一种利于小麦增产的田间管理系统及管理方法

摘要

一种利于小麦增产的田间管理系统及管理方法，用于实现对小麦田间的智能化管理，及时获取田间信息。它包括：基座，基座等间距设置在麦田内，在基座上表面固定有轨道；移动平台，移动平台位于基座上方，在移动平台上设有驱使移动平台沿轨道移动的行走机构；摄像机，摄像机设置在移动平台的上方，在移动平台与摄像机之间设有伸展单元，在伸展单元的作用下摄像机能够向高处、远处伸展；水分探针，水分探针固定在基座上且伸入麦田土壤内；控制部分，控制部分包括固定在移动平台上的PLC控制器、数据传输模块和风速风量仪，数据传输模块与监控主机通过4G/5G通信连接。本发明可以实现对小麦的增产管理。

说明书

技术领域

本发明涉及小麦增产技术领域，具体地说是一种利于小麦增产的田间管理系统及管理方法。

背景技术

小麦是我国重要的粮食作物，提高小麦产量的方法除了培育高产麦种外，还有合理施肥、适时除草除虫、合理灌溉等。无论是合理施肥、合理灌溉，还是适时除草除虫，都应对小麦田间进行合理的管理，以便于获取小麦长势情况、田间虫害情况、田间旱涝情况等田间信息。根据获取的田间信息，对田间进行合理管理、对应处理，必将促进小麦的增产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利于小麦增产的田间管理系统及管理方法，用于实现对小麦田间的智能化管理，及时获取田间信息。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种利于小麦增产的田间管理系统，其特征是，它包括：

基座，所述基座等间距设置在麦田内，在基座上表面固定有直线轨道；

移动平台，所述移动平台位于基座上方，在移动平台上设有驱使移动平台沿轨道移动的行走机构；

摄像机，所述摄像机设置在移动平台的上方，在移动平台与摄像机之间设有伸展单元，在伸展单元的作用下摄像机能够向高处、远处伸展移动；

水分探针，所述水分探针固定在基座上且伸入麦田土壤内；

控制部分，所述控制部分包括固定在移动平台上的PLC控制器、数据传输模块和风速风量仪，PLC控制器与伸展单元、行走机构、水分探针、数据传输模块和风速风量仪均信号连接，数据传输模块与监控主机通过4G/5G通信连接。

进一步地，所述基座包括用于插入土壤中的固定杆、与固定杆顶部固定连接的托板、设置在托板上方且与托板固定连接的固定面，移动平台设置在固定面上。

进一步地，所述固定杆分为平行设置的两列，且每列的若干固定杆等间距设置。

进一步地，在第一和第二列上每相邻的四根固定杆之间设有一对加固杆，成对设置的两根加固杆呈“X”形交叉设置，且加固杆的两端与对应的固定杆固定连接。

进一步地，在固定面的底部固定有检测杆，检测杆的中下部伸入土壤内，水分探针设置在检测杆上。

进一步地，行走机构包括固定在移动平台底部的电机箱、设置在电机箱内的电机、固定在电机输出端的转轴、固定在转轴两端的滚轮，滚轮位于轨道上并在轨道上滚动。

进一步地，在移动平台顶部设有一对平行设置的限位导轨，在电机箱底部设有限位孔，限位导轨穿入限位孔内。

进一步地，所述伸展单元包括设置在移动平台顶部的升降机构、设置在升降机构顶部的安装平台、转动设置在安装平台顶部的大臂、驱动大臂转动的摆动机构、与大臂连接的安装杆，摄像头安装于安装杆上。

进一步地，摆动机构包括固定在安装平台顶部的摆动电机、与摆动电机输出端固定连接的蜗杆、与大臂底部固定连接的蜗轮，蜗杆与蜗轮啮合。

一种利于小麦增产的田间管理方法，其特征是，它包括以下步骤：

(1)通过设置在麦田内的摄像机定期采集麦田内的图像；摄像机可以在麦田内沿固定线路移动，进而采集更过多的麦田图像；通过水分探针检测土壤内水分含量；

(2)将采集到的麦田内的图像数据、水分含量传输至监控主机；数据传输方式可以为4G或5G；

(3)管理人员通过观察麦田图像了解田间信息，根据麦田存在的情况制定相应的处理措施，这些处理措施包括灌溉、除草、除虫、施肥。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种利于小麦增产的田间管理系统及管理方法，可以实现对麦田内的定期监管，并能采集麦田图像，以及将采集到的麦田图像上传至监控主机。管理人员无需进入麦田即可了解麦田内的田间信息，进而制定相应的处理措施，确保小麦的增产。

