一種日光溫室環境三維立體監測與成像儀器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及日光溫室環境參數監測模擬【技術領域】，提供了一種日光溫室環境三維立體監測與成像儀器。所述監測與成像儀器包括機械臂模塊和控制模塊，其中機械臂模塊包括橫向機械臂和縱向機械臂。本發明將傳感器組固定在橫向機械臂上，并且在控制模塊的作用下，橫向機械臂可相做升降運動，除此以外，橫向機械臂上可以同時固定多個傳感器組。采用本發明的監測與成像儀器，可以實現日光溫室內多點、多參數靈活監測，并基于監測結果實現對溫室環境的預測預警，從而提高作物產量和指導溫室種植生產。
【專利說明】一種日光溫室環境三維立體監測與成像儀器
【技術領域】
[0001]本發明涉及日光溫室環境參數監測模擬【技術領域】，尤其涉及一種日光溫室環境三維立體監測與成像儀器。
【背景技術】
[0002]日光溫室是我國農業設施的一種重要形式，并且種植規模逐年擴大。在溫室種植的過程中，溫室內的環境優劣將直接影響室內作物的生長，甚至誘發疾病，造成不必要的經濟損失。而目前我國日光溫室內的環境監測裝置相對落后，相關環境監測裝置的監測位置相對固定、監測參數單一，無法實時監測環境參數，更無從獲取準確的環境變化規律。而眾所周知，溫室環境監測和環境規律變化的研宄，對實現溫室環境的預測預警，提高作物產量和指導溫室種植生產具有十分重要的作用。
[0003]有鑒于此，亟待提出一種對溫室進行多點、多參數靈活監測的日光溫室環境三維監測與成像儀器，解決現有環境監測裝置存在的問題。
【發明內容】
[0004](一 )要解決的技術問題
[0005]本發明要解決的技術問題就是如何提供一種能對溫室進行多點、多參數靈活監測的日光溫室環境三維監測與成像儀器。
[0006]( 二 )技術方案
[0007]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種日光溫室環境三維立體監測與成像儀器，包括傳感器組，還包括機械臂模塊，和控制所述機械臂模塊的控制模塊；所述機械臂模塊包括橫向機械臂、縱向機械臂和固定底座；所述縱向機械臂的一端安裝于固定底座上，另一端與所述橫向機械臂連接；所述傳感器組安裝在所述橫向機械臂上；所述控制模塊用于控制橫向機械臂做升降運動。
[0008]優選地，所述縱向機械臂為伸縮桿，且連接第一直線驅動電機；所述控制模塊通過控制所述第一直線驅動電機使得伸縮桿伸縮，帶動所述橫向機械臂做升降運動。
[0009]優選地，所述橫向機械臂通過縱向導軌與所述縱向機械臂連接；所述橫向機械臂連接第二直線驅動電機；所述控制模塊通過控制所述第二直線驅動電機使得所述橫向機械臂沿所述導軌做升降運動。
[0010]優選地，所述縱向機械臂連接第一旋轉驅動電機；所述控制模塊通過控制所述第一旋轉驅動電機使得所述縱向機械臂自轉，帶動橫向機械臂旋轉。
[0011]優選地，所述橫向機械臂與所述縱向機械臂樞接；所述橫向機械臂連接第二旋轉驅動電機；所述控制模塊通過控制所述第二旋轉驅動電機使得所述橫向機械臂繞所述縱向機械臂旋轉。
[0012]優選地，所述機械臂模塊還包括樞接件；所述橫向機械臂通過所述樞接件與所述縱向機械臂樞接；所述樞接件包括第一套筒、第二套筒，以及連桿；所述橫向機械臂穿過所述第一套筒，并與所述第一套筒固定；所述連桿的兩端分別與所述第一套筒和第二套筒固定；所述縱向機械臂穿過所述第二套筒，并且與所述第二套筒之間通過軸承連接。
[0013]優選地，所述控制模塊為運動控制器；
[0014]所述運動控制器包括手動控制裝置和/或自動控制裝置；
[0015]所述手動控制裝置為安裝于所述機械臂模塊的開關；
[0016]所述自動控制裝置包括控制平臺、無線接收器和控制器；
[0017]所述無線接收器接收控制平臺的指令，并將指令傳輸給控制器。
[0018]優選地，所述橫向機械臂上安裝有兩個以上傳感器組。
[0019](三)有益效果
