【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及水稻種植，更具體地說，本專利技術(shù)涉及一種多功能水稻種植無人植保機系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、無人植保機是用于水稻種植保護(hù)作業(yè)的無人駕駛飛機，通過地面遙控或?qū)Ш斤w控來實現(xiàn)噴灑作業(yè)，可以噴灑藥劑、種子、粉劑等，隨著無人機技術(shù)高速發(fā)展，無人植保機不僅用于噴灑施藥，還能進(jìn)行撒肥、撒種、撒飼料等多種工作，滿足農(nóng)戶多樣化需求，提高生產(chǎn)效率。
2、近年來，水稻無人植保機農(nóng)藥噴灑技術(shù)發(fā)展迅速，與傳統(tǒng)人工施藥方式相比，植保無人機噴灑速度效率高，能有效降低人工成本，提高工作效率，但目前生產(chǎn)的無人植保機基本都需要人工手動控制，而操作無人植保機需要較高門檻，種植農(nóng)民只能請技術(shù)人員進(jìn)行噴灑農(nóng)藥，這樣的不便利性造成無人植保機推廣緩慢，因此無人植保機具有智能化低、操作門檻高、自動化低的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本專利技術(shù)的實施例提供一種多功能水稻種植無人植保機系統(tǒng)，通過gps定位技術(shù)、圖像處理技術(shù)、算法優(yōu)化、傳感器測距技術(shù)，使用自動化系統(tǒng)取代人工遙控?zé)o人植保機進(jìn)行噴灑農(nóng)藥，降低了無人植保機使用的門檻，同時也大大減少了人工成本和農(nóng)藥浪費量，以解決上述
技術(shù)介紹
中提出的問題。
2、為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：一種多功能水稻種植無人植保機系統(tǒng)，包括gps定位技術(shù)、圖像處理技術(shù)、算法優(yōu)化模塊、傳感器測距技術(shù)，水稻種植多為成排種植，所述gps定位技術(shù)第一次使用或新增水稻則需手動記錄每排首尾水稻的(新)坐標(biāo)，所述圖像處理技術(shù)主要分為兩個方面：一是判斷
3、在一個優(yōu)選的實施方式中，所述gps定位技術(shù)可轉(zhuǎn)換成x-y坐標(biāo)，將種植水稻排的方向規(guī)定為y軸，在用標(biāo)記點坐標(biāo)確定了農(nóng)田邊界之后，將gps坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成x-y坐標(biāo)，從而得到關(guān)于y軸上的兩條邊界點集，這兩條邊界上的點兩兩一組對應(yīng)，兩點之間即為第n排水稻，所述多功能水稻種植無人植保機系統(tǒng)容許無人植保機有任意的起飛地點，然后自動規(guī)劃最佳路線，并進(jìn)行精確的、無遺漏的農(nóng)藥噴灑，另外，系統(tǒng)還可以根據(jù)邊界點的二次修改，自動修改坐標(biāo)點集，重新規(guī)劃最佳噴灑路線，所述無人植保機需要補充農(nóng)藥或者電量不足時，會記住噴灑農(nóng)藥的進(jìn)度，即某棵水稻的坐標(biāo)點，和此次噴灑任務(wù)的路線規(guī)劃，然后暫停任務(wù)，回到補給點降落，停止工作，待補給完成，人工開啟此任務(wù)，無人植保機便會回到記憶點繼續(xù)任務(wù)。
4、在一個優(yōu)選的實施方式中，所述多功能水稻種植無人植保機系統(tǒng)硬件模塊的處理方式為：藍(lán)牙模塊將設(shè)備里收集的標(biāo)記坐標(biāo)傳輸?shù)綗o人植保機上，配合著gps模塊得到的位置信息，圖像處理模塊得到的水稻信息，測距儀得到的高度信息，微處理器處理得到的信息，再給飛控系統(tǒng)發(fā)出指令，實現(xiàn)無人植保機的自動化智能化尋跡尋址噴灑功能。
5、在一個優(yōu)選的實施方式中，所述藍(lán)牙模塊遵循藍(lán)牙2.0協(xié)議，采用hc06型號藍(lán)牙，支持spp藍(lán)牙串口協(xié)議，支持uart接口，成本低兼容性好，功耗低，可使無人植保機與電腦、藍(lán)牙主機、手機等智能終端配對，寬波特率范圍4800～1382400，兼容5v/3.3v單片機系統(tǒng)，寬電壓供電3.3v～5.5v，連接飛控，需要修改波特率為115200，命令為at+baud8。
6、在一個優(yōu)選的實施方式中，所述圖像處理模塊采用arm微處理器的stm32f103芯片進(jìn)行圖像處理，先將采集到的圖像進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)換，在程序編寫中先通過公式計算像素亮點值，再將得到的結(jié)果賦值給r、g、b三基色，即可將彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像，再將圖像閾值化分割，將圖像二值化，即把圖片中的水稻與空地分別出來，理想的二值化圖像是目標(biāo)物(水稻)為純黑色，背景(空地)為純白色。
