一种移动平台农田信息采集机器人的制作方法

本发明属于农业工程技术领域，具体地说，涉及一种移动平台农田信息采集机器人。

背景技术：

在农业工程方面，不论是对蔬菜的栽培，还是对果树的种植，一个适宜的环境起着至关重要的作用，那么，对大田环境的实时监测显然是非常有必要的。然而，在当下，不少农业环境的实时情况还是需要依赖于人的看管，这样不仅浪费了人们大量的精力，而且效率低下。

技术实现要素：

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种移动平台农田信息采集机器人，不仅在环境信息采集方面表现得很出色，在图像采集以及储存方面同样成功实现了其功能，从平板电脑中存储的数字图像文件中可以看到，完成了对油菜田内近景和远景的拍摄，克服了田间地表不平的影响，并且采集到了油菜的根部实物图像，保障了清晰度。

其技术方案如下：

一种移动平台农田信息采集机器人，包括高清相机1、相机云台2、云台支杆3和履带底盘4，所述高清相机1通过螺栓紧固件固定在相机云台2上，所述相机云台2通过双向卡盘与云台支杆3啮合并固定，能水平方向移动；所述云台支杆3通过螺钉紧固件与履带底盘4基部直流电机相连并固定，能在半球范围内旋转；所述履带底盘4由履带，带轮，机架组成，是整个机器人的基部。

进一步，还包括天线、stm32开发板、电池、传感器，所述天线位于履带底盘4的正前方，保证空间开阔，便于接收遥控信号；stm32开发板位于履带底盘4的正中间，四周连接其余外围电路，确保电路不受干扰；电池位于履带底盘4的正前方，便于充电以及更换；传感器位于stm32开发板与履带底盘4之间的保护夹层中，确保传感器不被异物或者环境干扰，从而正常的监测环境数据。

进一步，所述stm32开发板的型号采用的是stm32f103zet6。

进一步，所述直流电机采用的是无刷直流电机。

天线：

机器人通过天线与遥控器进行通信。使用者通过遥控器来控制机器人行驶并完成相应的动作，遥控器的发射的信号被机器人上的天线接收并传递给stm32单片机进行信号的解析以及完成对机器人相应的控制操作。

stm32开发板：

stm32开发板作为机器人所有动作的主控芯片，承担机器人所有功能的实现的任务。遥控器发射的信号被接收后经过stm32解析，从而控制机器人完成规定的动作，实现机器人所有的功能，stm32开发板的型号采用的是stm32f103zet6。

电池：

电池作为机器人的供电系统，承担机器人所有部分的电力供给的任务。电池采用的是24v锂电池。

直流电机：

直流电机是机器人完成规定动作的重要部件。机器人的所有动作都是通过直流电机的旋转来实现，包括云台支杆以及相机云台的运动也是由直流电机的旋转来实现。机器人的直流电机采用的是无刷直流电机。

传感器：

传感器模块作为机器人独立的功能部分，单独位于机器人夹层，在windows平板电脑的下方。

本发明的有益效果：

本发明采用履带式机器人对大田环境图像以及环境信息的采集。机器人达到指定测量地点，搭载的windows平板电脑通过vc++应用程序调用连接的usb接口工业相机，拍摄和保存大田环境或作物的高清图像，也可通过无线模块发送到上位机。此外，机器人挂载的多种传感器将自动采集环境信息温度，湿度，二氧化碳浓度，光照强度等并实时传输和存储到上位机。该型机器人具备较强的路况适应性，代替田间作业的科研或管理人员进行作物环境的信息采集和监控，大大提高了田间作业相关人员的工作效率并且节省了大量的精力。

附图说明

图1为本发明移动平台农田信息采集机器人的结构示意图；

图2为本发明移动平台农田信息采集机器人的软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

参照图1，一种移动平台农田信息采集机器人，包括高清相机1、相机云台2、云台支杆3和履带底盘4，所述高清相机1通过螺栓紧固件固定在相机云台2上，所述相机云台2通过双向卡盘与云台支杆3啮合并固定，能水平方向移动；所述云台支杆3通过螺钉紧固件与履带底盘4基部直流电机相连并固定，能在半球范围内旋转；所述履带底盘4由履带，带轮，机架组成，是整个机器人的基部。

还包括天线、stm32开发板、电池、传感器，所述天线位于履带底盘4的正前方，保证空间开阔，便于接收遥控信号；stm32开发板位于履带底盘4的正中间，四周连接其余外围电路，确保电路不受干扰；电池位于履带底盘4的正前方，便于充电以及更换；传感器位于stm32开发板与履带底盘4之间的保护夹层中，确保传感器不被异物或者环境干扰，从而正常的监测环境数据。

所述stm32开发板的型号采用的是stm32f103zet6。

所述直流电机采用的是无刷直流电机。

天线：

采用airbirad数传控件。机器人通过天线与遥控器进行通信。使用者通过遥控器来控制机器人行驶并完成相应的动作，遥控器的发射的信号被机器人上的天线接收并传递给stm32单片机进行信号的解析以及完成对机器人相应的控制操作。

stm32开发板：

stm32开发板作为机器人所有动作的主控芯片，承担机器人所有功能的实现的任务。遥控器发射的信号被接收后经过stm32解析，从而控制机器人完成规定的动作，实现机器人所有的功能，stm32开发板的型号采用的是stm32f103zet6。

