基于圖像處理技術的智能卷簾機系統的制作方法

基于圖像處理技術的智能卷簾機系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種基于圖像處理技術的智能卷簾機系統，包括：主控模塊、氣象站、攝像頭、GPRS模塊、擺桿和卷簾機電機。該系統以主控模塊為數據處理和控制平臺，建立了基于天氣圖像的智能天氣識別系統，通過采集大棚外氣象站中溫度、濕度、光照、風速風向等氣象信息，結合天氣圖像，能夠有效判斷出雨雪等惡劣天氣，從而及時控制保溫被的卷起與鋪設。通過保溫被定位技術，實現操作人員在進行遠程操作或在控制室內操作時，均能夠將保溫被精確控制在其初始位置到終止位置之間的任意位置。同時能夠實現故障智能診斷，對卷簾機電機的工作狀況實時監控，當卷簾機電機發生故障時，主控模塊自動切斷卷簾機的電源，使整個系統安全可靠。
【專利說明】基于圖像處理技術的智能卷簾機系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種智能卷簾機系統，具體涉及一種基于圖像處理技術的智能卷簾機系統，屬于電子控制【技術領域】。
【背景技術】
[0002]目前，溫室大棚已經在多種農產品、蔬菜產品及花卉、觀賞植物等種植中得到了廣泛的應用，而卷簾機的出現極大地推動了溫室大棚操作的機械化程度。通常情況下白天天氣晴朗時通過卷簾機卷起保溫被，調節光照時間使棚內溫度升高，同時使大棚內的植物吸收太陽光的照射；晚上溫度較低或遇到雨雪等不好天氣時，通過卷簾機鋪設保溫被對大棚進行保溫；從而達到節能保溫，提高經濟效益的目的。
[0003]為了進一步提高溫室大棚的經濟效益，根據大棚內植物的生長模型智能調節大棚內溫度、濕度、二氧化碳、光照時間、土壤水分等參數，適當調節作物上市時間，使其效益最大化，是當前大棚種植發展的最新方向。而其中調節光照強度與時間是作物生長最重要的環節，這就要求卷簾機必須具備精確控制保溫被位置的功能，只有這樣才能達到與生長模型相結合的目的。
[0004]目前常見的普通卷簾機通常采用以下兩種方式進行操作:一是人工接通卷簾機電源，控制保溫被的卷起或鋪設。二是為了操作簡單方便，采用遙控器對卷簾機進行控制，但一般遙控距離只有十幾米。兩種方式的共同特點是操作人員必須在溫室大棚現場，通過目測觀察將保溫被控制到要求的位置，然后斷開卷簾機電源；因此需要工作人員每天到大棚現場，特別是遇到突遭下雨、下雪等惡劣天氣時，更需要操作人員迅速趕到現場放下保溫被，可以說大棚卷簾機離不開人。當需要對多個大棚進行操作時，則耗費時間很長。上述操作方式既增加了人工勞動強度，又加大了人工成本。
[0005]雖然當前少數技術先進的智能卷簾機采用可編程邏輯控制器(PLC)或嵌入式等控制器，通過對溫室大棚外溫度、濕度和光照強度等環境參數采集，控制保溫被的卷起或鋪設，在一定程度上實現了智能控制。但還存在以下缺陷:(1)僅以溫室大棚外溫度、濕度和光照強度等環境參數為依據，只能實現簡單的天氣狀況的判別；(2)智能控制器的控制策略僅與大棚內外的環境參數相結合，不能實現結合棚內種植作物的生長模型的功能；(3)只有當工作人員現場操作時，才可以將保溫被控制到需要位置，通過智能卷簾機進行遠程操作或在控制室內操作時，只能實現將保溫被完全卷起或完全鋪設，不能將保溫被控制在指定的任意位置；(4)當進行遠程操作或在控制室內操作時，對卷簾機的故障不能進行及時有效的判斷和保護。

【發明內容】