附图说明

图1为本发明在田间布置示意图；

图2为本发明侧视图；

图3为本发明基座正视图；

图4为支撑机构俯视图；

图5为行走机构、伸展单元和摄像机的装配示意图；

图6为摄像机折叠后的示意图；

图7为大臂与摄像机之间的另一种装配示意图；

图8为图7中大臂与安装杆的装配示意图；

图9为安装杆从大臂内伸出的示意图；

图10为本发明控制部分示意图；

图中：1麦田，2基座，21固定杆，22托板，23螺栓组件，24固定面，25加固杆，26轨道，27限位导轨，3移动平台，31电机箱，32滚轮，33升降机构，4安装平台，41耳板，42垫块，43支座，5大臂，51蜗轮，52蜗杆，53摆动电机，54摆杆，55推举部件，56安装槽，6安装杆，61齿轮，7防护罩，71摄像机，72开孔，8检测杆，9太阳能电板。

具体实施方式

如图1至图10所示，本发明的管理系统主要包括基座2、移动平台3、伸展单元、安装杆6、摄像机7和水分探针，下面结合附图对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明布置在麦田1中，每隔一定的距离可以设置一个本发明的田间管理系统。田间管理系统主要包括硬件部分和控制部分，硬件部分主要用于对田间信息进行采集，控制部分主要用于对采集数据的传输、对硬件部分工作状态的驱动。

如图2、图3所示，基座2为硬件部分的基础，基座2主要包括两列平行设置的固定杆21、设置在固定杆顶部的托板22、设置在托板上方的固定面24，固定杆21为金属圆管且下端尖锐，固定杆用于插入土壤内实现对基座的支撑固定。托板为“L”形金属板，托板的水平部分与固定杆顶部焊接固定。固定面24的实质为开口朝下的“[”形的金属板，固定面下部的两端与托板的竖直部分接触，并通过螺栓组件23实现托板与固定面的固定连接。每列的若干固定杆等间距设置，固定杆插入土壤内的深度应确保整个基座不会侧歪、下沉。

如图4所示，为进一步增强基座的稳定性、牢固性，在每相邻的分别位于矩形四个顶点上的四根固定杆之间设有两根加固杆25，且每一根加固杆的第一端与第一列的固定杆固定连接，该加固杆的第二端与第二列的固定杆固定连接。这样，上述每相邻的四根固定杆之间的两根加固杆呈“X”形交叉设置。

在固定面的顶部固定有两条平行设置的轨道26、设置在两轨道之间的一对限位导轨27，两限位导轨也平行设置。整个基座的结构便于安装和拆卸，宽度适宜，宽度大约在30-50cm之间；在田间应用时，占用空间小。

在基座的上方设有移动平台3，如图5所示，移动平台3也为开口朝下的“[”形结构，移动平台的左右两侧与对应侧的轨道侧壁接触。在移动平台的内侧设有电机箱31，电机箱与移动平台内腔顶部接触固定。电机箱内设有电机，电机输出端设有转轴，转轴两端分别固定有滚轮32，滚轮位于对应侧的轨道上方，且滚轮与轨道上表面接触。滚轮在轨道上滚动，限位导轨伸入电机箱底部对应的限位孔内，这样，电机箱仅可相对限位导轨移动。电机箱内的电机工作时，便可以驱动移动平台沿轨道的移动。电机箱、滚轮、轨道构成了行走机构，在行走机构作用下驱动移动平台的移动。

在移动平台的上方设有伸展单元，伸展单元用于实现对摄像机的伸展并将其移动至合适的位置进行图像采集。伸展单元包括升降机构33、安装平台4、大臂5、摆动机构和安装杆，在移动平台的顶部设有升降机构33，该升降机构为剪叉式升降机构，在升降机构顶部设有安装平台4，在升降机构的作用下可以驱动安装平台相对移动平台的上下移动。在安装平台的上方设有大臂5，在安装平台上表面固定有耳板41，大臂通过轴与耳板转动连接。在安装平台上设有驱动大臂相对安装平台在竖直面内摆动的摆动机构。如图5所示，摆动机构包括固定在安装平台上的摆动电机53、固定在摆动电机输出端的蜗杆52、固定在轴上的蜗轮51，蜗轮与蜗杆啮合。在安装平台上还设有支座43，用于对蜗杆进行辅助支撑。在摆动机构的作用下，可以驱动大臂在竖直面内做90度的旋转。如图6所示，在摆动机构作用下，大臂处于水平状态时，大臂及摄像头处于收纳状态，可躲避大风天气。

