本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)工程技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種移動(dòng)平臺(tái)農(nóng)田信息采集機(jī)器人。

背景技術(shù)：

在農(nóng)業(yè)工程方面，不論是對(duì)蔬菜的栽培，還是對(duì)果樹的種植，一個(gè)適宜的環(huán)境起著至關(guān)重要的作用，那么，對(duì)大田環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯然是非常有必要的。然而，在當(dāng)下，不少農(nóng)業(yè)環(huán)境的實(shí)時(shí)情況還是需要依賴于人的看管，這樣不僅浪費(fèi)了人們大量的精力，而且效率低下。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種移動(dòng)平臺(tái)農(nóng)田信息采集機(jī)器人，不僅在環(huán)境信息采集方面表現(xiàn)得很出色，在圖像采集以及儲(chǔ)存方面同樣成功實(shí)現(xiàn)了其功能，從平板電腦中存儲(chǔ)的數(shù)字圖像文件中可以看到，完成了對(duì)油菜田內(nèi)近景和遠(yuǎn)景的拍攝，克服了田間地表不平的影響，并且采集到了油菜的根部實(shí)物圖像，保障了清晰度。

其技術(shù)方案如下：

一種移動(dòng)平臺(tái)農(nóng)田信息采集機(jī)器人，包括高清相機(jī)1、相機(jī)云臺(tái)2、云臺(tái)支桿3和履帶底盤4，所述高清相機(jī)1通過螺栓緊固件固定在相機(jī)云臺(tái)2上，所述相機(jī)云臺(tái)2通過雙向卡盤與云臺(tái)支桿3嚙合并固定，能水平方向移動(dòng)；所述云臺(tái)支桿3通過螺釘緊固件與履帶底盤4基部直流電機(jī)相連并固定，能在半球范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)；所述履帶底盤4由履帶，帶輪，機(jī)架組成，是整個(gè)機(jī)器人的基部。

進(jìn)一步，還包括天線、stm32開發(fā)板、電池、傳感器，所述天線位于履帶底盤4的正前方，保證空間開闊，便于接收遙控信號(hào)；stm32開發(fā)板位于履帶底盤4的正中間，四周連接其余外圍電路，確保電路不受干擾；電池位于履帶底盤4的正前方，便于充電以及更換；傳感器位于stm32開發(fā)板與履帶底盤4之間的保護(hù)夾層中，確保傳感器不被異物或者環(huán)境干擾，從而正常的監(jiān)測(cè)環(huán)境數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步，所述stm32開發(fā)板的型號(hào)采用的是stm32f103zet6。

進(jìn)一步，所述直流電機(jī)采用的是無(wú)刷直流電機(jī)。

天線：

機(jī)器人通過天線與遙控器進(jìn)行通信。使用者通過遙控器來(lái)控制機(jī)器人行駛并完成相應(yīng)的動(dòng)作，遙控器的發(fā)射的信號(hào)被機(jī)器人上的天線接收并傳遞給stm32單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)的解析以及完成對(duì)機(jī)器人相應(yīng)的控制操作。

stm32開發(fā)板：

stm32開發(fā)板作為機(jī)器人所有動(dòng)作的主控芯片，承擔(dān)機(jī)器人所有功能的實(shí)現(xiàn)的任務(wù)。遙控器發(fā)射的信號(hào)被接收后經(jīng)過stm32解析，從而控制機(jī)器人完成規(guī)定的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人所有的功能，stm32開發(fā)板的型號(hào)采用的是stm32f103zet6。

電池：

電池作為機(jī)器人的供電系統(tǒng)，承擔(dān)機(jī)器人所有部分的電力供給的任務(wù)。電池采用的是24v鋰電池。

直流電機(jī)：

直流電機(jī)是機(jī)器人完成規(guī)定動(dòng)作的重要部件。機(jī)器人的所有動(dòng)作都是通過直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括云臺(tái)支桿以及相機(jī)云臺(tái)的運(yùn)動(dòng)也是由直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。機(jī)器人的直流電機(jī)采用的是無(wú)刷直流電機(jī)。