[0006]有鑒于此，本發明提供一種基于圖像處理技術的智能卷簾機系統，該系統能夠結合天氣圖像及氣象參數對溫室大棚外的天氣狀況進行準確快速的識別；能夠對保溫被的位置進行精確定位，同時還具備智能故障診斷功能。[0007]該智能卷簾機系統，包括:主控模塊、氣象站、GPRS模塊、擺桿和卷簾機電機；外圍設備為溫室大棚；所述主控模塊位于控制室內；氣象站安裝在溫室大棚的頂部，所述氣象站實時采集溫室大棚外的氣象信息，然后將所采集的氣象信息發送給主控模塊；所述氣象信息包括環境溫度、濕度、光照、風速和風向；所述擺桿可伸縮，其底部與固定安裝的支座鉸接，擺桿能夠繞該鉸接點擺動；所述卷簾機電機安裝在擺桿的頂部，卷簾機電機的輸出軸與鋪設在溫室大棚外保溫被的卷軸相連，帶動保溫被的卷起或鋪設；所述GPRS模塊用于將溫室大棚外的氣象信息及保溫被位置信息以彩信形式發送給操作人員，并接受操作人員的控制指令，對卷簾機進行遠程監控。
[0008]此外還包括攝像頭；所述攝像頭通過固定云臺安裝在控制室頂部，固定云臺在主控模塊的控制下對攝像頭的角度進行調整；主控模塊通過視頻采集卡與攝像頭相連，獲取攝像頭采集的圖像或視頻信息。
[0009]所述攝像頭具有三種工作模式，在工作模式一下，攝像頭對準整個溫室大棚，監控大棚安全；在工作模式二下，攝像頭對準天空，采集天空圖像；在工作模式三下，攝像頭對準保溫被安裝有卷簾機電機的一側，采集溫室大棚的側面圖像。
[0010]所述主控模塊中預存有雨雪天氣圖像知識庫，所述雨雪天氣圖像知識庫指通過提取常見雨雪天氣的圖像特征，并依據提取的圖像特征對雨雪天氣進行分類后形成的圖像知識庫；同時所述主控模塊中預存有每個分類結果對應的環境溫度和濕度的范圍。
[0011]當主控模塊依據氣象站發送的環境溫度、濕度和光照初步判斷會出現雨雪天氣時；啟動智能天氣判斷模式:主控模塊控制攝像頭進入工作模式二 ；攝像頭以設定頻率采集天空圖像，并將采集到的天空圖像發送給主控模塊；主控模塊提取接收到的天空圖像的圖像特征，并將提取的圖像特征與雨雪天氣圖像知識庫中不同類別雨雪天氣的圖像特征進行比對。
[0012]若該圖像特征與其中一類圖像特征相同，主控模塊確定會出現該類別的雨雪天氣，將判斷結果通過GPRS模塊發送給操作人員；若該圖像特征與雨雪天氣圖像知識庫中所有類別的圖像特征均不同，則主控模塊重新獲取天空圖像，直至所接收到的環境溫度、濕度不在所有分類對應的環境溫度和濕度的范圍。
[0013]所述主控模塊中預存有溫室大棚安裝有卷簾機電機一側的側面輪廓中四條邊的長度；主控模塊控制保溫被卷起或鋪設前，操作人員將設定的保溫被的位置預存在主控模塊中；主控模塊先控制攝像頭進入工作模式三，然后啟動卷簾機，帶動保溫被鋪設或卷收；在此過程中，攝像頭實時采集溫室大棚的側面圖像，并對采集到的圖像進行邊緣提取處理，然后將處理得到的溫室大棚的側面輪廓發送給主控模塊；所述主控模塊依據該圖像確定保溫被的當前位置；當保溫被的當前位置與預設位置一致時，關閉卷簾機電機；若從圖像中得到保溫被的位置在設定時間內沒有發生變化，主控模塊進入故障診斷模式:主控模塊在故障診斷模式下首先判斷當前位置是否是系統預設的位置，如果是，則主控模塊關閉卷簾機電機；如果不是，則認為卷簾機電機發生了故障，主控模塊主動斷開卷簾機電機的電源，并通過GPRS模塊向操作人員發短信報警。
[0014]在所述保溫被安裝有卷簾機電機一側的邊緣上涂抹黑色顏料。
[0015]所述主控模塊中預存有攝像頭在三種工作模式下固定云臺所需旋轉的角度。