[0020]本發明的技術方案具有以下優點:本發明日光溫室環境三維立體監測與成像儀器的機械臂模塊中，縱向機械臂通過固定底座固定在溫室內，通過移動固定底座，可以將本方案的日光溫室環境三維立體監測與成像儀器移動到任何位置。并且，橫向機械臂可以做升降運動，從而使得橫向機械臂上的傳感器可以到達任何水平高度，進而可以靈活采集溫室內任意點的多個參數。除此以外，橫向機械臂上可以同時固定多個傳感器組，從而可以實現溫室環境內參數的多點同時采集。其中，傳感器組包括溫度、二氧化碳濃度、光照強度、空氣濕度、大氣壓、風向、風速、相對位置信息(溫室平面橫縱坐標)、絕對位置(經、瑋度)、高度等信息等參數獲取的傳感器，以實現溫室環境參數的全面采集。本方案提供的光溫室環境三維立體監測與成像儀器對環境變化規律、環境預測預警及指導種植、疾病防治等技術的研宄具有重要意義。
[0021 ] 本發明的優選方案中，橫向機械臂與縱向機械臂樞接，并且在第二旋轉驅動電機的驅動下，繞著所述橫向機械臂做旋轉運動。通過橫向機械臂的運動，使得安裝在其上的傳感器組能夠更靈活的獲取溫室環境內不同坐標位置的環境參數，進一步實現多點、多參數靈活監測。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1是本發明實施例一的一種日光溫室環境三維立體監測與成像儀器的結構示意圖；
[0024]圖2是本發明實施例一的一種機械臂模塊的結構示意圖；
[0025]圖中:1、橫向機械臂；2、縱向機械臂；3、樞接件；4、傳感器組固定裝置；5、運動控制器；6、有線采集器；7、傳感器組；8、蓄電電池；9、數據傳輸模塊；10、計算機；11、電纜線；12、信號線；13、固定底座。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖和實施例對本發明的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不能用來限制本發明的范圍。
[0027]在本發明的描述中，需要說明的是，術語“縱向”、“橫向”、“豎直”、“水平”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0028]實施例一
[0029]本實施例一提供的一種日光溫室環境三維立體監測與成像儀器，包括傳感器組7，還包括機械臂模塊，和控制所述機械臂模塊的控制模塊；所述機械臂模塊包括橫向機械臂1、縱向機械臂2和固定底座13 ;所述縱向機械臂2的一端安裝于固定底座13上，另一端與所述橫向機械臂I連接；所述傳感器組7安裝在所述橫向機械臂I上；所述控制模塊用于控制橫向機械臂I做升降運動。
[0030]請參見圖1，縱向機械臂2為伸縮臂，并連接第一直線驅動電機。控制模塊通過控制所述第一直線驅動電機使得伸縮桿伸縮，帶動所述橫向機械臂做升降運動，從而實現不同高度的環境參數的監測。
[0031]值得一提的是，要實現橫向機械臂I的升降運動，除了通過縱向機械臂2伸縮帶動以外，還可以將橫向機械臂I通過縱向導軌與所述縱向機械臂2連接，并且將所述橫向機械臂I與第二直線驅動電機連接。控制模塊通過控制所述第二直線驅動電機使得所述橫向機械臂I沿所述導軌做升降運動，進一步實現不同水平高度的環境參數的監測。當然此處需要注意到是，要實現橫向機械臂的升降，并不一定需要第一直線驅動電機和第二直線驅動電機同時運動，只要保證其中之一運動，即可實現上述效果。
[0032]其中，上述縱向機械臂2和橫向機械臂I連接的第一直線驅動電機和第二直線驅動電機可以是同一個電機。
[0033]本實施例一中，通過移動固定底座13可以改變傳感器組7的空間坐標值，從而實現同一水平高度內任意點的參數獲取。但是由于整個監測與成像儀器的重量幾乎都由固定底座13承載，因此移動較為不便。基于此，本實施例進一步提供一種可以帶動傳感器組7做水平方向運動的機械臂模塊。其中，橫向機械臂I與縱向機械臂2之間通過樞接件3樞接。樞接件3的結構如圖2中所示，包括第一套筒、第二套筒，以及連桿。橫向機械臂I穿過所述第一套筒，并與所述第一套筒固定；連桿的兩端分別與所述第一套筒和第二套筒固定；縱向機械臂2穿過所述第二套筒，并且與所述第二套筒之間通過軸承連接。本實施例中，橫向機械臂I連接第二旋轉驅動電機，控制模塊通過控制所述第二旋轉驅動電機使得所述橫向機械臂I繞所述縱向機械臂2旋轉，從而實現不同水平位置的參數監測。