7、在一個優(yōu)選的實施方式中，所述測距儀包括夏普的gp2y0a02yk0f距離測量傳感器模塊，由psd(position?sensitive?detector)和ired(infraredemitting?diode)以及信號處理電路三部分組成，所述測距儀由于采用了三角測量方法，因此被測物體的材質(zhì)、環(huán)境溫度以及測量時間都不會影響傳感器的測量精度，傳感器輸出電壓值對應(yīng)探測的距離，通過測量電壓值就可以得出水稻的距離。
8、在一個優(yōu)選的實施方式中，所述測距儀中的測距傳感器包括數(shù)字信號處理器，tms320x24x系列數(shù)字信號處理器是一種面向數(shù)字馬達(dá)控制、嵌入式控制系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)開發(fā)的新型可編程dsp芯片，lf2407是x240x系列dsp控制器性能最強、片上設(shè)施最完備的一個型號，其主要特點為：
9、1)采用高性能靜態(tài)cmos技術(shù)，使得供電電壓降為3.3v，減小了控制器的功耗，30mips的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到33ns(30mhz)；
10、2)兩個事件管理器模塊eva和evb，每個包括：兩個16位通用定時器、8個16位的脈寬調(diào)制(pwm)通道；
11、3)10位a/d轉(zhuǎn)換器最小轉(zhuǎn)換時間為500ns，可選擇由兩個事件管理器來觸發(fā)兩個8通道輸入a/d轉(zhuǎn)換器或一個16位通道輸入的a/d轉(zhuǎn)換器。
12、在一個優(yōu)選的實施方式中，所述微處理器使用的是性能高、成本低、功耗低的32位的arm?cortex-m3內(nèi)核，擁有可達(dá)128kb的嵌入式閃存、20kb的sram和十分豐富的外設(shè)：兩個1μs的12位adc，1個全速usb(otg)接口，1個can接口，3個4m/s的uart，2個18m/s的spi，2個i2c等，內(nèi)部還集成了復(fù)位電路、低電壓檢測、調(diào)壓器、精確的rc振蕩器等，在72mhz時消耗36ma(所有外設(shè)處于工作狀態(tài))，相當(dāng)于0.5ma/mhz，待機時下降到2μa，同時stm32f103系列單片機豐富的i/o接口可以與傳感器模塊進(jìn)行高效通信。
13、在一個優(yōu)選的實施方式中，所述飛控系統(tǒng)采用大疆n3?ag型號，n3多旋翼飛控系統(tǒng)采用dji最新的控制導(dǎo)航算法，新增的內(nèi)置雙imu冗余設(shè)計，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時互為備份，結(jié)合全新內(nèi)減震結(jié)構(gòu)設(shè)計，賦予飛行器高可靠性；“黑匣子”數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)為飛行性能分析提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支持，同時，對于包括lightbridge?2和dji?assistant?2等在內(nèi)的一系列dji配件、高性能軟件、sdk和a3?upgrade?kit高性能導(dǎo)航模塊的支持，幫助飛行器實現(xiàn)豐富的應(yīng)用擴展。
14、在一個優(yōu)選的實施方式中，包括下列具體步驟：
15、步驟s10、首先，所述gps定位模塊實現(xiàn)自我定位，無人植保機起飛，確定離無人植保機最近的一個邊角點，作為此次任務(wù)的起點，并自動飛行至該點；
16、步驟s20、其次，所述圖像處理模塊通過連續(xù)拍攝圖本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種多功能水稻種植無人植保機系統(tǒng)，其特征在于：包括GPS定位技術(shù)、圖像處理技術(shù)、算法優(yōu)化模塊、傳感器測距技術(shù)，水稻種植多為成排種植，所述GPS定位技術(shù)第一次使用或新增水稻則需手動記錄每排首尾水稻的(新)坐標(biāo)，所述圖像處理技術(shù)主要分為兩個方面：一是判斷水稻位置，來調(diào)整懸停位置；二是判斷水稻大小，以確定噴灑農(nóng)藥的多少，規(guī)定無人機飛行的大致路線基本與排的方向一致，無人機自載的攝像頭將俯拍的圖像不斷傳回微處理器進(jìn)行處理，根據(jù)圖像信息調(diào)整無人機位置，使其懸停在水稻上，再根