傳感器：

傳感器模塊作為機(jī)器人獨(dú)立的功能部分，單獨(dú)位于機(jī)器人夾層，在windows平板電腦的下方。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明采用履帶式機(jī)器人對(duì)大田環(huán)境圖像以及環(huán)境信息的采集。機(jī)器人達(dá)到指定測(cè)量地點(diǎn)，搭載的windows平板電腦通過vc++應(yīng)用程序調(diào)用連接的usb接口工業(yè)相機(jī)，拍攝和保存大田環(huán)境或作物的高清圖像，也可通過無(wú)線模塊發(fā)送到上位機(jī)。此外，機(jī)器人掛載的多種傳感器將自動(dòng)采集環(huán)境信息溫度，濕度，二氧化碳濃度，光照強(qiáng)度等并實(shí)時(shí)傳輸和存儲(chǔ)到上位機(jī)。該型機(jī)器人具備較強(qiáng)的路況適應(yīng)性，代替田間作業(yè)的科研或管理人員進(jìn)行作物環(huán)境的信息采集和監(jiān)控，大大提高了田間作業(yè)相關(guān)人員的工作效率并且節(jié)省了大量的精力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明移動(dòng)平臺(tái)農(nóng)田信息采集機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明移動(dòng)平臺(tái)農(nóng)田信息采集機(jī)器人的軟件流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。

參照?qǐng)D1，一種移動(dòng)平臺(tái)農(nóng)田信息采集機(jī)器人，包括高清相機(jī)1、相機(jī)云臺(tái)2、云臺(tái)支桿3和履帶底盤4，所述高清相機(jī)1通過螺栓緊固件固定在相機(jī)云臺(tái)2上，所述相機(jī)云臺(tái)2通過雙向卡盤與云臺(tái)支桿3嚙合并固定，能水平方向移動(dòng)；所述云臺(tái)支桿3通過螺釘緊固件與履帶底盤4基部直流電機(jī)相連并固定，能在半球范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)；所述履帶底盤4由履帶，帶輪，機(jī)架組成，是整個(gè)機(jī)器人的基部。

還包括天線、stm32開發(fā)板、電池、傳感器，所述天線位于履帶底盤4的正前方，保證空間開闊，便于接收遙控信號(hào)；stm32開發(fā)板位于履帶底盤4的正中間，四周連接其余外圍電路，確保電路不受干擾；電池位于履帶底盤4的正前方，便于充電以及更換；傳感器位于stm32開發(fā)板與履帶底盤4之間的保護(hù)夾層中，確保傳感器不被異物或者環(huán)境干擾，從而正常的監(jiān)測(cè)環(huán)境數(shù)據(jù)。

所述stm32開發(fā)板的型號(hào)采用的是stm32f103zet6。

所述直流電機(jī)采用的是無(wú)刷直流電機(jī)。

天線：

采用airbirad數(shù)傳控件。機(jī)器人通過天線與遙控器進(jìn)行通信。使用者通過遙控器來(lái)控制機(jī)器人行駛并完成相應(yīng)的動(dòng)作，遙控器的發(fā)射的信號(hào)被機(jī)器人上的天線接收并傳遞給stm32單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)的解析以及完成對(duì)機(jī)器人相應(yīng)的控制操作。

stm32開發(fā)板：

stm32開發(fā)板作為機(jī)器人所有動(dòng)作的主控芯片，承擔(dān)機(jī)器人所有功能的實(shí)現(xiàn)的任務(wù)。遙控器發(fā)射的信號(hào)被接收后經(jīng)過stm32解析，從而控制機(jī)器人完成規(guī)定的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人所有的功能，stm32開發(fā)板的型號(hào)采用的是stm32f103zet6。