[0034]本實施例一中橫向機械臂I中可以同時固定多個傳感器組7，從而實現多點、多參數同時監測。固定底座13優選為穩定性較好的圓錐形固定底座。傳感器組7通過傳感器組固定裝置4安裝在所述橫向機械臂I上。其中，傳感器組固定裝置4可以采用現有技術中任何適用的固定或夾緊裝置。并且，當多組傳感器組7同時固定在所述橫向機械臂I上時，可以實現多點參數的同時采集。
[0035]本實施例一中，控制模塊優選為運動控制器5，包括手動控制裝置和自動控制裝置。其中，手動控制裝置為安裝于所述機械臂模塊上的開關；本實施例中，將開關安裝于樞接件3中的第二套筒上。通過啟停所述開關，實現對所述機械臂模塊中橫向機械臂I或者縱向機械臂2的運動控制。自動控制裝置包括控制平臺、無線接收器和控制器。所述無線接收器接收控制平臺的指令，并將指令傳輸給控制器。本實施例中，控制模塊至少能實現對橫向機械臂I的順時針旋轉或逆時針旋轉，以及縱向機械臂2的升或縮的控制。
[0036]本實施例進一步說明監測與成像儀器采集環境參數的過程。其中，監測與成像儀器包括有線采集器6、信號線12、電源模塊、數據傳輸模塊9、數據處理模塊和顯示模塊。參數采集過程中，傳感器組7獲取當前點的環境參數。本實施例中，傳感器組7獲取的參數包括溫度、二氧化碳濃度、光照強度、空氣濕度等空氣環境參數，以及監測點的大氣壓、風向、風速、相對位置信息(也即溫室平面內的橫縱坐標)、絕對位置(經、瑋度)信息、高度等信息等15個環境參數。應當理解的是，本實施例一的檢測與成像儀器能實現對任何一般的環境參數的監測。傳感器組7通過信號線12將獲取的參數發送給有監測與成像儀器的有線采集器6。當然也可以采用無線采集器，并通過GPRS網絡或者其他無線網絡方式采集傳感器組7獲取的參數值。采集器獲取相關參數值后，通過數據傳輸模塊9將相關參數值發送給數據處理模塊和顯示模塊。本實施例一提供一種計算機10，包括數據處理模塊和顯示模塊。數據處理模塊通過對日光溫室參數數據的分析處理，實現對溫室環境惡化情況的預測預警，同時顯示模塊展示溫室參數的變化規律。所述數據處理模和所述顯示模塊連接。其中，顯示模塊顯示的為數據處理模塊處理過的數據顯示圖像，或者由數據傳輸模塊9直接發送過來并未經數據處理模塊處理的數據顯示圖像。其中，數據傳輸模塊9優選通過GPRS網絡傳輸數據。本實施例一提供的一種數據分析平臺，將采集模塊采集的溫室環境參數進行單參數和多參數的關系分析，其中單參數和多參數的關系分析實現神經網絡、遺傳算法、粒子群算法等方法的集成。本實施方式提供的一種三維展示平臺具有視頻三維成像接口，可根據監測點的信息，實現不同參數的日光溫室環境特征專題圖像的三維展示。
[0037]本實施例中，優選將數據傳輸模塊9、采集器、控制模塊和電源模塊安裝于樞接件3上。當然該安裝方式僅僅是為了從空間或者力學角度更加合理的布置監測與成像儀器的結構，并不構成對監測與成像儀器原理及功能上的限制。由于樞接件3的承載表面積有限，不排除借助一些輔助結構實現相關模塊的固定。
[0038]本實施例中，電源模塊實現數據采集模塊、數據傳輸模塊9、控制模塊和機械臂模塊的供電功能。在一般情況下，數據處理模塊和顯示模塊具有自身的電源供應模塊，但是也不排除其不具有獨立的電源供應模塊的情形。電源模塊優選采用標準220V供電電壓，其可以為蓄電電池8，包括鋰電池和直流供電兩部分，蓄電電池8通過電纜線11充電。
[0039]本實施例中，結合日光溫室環境參數監測模擬【技術領域】的具體情況，優選將橫向機械臂I設置為長八米，縱向機械臂2設置為長六米。樞接件3由防腐蝕的鋼材做成。
[0040]實施例二