[0016]還包括角度傳感器，所述角度傳感器安裝在擺桿的底部，隨擺桿一起運動。所述主控模塊中預設有擺桿在初始位置及終止位置時角度傳感器的讀數，主控模塊控制保溫被卷起或鋪設前，在主控模塊中預存保溫被在設定位置時角度傳感器的讀數；保溫被卷起或鋪設過程中，所述角度傳感器實時采集擺桿與地面的角度信息，并將采集到的角度信息發送給主控模塊，主控模塊將接收到的角度信息與其內部預設的保溫被在設定位置時角度傳感器的讀數進行比對，當兩者一致時，主控模塊關閉卷簾機電機。所述主控模塊每次接收到角度傳感器發送來的角度信息后，將當前收到的角度信息與前一次所接收到的角度信息進行比較，判斷相鄰兩次角度信息是否發生改變；若兩次角度信息有所改變，認為卷簾機電機工作正常；若所述角度信息在設定時間內沒有發生變化，則進入故障診斷模式。
[0017]通過定位機構將所述角度傳感器安裝在擺桿上；所述定位機構包括:連桿A、連桿B、中心軸、聯軸器和兩個軸承；所述連桿A的一端與擺桿垂直連接，另一端加工有軸向滑槽；所述連桿B的頂部位于該滑槽內，且可在該滑槽內軸向移動；所述連桿B的底部固接中心軸；所述中心軸與擺桿的鉸接軸同軸，角度傳感器通過聯軸器固接在中心軸靠近擺桿一端的端部。
[0018]還包括拉繩位移傳感器；所述拉繩位移傳感器固定在保溫被完全鋪設或完全收起時的位置；拉繩位移傳感器的拉繩端與卷簾機電機固接。所述主控模塊控制保溫被卷起或鋪設的過程中，卷簾機電機與保溫被一起移動，則帶動拉繩位移傳感器的拉伸移動；拉繩位移傳感器實時向主控模塊發送拉繩的位移信號，主控模塊依據該位移信號判斷保溫被的位置。所述主控模塊每次接收到拉繩位移傳感器發送來的位移信號后，將當前收到的位移信號與前一次所接收到的位移信號進行比較，判斷相鄰兩次位移信號是否發生改變；若兩次位移信號有所改變，認為卷簾機電機工作正常；若所述位移信號在設定時間內沒有發生變化，則進入故障診斷模式。
[0019]在所述溫室大棚上，保溫被完全鋪設和完全收起的位置各設置一個限位開關，當所述保溫被接觸到限位開關后，向主控模塊發送保溫被到位信號，主控模塊接收到保溫被到位信號后，關閉卷簾機電機。
[0020]有益效果:
[0021](I)建立了基于天氣圖像的智能天氣識別系統，通過采集大棚外氣象站中溫度、濕度、光照、風速風向等氣象信息，結合天氣圖像，能夠有效判斷出雨雪等惡劣天氣，從而及時控制保溫被的卷起與鋪設，實現天氣的智能判斷及對卷簾機的智能控制。
[0022](2)該系統中的主控模塊作為數據處理和控制平臺，采用可視化操作方式，操作簡單；主控模塊的屏幕上實時顯示所有檢測數據以及保溫被位置的實時圖像。所有操作都在控制室中完成，有效降低了人工勞動強度。
[0023](3)通過保溫被定位技術，實現操作人員在進行遠程操作或在控制室內操作時，均能夠將保溫被精確控制在其初始位置到終止位置之間的任意位置，使用戶可以結合棚內種植作物生長模型參數控制保溫被的鋪設和卷收，不需操作人員到現場控制。
[0024](4)能夠實現故障智能診斷，對卷簾機的工作狀況實時監控，實現對卷簾機的智能保護。發生故障時，主控模塊自動切斷卷簾機的電源，使整個系統安全可靠。
[0025](5)具備遠程監控功能。操作人員可以通過手機發短信的方式對大棚卷簾機進行控制。短信內容按照預先設定的格式發送。主控模塊接收到規定格式要求的短信后，按照短信中的要求對卷簾機進行控制。同時主控模塊能夠依據操作人員的需要，通過GPRS模塊定時將大棚外氣象信息以及卷簾機保溫被的位置圖像等傳送至相應手機，供操作人員參考。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為所述智能卷簾機系統的電氣連接圖；
[0027]圖2為本實施例中所述智能卷簾機的整體結構示意圖；