電池：

電池作為機(jī)器人的供電系統(tǒng)，承擔(dān)機(jī)器人所有部分的電力供給的任務(wù)。電池采用的是24v鋰電池。

直流電機(jī)：

直流電機(jī)是機(jī)器人完成規(guī)定動(dòng)作的重要部件。機(jī)器人的所有動(dòng)作都是通過直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括云臺(tái)支桿以及相機(jī)云臺(tái)的運(yùn)動(dòng)也是由直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。機(jī)器人的直流電機(jī)采用的是無(wú)刷直流電機(jī)。

傳感器：

傳感器模塊作為機(jī)器人獨(dú)立的功能部分，單獨(dú)位于機(jī)器人夾層，在windows平板電腦的下方。

1、履帶底盤

考慮到機(jī)器人大田工作的實(shí)際情況，選用履帶底盤作為機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)，在測(cè)試過程中，履帶底盤能夠很好地完成坑、洼以及其他不良地形的行走。

2、云臺(tái)支桿

根據(jù)機(jī)器人履帶底座、相機(jī)云臺(tái)等機(jī)構(gòu)尺寸，為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)的過程中相機(jī)可以在360度內(nèi)無(wú)死角采集圖像數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)并加工出了相適應(yīng)的云臺(tái)支桿。云臺(tái)支桿的運(yùn)動(dòng)由直流電機(jī)控制，根據(jù)接收器解調(diào)出來(lái)的控制信號(hào)來(lái)控制云臺(tái)支桿運(yùn)動(dòng)。

3、相機(jī)云臺(tái)

相機(jī)云臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)相機(jī)在三個(gè)自由度方向上的運(yùn)動(dòng)，由三個(gè)無(wú)刷電機(jī)構(gòu)成，在控制芯片的調(diào)節(jié)作用下，可以確保機(jī)器人在復(fù)雜且惡劣的地表環(huán)境下，相機(jī)的拍攝角度始終保持平穩(wěn)，從而保證了采集圖像的穩(wěn)定性以及實(shí)用性。

4、高清工業(yè)相機(jī)

大田高清圖像與環(huán)境信息采集機(jī)器人采用高清攝像頭捕獲圖像，確保機(jī)器人采集到的數(shù)據(jù)的應(yīng)用與分析價(jià)值，攝像頭主要與windows平板配合工作，通過平板發(fā)送指令來(lái)采集圖像并且將圖像儲(chǔ)存至平板內(nèi)部?jī)?chǔ)存器中。

5、遙控器

機(jī)器人運(yùn)動(dòng)及相機(jī)云臺(tái)遙控裝置由stm32主控芯片、工業(yè)級(jí)飛航模塊arkbird以相應(yīng)的控制旋鈕組成，采用ppm調(diào)制解調(diào)方式，信號(hào)傳輸可達(dá)15km～30km，用戶通過對(duì)控制旋鈕的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)履帶機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)、云臺(tái)支桿以及相機(jī)云臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)機(jī)器人的遠(yuǎn)程操控。

6、windows平板電腦

大田高清圖像與環(huán)境信息采集機(jī)器人搭載windows平板，工作人員或調(diào)試人員可以通過平板對(duì)機(jī)器人進(jìn)行指令的設(shè)定來(lái)使得機(jī)器人完成相應(yīng)的任務(wù)，相機(jī)獲取的圖片也可以保存至平板當(dāng)中。

7、傳感器部分

7.1采集環(huán)境溫度信息：環(huán)境信息采集裝置通過dht11溫濕度傳感器來(lái)采集環(huán)境的溫度數(shù)據(jù)，通過dht11與stm32的通信來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)被stm32讀取，采集到的溫度數(shù)據(jù)精確度達(dá)到0.1。

7.2采集環(huán)境濕度信息：環(huán)境信息采集裝置通過dht11來(lái)采集環(huán)境濕度信息，通過dht11與stm32的通信來(lái)實(shí)現(xiàn)將采集到的濕度信息傳遞給單片機(jī)，采集到的濕度數(shù)據(jù)精確度達(dá)到0.1.。

