[发明专利]一种悬轨式温室综合信息自动巡航监测装置

权利要求书

1.一种悬轨式温室综合信息自动巡航监测装置，其特征在于：包括轨道总成、行走机构、滑动平台、多传感器系统、控制柜总成，以及铺设在地面的地标传感器(36)，

轨道总成主要包括分别固定在温室的横跨结构梁上的滑移轨道(1)、齿条(4)；

行走机构包括齿轮架A(7)、齿轮架B(8)、减速电机(9)、齿轮轴(10)、齿轮(11)、轴承(12)、光电编码器(13)，减速电机(9)与齿轮轴(10)的一端通过花键相连；齿轮(11)固定在齿轮轴(10)上、且与齿条(4)啮合，齿轮轴(10)的另一端装在轴承(12)上，轴承(12)通过螺栓与齿轮架A(7)连接；齿轮架A(7)与齿轮架B(8)通过螺栓连接；光电编码器(13)的轴上的顶丝与齿轮轴(10)相连，以实现行走距离和位置的计算和检测；

滑动平台主要由升降机构(19)和电控旋转云台(21)组成，由4组滑轮(14)、终端限位开关(17)、悬架(18)、升降机构(19)、电控旋转云台(21)、升降机构电源(16)、DSP运动控制器(15)组成，所述滑轮(14)固定在悬架(18)上，并装配在滑移轨道(1)的滑槽中，悬架(18)固定在升降机构(19)的顶部，终端限位开关(17)固定在悬架(18)的顶部沿前后行进方向的两个末端位置，升降机构(19)的底部固定在电控旋转云台(21)上，DSP运动控制器(15)用于实现滑动平台前后移动和升降机构(19)的升降的控制；升降机构电源(16)为滑动平台提供电源；

多传感器系统包括光照强度传感器(28)、激光测距传感器(27)、红外测温传感器(25)、温湿度传感器(26)、双目多功能成像系统，传感器支架A(23-1)、传感器支架B(23-2)分别安装在电控旋转云台(21)下端的两侧；双目多功能成像系统包括可见光多功能成像系统(22-1)和近红外多功能成像系统(22-2)，固定在传感器支架A(23-1)上，视场方向向下；可见光多功能成像系统(22-1)前端装有前置可见光滤光片组，可实现作物营养特征图像信息的采集；近红外多功能成像系统(22-2)前端装有前置近红外滤光片组，可实现作物水分胁迫的特征图像信息的采集；同时可见光多功能成像系统(22-1)与近红外多功能成像系统(22-2)作为复用相机，可进行双目视觉匹配，实现立体成像，实现对作物株高和冠幅面积的测量；红外测温传感器(25)、温湿度传感器(26)、激光测距传感器(27)、光照强度传感器(28)固定在传感器支架B(23-2)的两侧，采用俯视位，探测方向垂直向下；

控制柜总成包括工控机(32)、工控机电源(33)，工控机(32)与光电编码器(13)、DSP运动控制器(15)、多传感器系统相连；

在检测过程中：

工控机(32)发指令给DSP运动控制器(15)和多传感器系统，按照设定的检测程序进行运动控制和作物营养、水分、长势和病虫害信息的探测流程，DSP运动控制器(15)根据工控机(32)发来的位置指令，首先发送信号给减速电机(9)，减速电机(9)带动齿轮轴(10)和齿轮(11)一起转动，齿轮(11)和齿条(4)啮合，带动整个滑动平台通过滑轮(14)在滑移轨道(1)上移动顺序到达作物的上方，并根据预设的地标传感器(36)位置和序号，采用逐点探测的方式进行作物多传感信息的探测，具体流程如下：

1)滑动平台目标定位

按照设置的检测间距，在每个检测位的植株最前端，预先敷设地标传感器(36)，当滑动平台按照行程移动并检测到该地标后，沿行进方向的运动停止，工控机(32)给DSP运动控制器(15)发送指令，驱动升降机构(19)，将滑动平台升降机构下降到预设的高度，完成滑动平台的目标定位，开始执行该目标点的多传感信息探测；

2)多传感信息探测

顺序到达检测位后，工控机(32)给DSP运动控制器(15)发送信号，驱动电控旋转云台(21)按照预设参数调整仰俯角度，保证初始检测位的多传感器系统的检测视场和探测角符合成像和探测要求；

顺序到达检测位后，检测系统采用矩阵网格化扫描的方式进行作物营养、水分、长势和病虫害信息的获取；

其中所述矩阵网格化扫描的方式具体如下：

①工控机(32)给DSP运动控制器(15)发送指令，驱动电控旋转云台(21)，以与行进方向垂直的方向为X坐标，以电控旋转云台(21)的几何中心为原点，从0-180°圆弧方向自左至右进行驻点扫描，每个检测位沿行进方向的检测起点，为检测到该地标传感器(36)，滑动平台停止后的初始点；

②完成步骤①中的检测后，步进扫描下一圆弧网格，步进间距根据检测需求和作业效率需求进行设定，步距设定值在10mm至植株冠幅直径的最大值之间，覆盖整个植株冠层；在此区间内沿行进方向进行圆弧网格化扫描，利用激光测距传感器(27)通过点扫描的方式，获取植株区域的高度点阵坐标信息用于分析作物株高和冠幅长势信息；

③在每次扫描至90°角的检测中线即与行进方向的几何中线重合的检测中线时，利用双目多功能成像系统(22)获取植株的可见光-近红外双目俯视图像信息；

④当每个检测位扫描至植株的几何中心时，利用红外测温传感器(25)获取作物的冠层温度信息，利用光照强度传感器(28)获取检测位的环境光照强度信息，利用温湿度传感器(26)获取检测位的环境温湿度信息；

检测完成后，进行温室作物综合信息处理：

利用检测过程获取的温室作物综合信息，通过信息采集模块上传给工控机(32)处理；其中双目多功能成像系统(22)获取的双目视觉图像和营养、水分的特征波段下的作物冠层图像，激光测距传感器所获取的激光扫描距离点阵信息，以及红外冠层温度、环境温湿度和光照强度信息，由信息采集模块作为输入参数，导入工控机(32)的处理程序，并实时显示在触摸屏(30)上；

该植株信息采集完成后，按照设定行程，工控机(32)给DSP运动控制器(15)发送指令，驱动电控旋转云台(21)旋转至初始位置，升降机构(19)收起至初始状态；滑动平台按照预设行程行进至下一个检测位进行检测。