[0028]圖3為智能天氣識別流程示意圖；
[0029]圖4為角度傳感器的安裝示意圖；
[0030]圖5為采用圖像處理技術對保溫被進行定位的計算示意圖；
[0031]圖6為故障診斷流程示意圖。
[0032]其中:1_溫室大棚、2-保溫被、3-氣象站、4-卷簾機電機、5-擺桿、6-攝像頭、7-角度傳感器、8-連桿A、9-連桿B、10-中心軸
【具體實施方式】
[0033]本實施例提供一種基于圖像處理及傳感器技術的智能卷簾機系統，通過該系統能夠對卷簾機實施精確定位與智能保護，且具備遠程監控及智能故障診斷的功能，節省人力物力。下面依據保溫被精確定位方案的不同，提供該系統的三個實施例。
[0034]實施例1:
[0035]該系統的電氣部分包括主控模塊、氣象站、攝像頭、GPRS模塊、擴展控制板、限位開關和卷簾機電機；外圍設備為溫室大棚。本實施例中所述主控模塊采用PC104計算機，主控模塊為數據處理平臺和控制平臺，本實施例中的PC104計算機采用觸摸屏可視化操作方式。氣象站和攝像頭均接入主控模塊，向主控模塊實時發送所采集到的信息；GPRS模塊通過串行接口與主控模塊相連(或直接集成在主控模塊中)，主控模塊通過GPRS模塊能夠將溫室大棚外的氣象信息及保溫被位置信息以彩信形式(文字與圖像)發送給操作人員，以便操作人員實時了解現場情況，實現對卷簾機電機的遠程監控。主控模塊通過擴展控制板與卷簾機電機相連，控制卷簾機電機的啟動和關閉；限位開關通過擴展控制板與主控模塊相連，用于向主控模塊發送到位信號。
[0036]該系統中各部件的具體安裝如圖2所示，其中主控模塊位于控制室內，控制室設置在溫室大棚I附近。氣象站3安裝在溫室大棚I的頂部，保證氣象站3無遮擋、安裝牢固。主控模塊通過RS485接口與氣象站3相連；氣象站3實時采集溫室大棚外的環境溫度、濕度、風速和風向等氣象信息；然后通過RS485串行通訊方式將所采集的氣象信息發送給主控模塊。
[0037]攝像頭6通過固定云臺安裝在控制室頂部，所述固定云臺受控于主控模塊，能夠實現攝像頭6角度的調整，使攝像頭6對準相應目標采集圖像或視頻。主控模塊通過視頻采集卡與攝像頭6相連，獲取攝像頭6采集到的圖像或視頻信息。本實施例中所述攝像頭6具有以下功能:(I)監控大棚安全，此時攝像頭6監視整個溫室大棚，將采集的圖像或視頻實時傳送至主控模塊，以供控制室內的操作人員觀察，防止非法人員進入或盜竊等。(2)采集天空圖像傳送至主控模塊，用于雨雪天氣的智能判斷。(3)拍攝溫室大棚的側面圖像，用于確定保溫被位置。為保證攝像頭6所采集信息的可靠準確，所述攝像頭6的安裝高度要合適，無遮擋；并且要標定出實現上述三種功能時固定云臺的最佳角度和控制參數，并將所標定的最佳角度和控制參數保存至主控模塊，以實現快速準確的控制。
[0038]所述卷簾機電機4通過擺桿5固定安裝，具體為:擺桿5可伸縮，其位于溫室大棚I的側面，擺桿5的底部與固定在地面上的支座鉸接，使擺桿5能夠沿溫室大棚I的前后方向擺動。卷簾機電機4通過支撐架固接在擺桿5的頂部，卷簾機電機4的輸出軸與鋪設在溫室大棚I外保溫被2的卷軸相連，用于帶動保溫被2的卷起或鋪設。
[0039]在溫室大棚I上，保溫被2完全鋪設的位置(圖2中的A處)和完全收起的位置(圖2中的B處)各設置有一個限位開關。當保溫被2卷起或鋪設時接觸到限位開關后，限位開關向主控模塊發送到位信號，主控模塊接收到到位信號后關閉卷簾機電機4。
[0040]該智能卷簾機系統的工作原理為:
[0041]正常情況下，攝像頭6監視整個溫室大棚1，監控大棚安全，并將采集的視頻和圖像信息實時傳送給主控模塊。氣象站6實時采集溫室大棚I外的環境溫度、濕度、光照、風速和風向等氣象信息，并將采集到的氣象信息發送給主控模塊。控制室內的操作人員依據主控模塊接收到的氣象信息，結合大棚內植物的生長模型(指植物在現階段生長狀態下所需的光照時長等)決策保溫被2停留的位置及時長，操作人員做出決策后，將設定的保溫被的位置及在該位置的時長預存在主控模塊中。然后主控模塊控制固定云臺將攝像頭6對準保溫被安裝有卷簾機電機4的一側,并啟動卷簾機電機,帶動保溫被2鋪設或卷收。
[0042]在保溫被2鋪設或卷收過程中，攝像頭6實時采集溫室大棚的側面圖像，并將采集到的圖像發送給主控模塊。主控模塊對接收到的圖像進行邊緣提取處理后得到溫室大棚的側面輪廓AB⑶及保溫被的位置E，如圖5所示。AB、BC、⑶、DA的長度參數已經事先測量并預存在主控模塊中，主控模塊通過圖像分割得出保溫被位置E的投影點E’在線段⑶上的位置；進而得到線段DE的長度，則可求出E點在弧線AB上的位置，即保溫被此時的精確位置。當主控模塊判斷保溫被的當前位置與預設位置一致時，關閉卷簾機電機。為了提高圖像處理精度，在保溫被的邊緣涂抹黑色顏料。
[0043]當保溫被在卷起或鋪設過程中，由于負載過重(常見的情況是冬天下雪后未及時清除保溫被上的積雪或夏天保溫被被雨水浸濕而使其超重)或機械故障等原因，保溫被停滯不前，而卷簾機電機一直堵轉，會導致卷簾機過熱而燒壞。采用該方案時由于攝像頭能夠對保溫被的動作過程進行實時拍攝，控制室的操作人員能夠及時對故障做出判斷及處理。
[0044]所述主控模塊中預存有雨雪天氣圖像知識庫，所述雨雪天氣圖像知識庫指通過提取常見雨雪天氣圖像特征進行訓練與分類后形成的圖像知識庫。本實施例中，將常見雨雪天氣分為小雨、中雨、大雨和雪四類，主控模塊中預存有上述每類天氣的圖像特征，同時所述主控模塊中預存有每個分類對應的環境溫度和濕度的范圍、
[0045]當主控模塊依據氣象站發送的環境溫度、濕度和光照初步判斷會出現雨雪天氣時，如氣象站發送的環境溫度、濕度在雨雪天氣對應的環境溫度和濕度的范圍內，啟動智能天氣判斷模式:
[0046](11)主控模塊通過固定云臺調整攝像頭的角度，使其對準棚外天空；
[0047]( 12 )攝像頭以設定頻率采集天空圖像，并將采集到的天空圖像發送給主控模塊；
[0048](13)主控模塊提取接收到的天空圖像的圖像特征，并將提取的圖像特征與雨雪天氣圖像知識庫中不同類別雨雪天氣的圖像特征進行比對:
[0049]若該圖像特征與主控模塊內部預存的一類雨雪天氣的圖像特征相同，例如該圖像特征與主控模塊中預存的“中雨”的圖像特征相同，則主控模塊確認會出現“中雨”天氣，然后進入步驟(14);若該圖像特征與所有類別雨雪天氣的圖像特征均不同，則判斷不會出現雨雪天氣，返回至步驟(12)，直至主控模塊接收到的氣象站發送的環境溫度、濕度不在所有分類對應的環境溫度和濕度的范圍。
[0050](14)主控模塊通過GPRS模塊將判斷結果發送給操作人員。
[0051]實施例2:
[0052]為使故障診斷過程智能，保證操作人員不在控制室時，系統仍能夠完成故障診斷；且保證在對保溫被進行操作的過程中，攝像頭可繼續監控大棚安全或采集天空圖像。本實施例在實施例1所述的系統中增加了角度傳感器7，通過角度傳感器7對保溫被進行精確定位及卷簾機進行智能故障診斷。角度傳感器通過RS485串行方式與主控模塊通訊，電氣連接如圖1所示。