7.3采集環(huán)境光照強(qiáng)度信息：利用光照強(qiáng)度傳感器bh1750fvi來(lái)檢測(cè)環(huán)境的光照強(qiáng)度，通過光照強(qiáng)度傳感器與stm32的通信來(lái)使得stm32獲取光強(qiáng)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的精確度達(dá)到0.1。測(cè)得數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象詳見視頻演示。

7.4信息通過無(wú)線wi-fi發(fā)送至上位機(jī)：當(dāng)裝置在某一時(shí)刻采集到上述的三種數(shù)據(jù)后，通過wi-fi模塊將數(shù)據(jù)打包并發(fā)送至在電腦上運(yùn)行的“網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手”，操作電腦的人員可以很清楚的了解到即時(shí)溫濕度以及光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)。

7.5采集到的信息保存到flash芯片：裝置在采集到十個(gè)數(shù)據(jù)后，會(huì)計(jì)算出該十個(gè)數(shù)據(jù)中的“最大值”“最小值”“平均值”，并且儲(chǔ)存到flash芯片中保存起來(lái)，當(dāng)flash芯片的容量被占滿后，裝置會(huì)自動(dòng)覆蓋最早所保存的數(shù)據(jù)。

7.612864液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前數(shù)據(jù)：當(dāng)傳感器測(cè)得數(shù)據(jù)并且被stm32讀取后，同時(shí)讀取的數(shù)據(jù)會(huì)在裝置的液晶顯示屏上實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。

通過在實(shí)際環(huán)境中的實(shí)驗(yàn)，可以看到，“移動(dòng)平臺(tái)農(nóng)田信息采集機(jī)器人”采集到的溫濕度、光照強(qiáng)度的數(shù)據(jù)在與專業(yè)測(cè)量計(jì)的對(duì)比下是非常正確的，以下是部分采集到的數(shù)據(jù)，

溫度：26.5℃濕度：38％光照強(qiáng)度：55lx

溫度：26.3℃濕度：39％光照強(qiáng)度：55lx

溫度：26.2℃濕度：39％光照強(qiáng)度：57lx

溫度：26.3℃濕度：37％光照強(qiáng)度：56lx

溫度：26.2℃濕度：38％光照強(qiáng)度：55lx

溫度：26.4℃濕度：38％光照強(qiáng)度：56lx

溫度：26.3℃濕度：39％光照強(qiáng)度：54lx

溫度：26.3℃濕度：38％光照強(qiáng)度：55lx

溫度：26.4℃濕度：37％光照強(qiáng)度：55lx

溫度：26.2℃濕度：38％光照強(qiáng)度：56lx

溫度：26.1℃濕度：38％光照強(qiáng)度：55lx

每10s鐘采集一次。

如圖2所示，遙控器采用的芯片通過6路adc(模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換)采樣來(lái)獲取用戶發(fā)出的命令，包括前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、云臺(tái)支桿的旋轉(zhuǎn)以及上下移動(dòng)等動(dòng)作。用戶的命令通過airbird無(wú)線數(shù)傳控件傳輸至移動(dòng)平臺(tái)農(nóng)田信息采集機(jī)器人，被機(jī)器人主控芯片stm32解碼。通過stm32發(fā)出的命令來(lái)控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，以上是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)部分。傳感器在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)當(dāng)中不斷采集環(huán)境溫濕度以及光照強(qiáng)度信息，并且將一次采集到的數(shù)據(jù)打包成數(shù)據(jù)包通過無(wú)線數(shù)傳模塊傳輸回上位機(jī)，上位機(jī)打開網(wǎng)絡(luò)助手相應(yīng)網(wǎng)關(guān)，通過網(wǎng)絡(luò)助手，用戶可以查看。同時(shí)，機(jī)器人通過高清工業(yè)相機(jī)每隔1分鐘采集環(huán)境圖片，并儲(chǔ)存至平板電腦，以供科研人員后期研究使用。同時(shí)，上位機(jī)也成功的接收到了數(shù)據(jù)并且完成了對(duì)數(shù)據(jù)的分析和整理。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見地得到的技術(shù)方案的簡(jiǎn)單變化或等效替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。