據(jù)圖像信息確定水稻的生長大小，將信息傳到下一步驟，根據(jù)圖像處理傳來的水稻大小信息，所述傳感器測距技術(shù)自動調(diào)整噴灑高度及噴灑農(nóng)藥大小進(jìn)行噴灑，讓農(nóng)藥噴灑能更深入而不僅僅浮于表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能水稻種植無人植保機系統(tǒng)，其特征在于：所述GPS定位技術(shù)可轉(zhuǎn)換成X-Y坐標(biāo)，將種植水稻排的方向規(guī)定為y軸，在用標(biāo)記點坐標(biāo)確定了農(nóng)田邊界之后，將GPS坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成X-Y坐標(biāo)，從而得到關(guān)于y軸上的兩條邊界點集，這兩條邊界上的點兩兩一組對應(yīng)，兩點之間即為第n排水稻，所述多功能水稻種植無人植保機系統(tǒng)容許無人植保
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能水稻種植無人植保機系統(tǒng)，其特征在于：所述多功能水稻種植無人植保機系統(tǒng)硬件模塊的處理方式為：藍(lán)牙模塊將設(shè)備里收集的標(biāo)記坐標(biāo)傳輸?shù)綗o人植保機上，配合著GPS模塊得到的位置信息，圖像處理模塊得到的水稻信息，測距儀得到的高度信息，微處理器處理得到的信息，再給飛控系統(tǒng)發(fā)出指令，實現(xiàn)無人植保機的自動化智能化尋跡尋址噴灑功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多功能水稻種植無人植保機系統(tǒng)，其特征在于：所述藍(lán)牙模塊遵循藍(lán)牙2.0協(xié)議，采用HC06型號藍(lán)牙，支持SPP藍(lán)牙串口協(xié)議，支持UART接口，成本低兼容性好，功耗低，可使無人植保機與電腦、藍(lán)牙主機、手機等智能終端配對，寬波特率范圍4800～1382400，兼容5V/3.3V單片機系統(tǒng)，寬電壓供電3.3V～5.5V，連接飛控，需要修改波特率為115200，命令為AT+BAUD8。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多功能水稻種植無人植保機系統(tǒng)，其特征在于：所述圖像處理模塊采用ARM微處理器的STM32F103芯片進(jìn)行圖像處理，先將采集到的圖像進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)換，在程序編寫中先通過公式計算像素亮點值，再將得到的結(jié)果賦值給R、G、B三基色，即可將彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像，再將圖像閾值化分割，將圖像二值化，即把圖片中的水稻與空地分別出來，理想的二值化圖像是目標(biāo)物(水稻)為純黑色，背景(空地)為純白色。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多功能水稻種植無人植保機系統(tǒng)，其特征在于：所述測距儀包括夏普的GP2Y0A02YK0F距離測量傳感器模塊，由PSD(position?sensitive?detector)和IRED(infraredemitting?diode)以及信號處理電路三部分組成，所述測距儀由于采用了三角測量方法，因此被測物體的材質(zhì)、環(huán)境溫度以及測量時間都不會影響傳感器的測量精度，傳感器輸出電壓值對應(yīng)探測的距離，通過測量電壓值就可以得出水稻的距離。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種多功能水稻種植無人植保機系統(tǒng)，其特征在于：所述測距儀中的測距傳感器包括數(shù)字信號處理器，TMS320x24x系列數(shù)字信號處理器是一種面向數(shù)字馬達(dá)控制、嵌入式控制系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)開發(fā)的新型可編程DSP芯片，LF2407是x240x系列DSP控制器性能最強、片上設(shè)施最完備的一個型號，其主要特點為：
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多功能水稻種植無人植保機系統(tǒng)，其特征在于：所述微處理器使用的是性能高、成本低、功耗低的32位的ARM?Cortex-M3內(nèi)核，擁有可達(dá)128kB的嵌入式閃存、20kB的SRAM和十分豐富的外設(shè)：兩個1μs的12位ADC，1個全速USB(OTG)接口，1個CAN接口，3個4M/S的UART，2個18M/S的SPI，2個I?2C等，內(nèi)部還集成了復(fù)位電路、低電壓檢測、調(diào)壓器、精確的RC振蕩器等，在72MHz時消耗36mA(所有外設(shè)處于工作狀態(tài))，相當(dāng)于0.5mA/MHz，待機時下降到2μA，同時STM32F103系列單片機豐富的I/O接口可以與傳感器模塊進(jìn)行高效通信。