[0053]所述角度傳感7安裝在擺桿的底部，為保證角度傳感器7測量結果準確，不受擺桿5擺動的影響，本實施例中對角度傳感器采用圖4所示的安裝方式。角度傳感器7的安裝結構包括連桿A8、連桿B9、中心軸10、聯軸器和兩個軸承。連桿A8的一端與連接，另一端加工有軸向滑槽；連桿B9的頂部位于該滑槽內，且可在該滑槽內沿軸向移動；連桿B9的底部固接中心軸10。所述中心軸10與擺桿的鉸接軸同軸，角度傳感器7通過聯軸器固接在中心軸10靠近擺桿5 —端的端部。在所述中心軸10位于連桿B9左右兩側的位置分別安裝有軸承。角度傳感器7安裝完成后，標定出擺桿5在初始位置、終止位置時角度傳感器7的讀數，預存至主控模塊；其中初始位置指保溫被2完全鋪設時擺桿5的位置，終止位置指保溫被2完全卷起時擺桿5的位置。圖2中OA表示擺桿5的初始位置，OB表示擺桿5的終止位置。
[0054]角度傳感器7實時采集擺桿與地面的角度信息，并將采集到的角度信息發送至主控模塊，通過主控模塊實現保溫被的精確定位及卷簾機的智能保護。角度傳感器7對保溫被2進行精確定位的原理為:主控模塊中預設有擺桿5在初始位置及終止位置時角度傳感器7的讀數。保溫被2在鋪設或卷收的過程前，操作人員將保溫被在設定位置時角度傳感器的讀數預存在主控模塊中。保溫被卷起或鋪設過程中，角度傳感器7實時采集擺桿5與地面的角度信息，并將采集到的角度信息發送至主控模塊，主控模塊將接收到的角度信息與其內部預設保溫被在設定位置時角度傳感器的讀數進行比對，當兩者一致時，主控模塊關閉卷簾機電機，從而精確控制保溫被的位置。
[0055]通過角度傳感器7進行智能故障診斷的流程如圖6所示。保溫被在卷起或鋪設的過程中，角度傳感器實時測量擺桿與地面的角度信息，并將所測量的角度信息發送給主控模塊，主控模塊將本次所接收到的角度信息與上次所接收到的角度信息進行比較，判斷相鄰的兩次角度信息是否發生改變。若兩次角度信息有所改變，表明保溫被正在被卷起或鋪設，卷簾機工作正常；若所述角度信息在設定時間(本實施例中設定時間為3min)內一直沒有發生變化，表明在該段時間內保溫被的位置沒有改變，主控模塊首先判斷當前位置是否是系統預設的位置，如果是，表明保溫被鋪設到位，主控模塊關閉卷簾機電機；如果不是，則認為卷簾機電機發生了故障，主控模塊主動斷開卷簾機電機的電源，并通過GPRS模塊向操作人員發短信報警，從而有效避免卷簾機電機由于長時間堵轉而燒壞。
[0056]實施例3:[0057]通過拉繩位移傳感器對保溫被進行精確定位及卷簾機進行智能故障診斷。在實施例I所述的系統中增加拉繩位移傳感器。所述拉繩位移傳感器固定在圖2中的A點位置，拉繩位移傳感器的拉繩端固定在卷簾機電機上，信息輸出端通過RS485串行方式與主控模塊通訊。
[0058]拉繩位移傳感器對保溫被進行精確定位的原理為:操作人員在做出卷起或鋪設保溫被的決策后，將保溫被所需鋪設的位置預設在主控模塊中。在保溫被卷起或鋪設的過程，卷簾機與保溫被一起移動，則帶動拉繩位移傳感器的拉伸移動；拉繩位移傳感器實時向主控模塊發送保溫被與A點之間直線距離的信號，通過該測量信號，主控模塊便可得到保溫被的精確位置；當保溫被到達預設位置后，主控模塊關閉卷簾機。
[0059]通過拉繩位移傳感器進行智能故障診斷的過程為:卷簾機在卷起或鋪設保溫被的過程中，拉繩位移傳感器實時測量保溫被與A點之間直線距離，并將所測量的位移信號發送給主控模塊，主控模塊將本次所接收到的位移信號與上次所接收到的位移信號進行比較，判斷相鄰的兩次位移信號是否發生改變。若兩次位移信號有所改變，表明保溫被正在被卷起或鋪設，卷簾機工作正常；若所述位移信號在設定時間(本實施例中設定時間為3min)內一直沒有發生變化，表明在該段時間內保溫被的位置沒有改變，主控模塊首先判斷當前位置是否是系統預設的位置，如果是，表明保溫被鋪設到位，主控模塊關閉卷簾機電機；如果不是，則認為卷簾機電機發生了故障，主控模塊主動斷開卷簾機電機的電源，并通過GPRS模塊向值班人員發短信報警，從而有效避免卷簾機由于長時間堵轉而燒壞。