[0041 ] 本實施例二和實施例一的技術方案基本相同，相同部分不再贅述，不同的是，本實施二中，橫向機械臂I與縱向機械臂2固定連接。縱向機械臂2除了連接第一直線驅動電機以外，還與連接第一旋轉驅動電機。本實施例中，控制模塊通過控制所述第一直線驅動電機使得伸縮桿伸縮，帶動所述橫向機械臂I做升降運動。除此以外，控制模塊通過控制所述第一旋轉驅動電機使得所述縱向機械臂2自轉，帶動橫向機械臂I旋轉。本實施例中，通過縱向機械臂2的運動，帶動橫向機械臂I升降并旋轉，并使得橫向機械臂I上的傳感器組7可以實現三維空間坐標中環境的多點、多參數靈活監測。
[0042]實施例三
[0043]本實施例三和實施例一的技術方案基本相同，相同部分不再贅述，不同的是，本實施中，橫向機械臂I通過縱向導軌與所述縱向機械臂2連接，并且所述橫向機械臂連接第二直線驅動電機；所述控制模塊通過控制所述第二直線驅動電機使得所述橫向機械臂I沿所述導軌做升降運動，從而實現不同高度的參數獲取。除此以外，縱向機械臂2連接第一旋轉驅動電機，控制模塊通過控制所述第一旋轉驅動電機使得所述縱向機械臂2自轉，帶動橫向機械臂I旋轉，從而實現同一水平高度不同位置的參數獲取。
[0044]以上實施方式僅用于說明本發明，而非對本發明的限制。盡管參照實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發明的技術方案進行各種組合、修改或者等同替換，都不脫離本發明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種日光溫室環境三維立體監測與成像儀器，包括傳感器組，其特征在于，還包括機械臂模塊，和控制所述機械臂模塊的控制模塊；所述機械臂模塊包括橫向機械臂、縱向機械臂和固定底座；所述縱向機械臂的一端安裝于固定底座上，另一端與所述橫向機械臂連接；所述傳感器組安裝在所述橫向機械臂上；所述控制模塊用于控制橫向機械臂做升降運動。
2.根據權利要求1所述的監測與成像儀器，其特征在于，所述縱向機械臂為伸縮桿，且連接第一直線驅動電機；所述控制模塊通過控制所述第一直線驅動電機使得伸縮桿伸縮，帶動所述橫向機械臂做升降運動。
3.根據權利要求1或2所述的監測與成像儀器，其特征在于，所述橫向機械臂通過縱向導軌與所述縱向機械臂連接；所述橫向機械臂連接第二直線驅動電機；所述控制模塊通過控制所述第二直線驅動電機使得所述橫向機械臂沿所述導軌做升降運動。
4.根據權利要求1或2所述的監測與成像儀器，其特征在于，所述縱向機械臂連接第一旋轉驅動電機；所述控制模塊通過控制所述第一旋轉驅動電機使得所述縱向機械臂自轉，帶動橫向機械臂旋轉。
5.根據權利要求1或2所述的監測與成像儀器，其特征在于，所述橫向機械臂與所述縱向機械臂樞接；所述橫向機械臂連接第二旋轉驅動電機；所述控制模塊通過控制所述第二旋轉驅動電機使得所述橫向機械臂繞所述縱向機械臂旋轉。
6.根據權利要求5所述的監測與成像儀器，其特征在于，所述機械臂模塊還包括樞接件；所述橫向機械臂通過所述樞接件與所述縱向機械臂樞接；所述樞接件包括第一套筒、第二套筒，以及連桿；所述橫向機械臂穿過所述第一套筒，并與所述第一套筒固定；所述連桿的兩端分別與所述第一套筒和第二套筒固定；所述縱向機械臂穿過所述第二套筒，并且與所述第二套筒之間通過軸承連接。
7.根據權利要求1或2所述的監測與成像儀器，其特征在于，所述控制模塊為運動控制器； 所述運動控制器包括手動控制裝置和/或自動控制裝置； 所述手動控制裝置為安裝于所述機械臂模塊的開關； 所述自動控制裝置包括控制平臺、無線接收器和控制器； 所述無線接收器接收控制平臺的指令，并將指令傳輸給控制器。
8.根據權利要求1或2所述的監測與成像儀器，其特征在于，所述橫向機械臂上安裝有兩個以上傳感器組。
【文檔編號】G05D3/00GK104503468SQ201410677592
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月21日 優先權日:2014年11月21日
【發明者】陳英義, 于輝輝, 李翠麗, 李源, 李道亮, 高亮亮, 郭承坤, 薛佳妮, 魏曉華, 屠星月, 楊昊 申請人:中國農業大學