如图5所示，安装杆6与大臂平行设置，在安装杆与大臂之间设有一对平行设置的摆杆54，在其中一根摆杆与大臂之间设有推举部件55，在推举部件的作用下可以驱动摆杆的摆动，摆杆、大臂和安装杆构成了平行四边形连杆机构，这样，安装杆始终保持与大臂平行。在安装杆上固定安装有摄像机，在伸展单元的作用下可以将摄像机向高处、远处伸展，直至摄像机处于合适的取像位置。

在安装杆上固定有防护罩7，摄像机安装在防护罩内，摄像机可以固定在防护罩内，也可以转动安装在防护罩内，此时在防护罩内安装驱动摄像机转动的电机。防护罩底部设置开孔，以便于摄像机镜头的露出。

如图7、图8所示，为减少本发明在麦田的使用数量，安装杆6设置有两根，此时大臂侧壁内设有容纳安装杆的凹槽，大臂第一端与耳板安装，大臂第二端设有安装槽56，凹槽与安装槽连通在一起。在安装杆的第一端固定有齿轮61，两安装杆上的齿轮啮合在一起。且其中一个齿轮为主动齿轮，在电机驱动下转动，在安装杆的第二端固定有防护罩7，摄像机71设置在防护罩内。在防护罩内设置电机，电机驱动摄像机的转动。在防护罩底部设置开孔72，以便于摄像头镜头的露出。非使用状态，安装杆折叠于凹槽内。如图9所示，使用时可以驱动两安装杆从凹槽内移出，使得安装杆与大臂垂直，或安装杆与大臂处于其它合适的夹角角度。安装杆与大臂垂直时，两安装杆与大臂形成“T”字形，由于基座的两侧均是麦田，此时大臂居中，两安装杆上的摄像头分别位于基座两侧的麦田上方，进而对基座左右两侧的麦田进行取像。安装杆的长度不必过大，通过摄像头仅进行采样，而非对全部麦田进行取像。

在固定面的底部固定有检测杆8，检测杆的中下部用于插入土壤内，在检测杆上设有水分探针，通过水分探针实现对麦田土壤内水分的检测。

为向整个系统提供电能，在移动平台上安装有倾斜设置的太阳能电板9，太阳能电板吸收太阳能储存在蓄电池内，蓄电池为各电机、水分探针、控制部分提供电能。控制部分主要包括PLC控制器、数据传输模块和风速风量仪，PLC控制器、数据传输模块和风速风量仪均安装在固定面上，风速风量仪主要用于检测麦田风力，当风力较大时，PLC控制器控制大臂处于水平状态，以避免在大风作用下遭到破坏。如图10所示，PLC控制器与水分探针、数据传输模块、风速风量仪、各电机、摄像机均信号连接，监控主机与数据传输模块通过4G/5G通信。PLC控制器可以定期定时控制整个系统工作，通过摄像头采集麦田内的图像，进而了解麦田内的虫害情况、小麦长势、杂草情况。数据传输模块用于将摄像机采集的图像通过4G/5G信号传递给远方的监控主机。摄像机应为高清摄像机，以便于管理人员通过图像清楚看到麦田内的实际情况。管理人员根据图像了解麦田情况后，制定相应的措施，如灌溉、除草、除虫、施肥等。

利用田间管理系统进行利于小麦增产的田间管理方法，主要包括以下步骤：

(1)通过设置在麦田内的摄像机定期采集麦田内的图像；摄像机可以在麦田内沿固定线路移动，进而采集更过多的麦田图像；通过水分探针检测土壤内水分含量；

(2)将采集到的麦田内的图像数据、水分含量传输至监控主机；数据传输方式可以为4G或5G；

(3)管理人员通过观察麦田图像了解田间信息，根据麦田存在的情况制定相应的处理措施，这些处理措施包括灌溉、除草、除虫、施肥。

本发明的管理系统及管理方法，可以实现对麦田内的定期监管，并能采集麦田图像，以及将采集到的麦田图像上传至监控主机。管理人员无需进入麦田即可了解麦田内的田间信息，进而制定相应的处理措施，确保小麦的增产。