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【技術(shù)特征摘要】
1.一種多功能水稻種植無人植保機系統(tǒng)，其特征在于：包括gps定位技術(shù)、圖像處理技術(shù)、算法優(yōu)化模塊、傳感器測距技術(shù)，水稻種植多為成排種植，所述gps定位技術(shù)第一次使用或新增水稻則需手動記錄每排首尾水稻的(新)坐標(biāo)，所述圖像處理技術(shù)主要分為兩個方面：一是判斷水稻位置，來調(diào)整懸停位置；二是判斷水稻大小，以確定噴灑農(nóng)藥的多少，規(guī)定無人機飛行的大致路線基本與排的方向一致，無人機自載的攝像頭將俯拍的圖像不斷傳回微處理器進(jìn)行處理，根據(jù)圖像信息調(diào)整無人機位置，使其懸停在水稻上，再根據(jù)圖像信息確定水稻的生長大小，將信息傳到下一步驟，根據(jù)圖像處理傳來的水稻大小信息，所述傳感器測距技術(shù)自動調(diào)整噴灑高度及噴灑農(nóng)藥大小進(jìn)行噴灑，讓農(nóng)藥噴灑能更深入而不僅僅浮于表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能水稻種植無人植保機系統(tǒng)，其特征在于：所述gps定位技術(shù)可轉(zhuǎn)換成x-y坐標(biāo)，將種植水稻排的方向規(guī)定為y軸，在用標(biāo)記點坐標(biāo)確定了農(nóng)田邊界之后，將gps坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成x-y坐標(biāo)，從而得到關(guān)于y軸上的兩條邊界點集，這兩條邊界上的點兩兩一組對應(yīng)，兩點之間即為第n排水稻，所述多功能水稻種植無人植保機系統(tǒng)容許無人植保機有任意的起飛地點，然后自動規(guī)劃最佳路線，并進(jìn)行精確的、無遺漏的農(nóng)藥噴灑，另外，系統(tǒng)還可以根據(jù)邊界點的二次修改，自動修改坐標(biāo)點集，重新規(guī)劃最佳噴灑路線，所述無人植保機需要補充農(nóng)藥或者電量不足時，會記住噴灑農(nóng)藥的進(jìn)度，即某棵水稻的坐標(biāo)點，和此次噴灑任務(wù)的路線規(guī)劃，然后暫停任務(wù)，回到補給點降落，停止工作，待補給完成，人工開啟此任務(wù)，無人植保機便會回到記憶點繼續(xù)任務(wù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能水稻種植無人植保機系統(tǒng)，其特征在于：所述多功能水稻種植無人植保機系統(tǒng)硬件模塊的處理方式為：藍(lán)牙模塊將設(shè)備里收集的標(biāo)記坐標(biāo)傳輸?shù)綗o人植保機上，配合著gps模塊得到的位置信息，圖像處理模塊得到的水稻信息，測距儀得到的高度信息，微處理器處理得到的信息，再給飛控系統(tǒng)發(fā)出指令，實現(xiàn)無人植保機的自動化智能化尋跡尋址噴灑功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多功能水稻種植無人植保機系統(tǒng)，其特征在于：所述藍(lán)牙模塊遵循藍(lán)牙2.0協(xié)議，采用hc06型號藍(lán)牙，支持spp藍(lán)牙串口協(xié)議，支持uart接口，成本低兼容性好，功耗低，可使無人植保機與電腦、藍(lán)牙主機、手機等智能終端配對，寬波特率范圍4800～1382400，兼容5v/3.3v單片機系統(tǒng)，寬電壓供電3.3v～5.5v，連接飛控，需要修改波特率為115200，命令為at+baud8。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多功能水稻種植無人植保機系統(tǒng)，其特征在于：所述圖像處理模塊采用arm微處理器的stm32f103芯片進(jìn)行圖像處理，先將采集到的...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：武輝，戴海芳，向鏡，王思予，毛美珊，吳欣宇，黃丹惠，林鵬浩，
申請(專利權(quán))人：宜賓學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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