电池：

电池作为机器人的供电系统，承担机器人所有部分的电力供给的任务。电池采用的是24v锂电池。

直流电机：

直流电机是机器人完成规定动作的重要部件。机器人的所有动作都是通过直流电机的旋转来实现，包括云台支杆以及相机云台的运动也是由直流电机的旋转来实现。机器人的直流电机采用的是无刷直流电机。

传感器：

传感器模块作为机器人独立的功能部分，单独位于机器人夹层，在windows平板电脑的下方。

1、履带底盘

考虑到机器人大田工作的实际情况，选用履带底盘作为机器人的行走机构，在测试过程中，履带底盘能够很好地完成坑、洼以及其他不良地形的行走。

2、云台支杆

根据机器人履带底座、相机云台等机构尺寸，为了实现机器人在运动的过程中相机可以在360度内无死角采集图像数据，设计并加工出了相适应的云台支杆。云台支杆的运动由直流电机控制，根据接收器解调出来的控制信号来控制云台支杆运动。

3、相机云台

相机云台可以实现相机在三个自由度方向上的运动，由三个无刷电机构成，在控制芯片的调节作用下，可以确保机器人在复杂且恶劣的地表环境下，相机的拍摄角度始终保持平稳，从而保证了采集图像的稳定性以及实用性。

4、高清工业相机

大田高清图像与环境信息采集机器人采用高清摄像头捕获图像，确保机器人采集到的数据的应用与分析价值，摄像头主要与windows平板配合工作，通过平板发送指令来采集图像并且将图像储存至平板内部储存器中。

5、遥控器

机器人运动及相机云台遥控装置由stm32主控芯片、工业级飞航模块arkbird以相应的控制旋钮组成，采用ppm调制解调方式，信号传输可达15km～30km，用户通过对控制旋钮的操作来实现履带机器人的运动、云台支杆以及相机云台的运动，从而实现用户对机器人的远程操控。

6、windows平板电脑

大田高清图像与环境信息采集机器人搭载windows平板，工作人员或调试人员可以通过平板对机器人进行指令的设定来使得机器人完成相应的任务，相机获取的图片也可以保存至平板当中。

7、传感器部分

7.1采集环境温度信息：环境信息采集装置通过dht11温湿度传感器来采集环境的温度数据，通过dht11与stm32的通信来实现测得的温度数据被stm32读取，采集到的温度数据精确度达到0.1。

7.2采集环境湿度信息：环境信息采集装置通过dht11来采集环境湿度信息，通过dht11与stm32的通信来实现将采集到的湿度信息传递给单片机，采集到的湿度数据精确度达到0.1.。

7.3采集环境光照强度信息：利用光照强度传感器bh1750fvi来检测环境的光照强度，通过光照强度传感器与stm32的通信来使得stm32获取光强数据，数据的精确度达到0.1。测得数据的实验现象详见视频演示。

7.4信息通过无线wi-fi发送至上位机：当装置在某一时刻采集到上述的三种数据后，通过wi-fi模块将数据打包并发送至在电脑上运行的“网络调试助手”，操作电脑的人员可以很清楚的了解到即时温湿度以及光照强度数据。

7.5采集到的信息保存到flash芯片：装置在采集到十个数据后，会计算出该十个数据中的“最大值”“最小值”“平均值”，并且储存到flash芯片中保存起来，当flash芯片的容量被占满后，装置会自动覆盖最早所保存的数据。

7.612864液晶显示屏实时显示当前数据：当传感器测得数据并且被stm32读取后，同时读取的数据会在装置的液晶显示屏上实时显示出来。

通过在实际环境中的实验，可以看到，“移动平台农田信息采集机器人”采集到的温湿度、光照强度的数据在与专业测量计的对比下是非常正确的，以下是部分采集到的数据，

温度：26.5℃湿度：38％光照强度：55lx

温度：26.3℃湿度：39％光照强度：55lx

温度：26.2℃湿度：39％光照强度：57lx

温度：26.3℃湿度：37％光照强度：56lx

温度：26.2℃湿度：38％光照强度：55lx

温度：26.4℃湿度：38％光照强度：56lx

温度：26.3℃湿度：39％光照强度：54lx

温度：26.3℃湿度：38％光照强度：55lx

温度：26.4℃湿度：37％光照强度：55lx

温度：26.2℃湿度：38％光照强度：56lx

温度：26.1℃湿度：38％光照强度：55lx

每10s钟采集一次。

如图2所示，遥控器采用的芯片通过6路adc(模拟量/数字量转换)采样来获取用户发出的命令，包括前进、后退、左转、右转、云台支杆的旋转以及上下移动等动作。用户的命令通过airbird无线数传控件传输至移动平台农田信息采集机器人，被机器人主控芯片stm32解码。通过stm32发出的命令来控制电机的运动，实现机器人的运动，以上是机器人运动的实现部分。传感器在机器人运动当中不断采集环境温湿度以及光照强度信息，并且将一次采集到的数据打包成数据包通过无线数传模块传输回上位机，上位机打开网络助手相应网关，通过网络助手，用户可以查看。同时，机器人通过高清工业相机每隔1分钟采集环境图片，并储存至平板电脑，以供科研人员后期研究使用。同时，上位机也成功的接收到了数据并且完成了对数据的分析和整理。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。