单元105可以以 架设于温室顶部的圆形管道为支撑。支撑架3-2可以用来承载控制单元102。
[0065]为了使图像采集单元和药液喷施单元可以到达苗床上的任何区域，该系统还包括:第二行走单元106，用于搭载图像采集单元101和药液喷施单元103在苗床上方在与第一行走单元105的移动方向不同的方向上移动；
[0066]第二行走单元106包括:链轮、第二电机和异型链条；
[0067]第二电机与控制单元相连，接收控制单元102发来的控制第二电机运转的第二移动控制信号；
[0068]第二电机与链轮连接，链轮在异型链条上滚动；
[0069]第二行走单元106与第一行走单元105连接，
[0070]图像采集单元101和药液喷施单元103分别与第二电机连接，通过第二电机同时带动图像采集单元和药液喷施单元沿着异型链条移动。
[0071]具体地，参见图3，第二行走单元106包括:立杆3-1、拖链3-2、链轮3-3、第二电机3-4、电机轴3-5、电机固定板3-6、滑块3-7、角钢3_8、支撑型材3_9、异型链条3_12和导轨3-13 ;图中，还包括:摄像机3_10、摄像机固定板3_11。
[0072]其中，第二电机3-4安装在电机固定板3-6上，电机轴3_5与链轮装配3_3，电机固定板3-6的下侧板与滑块3-7固定，电机固定板3-6的上侧板与拖链3-2活动端固定，拖链3-2安装于支撑型材3-9上侧面，导轨安装于支撑型材3-9下侧面，角钢3-8的垂直边固定于支撑型材3-9左侧面，角钢3-8水平边上表面安装异型链条3-12，，摄像机3-9通过摄像机固定板3-11与滑块3-7固定安装，滑块3-7与导轨3-13连接。
[0073]其中，异型链条3-12折弯链板上有定位孔用于自身安装固定，第二电机3-4可以通过法兰安装在电机固定板3-6上，电机轴3-5通过键连接与链轮装配3-3，链轮轴向有螺母定位。电机固定板为U型板材折弯零件。
[0074]第二电机带动链轮旋转，链轮与异型链条啮合，使得第二电机、电机固定板、滑块沿导轨直线运动。
[0075]另外，第一行走单元105的运动方向与第二行走单元106的运动方向不同，可以搭载图像采集单元101和药液喷施单元103在两个自由度方向的驱动下，能够到达苗床平面上方任何区域，从而实现对苗床的监视和喷施管理。其中，优选第一行走单元105的运动方向与第二行走单元106的运动方向垂直。
[0076]图像采集单元101包括:摄像机；
[0077]其中，摄像机可以采用可见光摄像机、高光谱摄像机或红外摄像机等，根据不同管理需求，选用不同波段的图像采集设备，实现对种苗营养、基质含水量、种苗叶片大小以及种苗病害等各种信息的采集和获取，并通过施加不同药液剂量达到相应管理的效果。
[0078]药液喷施单元103包括:喷杆、药液管、电磁阀和喷嘴；
[0079]电磁阀与控制单元102连接，用于根据接收到的控制单元102发送的药液喷施控制信号来控制喷嘴的药液喷施剂量；
[0080]电磁阀安装在喷杆上，喷杆一端与喷嘴连接，另一端与药液管连接，药液管与远端药液泵连接。`
[0081]具体地，参见图4，药液喷施单元103包括:喷杆固定卡4-7、喷杆4-11、电磁阀以及喷嘴4-12、药液管4-13 ；
[0082]图中，还包括:4_1、拖链活动端；4_2、链轮；4_3、第二电机；4_4、支撑型材；4_5、异型链条；4_6、电机固定板；4-8、滑块；4-9、摄像机固定板；4-10、摄像机；4_14、导轨。
[0083]药液管4-13与远端药液泵连接，电磁阀控制药液管4-13路通断，同时接收控制单元信号控制喷嘴4-12的喷施剂量，喷杆4-11通过喷杆固定卡4-7与滑块4-8固定，其一端连接喷嘴4-12，另一端与药液管4-13连接。
[0084]其中，图像采集单元101中的摄像机与药液喷施单元103中的喷杆都与滑块固定，通过第一电机和第二电机带动同步移动，实现图像采集和喷施药液的紧密衔接。
[0085]为了使控制单元102能够准确获得图像采集单元101和药液喷施单元103到达的位置，避免摄像机对同一区域进行重复图像采集或者漏采相邻视场之间的种苗图像，并控制图像采集单元101和药液喷施单元103到达指定位置，该系统增加了第一编码器107和第二编码器108。
[0086]第一编码器107安装在第一电机上,用于获取第一电机的转速和位移信号，并将第一电机的转速和位移信号发送给控制单元102 ；
[0087]第二编码器108安装在第二电机上，用于获取第二电机的转速和位移信号，并将第二电机的转速和位移信号发送给控制单元102 ；
[0088]控制单兀102还用于根据第一编码器107发来的第一电机的转速和位移信号来控制第一电机的运转，并根据第二编码器108发来的第二电机的转速和位移信号来控制第二电机的运转。
[0089]上述的药液喷施控制信号可以为PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号。控制单元102输出PWM信号给电磁阀，控制电磁阀的开启状态，进而控制药液喷施单元103喷施药液。[0090]其中，在摄像机和喷杆在苗床上方同步移动过程中，根据不同区域种苗图像信息，控制器输出PWM信号控制电磁阀开启状态，不同占空比的PWM信号可以实现对不同剂量药液的喷施控制。
[0091]需要说明的是，控制单元102分别与图像采集单元101、药液喷施单元102、第一行走单元105、第二行走单元106、第一编码器107、第二编码器108通过线缆相连，或通过无线进行数据通信。拖链3-2内部可以容纳上述线缆。
[0092]本发明实施例还提供了一种苗床监视管理方法，参见图5，该方法具体步骤包括:
[0093]步骤501:控制图像采集设备和药液喷施设备沿着苗床上方的轨道到达预先设定的位置并向图像采集设备发送图像采集控制信号；
[0094]步骤502:图像采集设备根据图像采集控制信号在预先设定的位置上对该位置对应的区域上的种苗进行图像采集；
[0095]步骤503:接收图像采集单元发来的图像，发送包括需要喷施的药液剂量的药液喷施控制信号；
[0096]步骤504:药液喷施设备根据药液喷施控制信号对该区域对靶喷施药液。
[0097]其中，在控制图像采集设备和药液喷施设备到达预先设定的位置之前，进一步包括:
[0098]获取电机的转速和位移信号。
[0099]药液喷施控制信号为脉冲宽度调制PWM信号。
[0100]通过对上述实施例的描述，可见本发明实施例具有如下有益效果:
[0101]1、通过本发明提供的一种苗床监视管理系统和方法，对预先设定的位置对应的区域进行图像采集，根据需要喷洒的药液剂量对该区域进行对靶喷施药液，能够节约药液。
[0102]2、通过本发明实施例提供的一种苗床监视管理系统和方法，能够根据一定区域中种苗的生长状况喷洒定量的药液，有利于促进种苗的生长，有利于提高育苗的生产效率。
[0103]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。
[0104]本领域普通技术人员可以理解:实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括:R0M、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。
[0105]最后需要说明的是:以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发`明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种苗床监视管理系统，其特征在于，所述系统包括: 图像采集单元、药液喷施单元、控制单元和轨道； 所述轨道，悬挂于苗床上方，图像采集单元和药液喷施单元沿着其移动； 所述图像采集单元，用于在预先设定的位置上对该位置对应的区域上的种苗进行图像采集，将采集到的图像发送给控制单元； 所述控制单元，用于控制所述图像采集单元和药液喷施单元到达预先设定的位置，控制图像采集单元进行图像采集，接收图像采集单元发来的图像，发送包括需要喷施的药液剂量的药液喷施控制信号给药液喷施单元； 所述药液喷施单元，用于根据控制单元发来的药液喷施控制信号对所述区域对靶喷施药液。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括:第一行走单元，用于搭载图像采集单元和药液喷施单元沿着轨道移动； 所述第一行走单元包括:轨道轮、支撑架、第一电机和皮带轮； 第一电机与控制单元相连，接收控制单元发来的控制第一电机运转的第一移动控制信号; 皮带轮通过轮轴与轨道轮相连并通过皮带与第一电机相连，第一电机与支撑架相连，图像采集单元和药液喷施单元与支撑架相连。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括:第二行走单元，用于搭载图像采集单元和药液 喷施单元在苗床上方在与第一行走单元的移动方向不同的方向上移动； 所述第二行走单元包括:链轮、第二电机和异型链条； 第二电机与控制单元相连，接收控制单元发来的控制第二电机运转的第二移动控制信号; 第二电机与链轮连接，链轮在异型链条上滚动； 第二行走单元与第一行走单元连接； 所述图像采集单元和所述药液喷施单元与所述第二电机连接，通过第二电机同时带动图像采集单元和药液喷施单元沿着异型链条移动。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于， 所述图像采集单元包括:摄像机； 所述药液喷施单元包括:喷杆、药液管、电磁阀和喷嘴； 电磁阀与控制单元连接，用于根据接收到的控制单元发送的药液喷施控制信号来控制喷嘴的药液喷施剂量； 电磁阀安装在喷杆上，喷杆一端与喷嘴连接，另一端与药液管连接，药液管与远端药液泵连接。
5.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括第一编码器和第二编码器； 所述第一编码器安装在第一电机上，用于获取第一电机的转速和位移信号，并将所述第一电机的转速和位移信号发送给控制单元； 所述第二编码器安装在第二电机上，用于获取第二电机的转速和位移信号，并将所述第二电机的转速和位移信号发送给控制单元； 所述控制单元还用于根据所述第一编码器发来的第一电机的转速和位移信号来控制第一电机的运转，并根据第二编码器发来的第二电机的转速和位移信号来控制第二电机的运转。
6.根据权利要求1或3所述的系统，其特征在于，所述药液喷施控制信号为脉冲宽度调制PWM信号。
7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述摄像机为可见光摄像机、高光谱摄像机、红外摄像机中任意一种。
8.一种苗床监视管理方法，其特征在于，所述方法包括: 控制图像采集设备和药液喷施设备沿着苗床上方的轨道到达预先设定的位置并向图像采集设备发送图像采集控制信号； 图像采集设备根据图像采集控制信号在预先设定的位置上对该位置对应的区域上的种苗进行图像采集； 接收图像采集单元发来的图像，发送包括需要喷施的药液剂量的药液喷施控制信号； 药液喷施设备根据药液喷施控制信号对所述区域对靶喷施药液。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于， 在所述控制图像采集设备和药液喷施设备到达预先设定的位置之前，进一步包括: 获取电机的转速和位移信号。`
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述药液喷施控制信号为脉冲宽度调制PWM信号。
【文档编号】A01M7/00GK103493794SQ201310446703
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】王秀, 冯青春, 姜凯, 马伟, 张睿 申请人:北京农业信息技术研究中心