[0060]上述實施例2和實施例3中，當所述角度傳感器7 (或拉繩位移傳感器)采用串行通訊方式輸出時，可直接與主控模塊相連。當所述角度傳感器7 (或拉繩位移傳感器)以電阻、電流形式輸出信號時，需通過擴展控制板上的采樣電路對其輸出的信號進行采樣。即此時，所述角度傳感器7 (或拉繩位移傳感器)通過擴展控制板與主控模塊相連。角度傳感器
7(或拉繩位移傳感器)的安裝位置距離控制室較遠，在電阻方式下，為了保證采集精度，采用精密電流源的方案，即電流源通過精密標準電阻后與角度傳感器(或拉繩位移傳感器)相連，采用該種方案可保證角度傳感器7 (或拉繩位移傳感器)的測量精度。
[0061]綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.基于圖像處理技術的智能卷簾機系統，包括:主控模塊、氣象站、GPRS模塊、擺桿和卷簾機電機；外圍設備為溫室大棚；所述主控模塊位于控制室內；氣象站安裝在溫室大棚的頂部，所述氣象站實時采集溫室大棚外的氣象信息，然后將所采集的氣象信息發送給主控模塊；所述氣象信息包括環境溫度、濕度、光照、風速和風向；所述擺桿可伸縮，其底部與固定安裝的支座鉸接，擺桿能夠繞該鉸接點擺動；所述卷簾機電機安裝在擺桿的頂部，卷簾機電機的輸出軸與鋪設在溫室大棚外保溫被的卷軸相連，帶動保溫被的卷起或鋪設；所述GPRS模塊用于將溫室大棚外的氣象信息及保溫被位置信息以彩信形式發送給操作人員，并接受操作人員的控制指令，對卷簾機進行遠程監控； 其特征在于，還包括攝像頭；所述攝像頭通過固定云臺安裝在控制室頂部，固定云臺在主控模塊的控制下對攝像頭的角度進行調整；主控模塊通過視頻采集卡與攝像頭相連，獲取攝像頭采集的圖像或視頻信息； 所述攝像頭具有三種工作模式，在工作模式一下，攝像頭對準整個溫室大棚，監控大棚安全；在工作模式二下，攝像頭對準天空，采集天空圖像；在工作模式三下，攝像頭對準保溫被安裝有卷簾機電機的一側，采集溫室大棚的側面圖像； 所述主控模塊中預存有雨雪天氣圖像知識庫，所述雨雪天氣圖像知識庫指通過提取常見雨雪天氣的圖像特征，并依據提取的圖像特征對雨雪天氣進行分類后形成的圖像知識庫；同時所述主控模塊中預存有每個分類結果對應的環境溫度和濕度的范圍； 當主控模塊依據氣象站發送的環境溫度、濕度和光照初步判斷會出現雨雪天氣時；啟動智能天氣判斷模式:主控模塊控制攝像頭進入工作模式二 ；攝像頭以設定頻率采集天空圖像，并將采集到的天空圖像發送給主控模塊；主控模塊提取接收到的天空圖像的圖像特征，并將提取的圖像特征與雨雪天氣圖像知識庫中不同類別雨雪天氣的圖像特征進行比對； 若該圖像特征與其中一類圖像特征相同，主控模塊確定會出現該類別的雨雪天氣，將判斷結果通過GPRS模塊發送給操作人員；若該圖像特征與雨雪天氣圖像知識庫中所有類別的圖像特征均不同，則主控.模塊重新獲取天空圖像，直至所接收到的環境溫度、濕度不在所有分類對應的環境溫度和濕度的范圍； 所述主控模塊中預存有溫室大棚安裝有卷簾機電機一側的側面輪廓中四條邊的長度；主控模塊控制保溫被卷起或鋪設前，操作人員將設定的保溫被的位置預存在主控模塊中；主控模塊先控制攝像頭進入工作模式三，然后啟動卷簾機，帶動保溫被鋪設或卷收；在此過程中，攝像頭實時采集溫室大棚的側面圖像，并對采集到的圖像進行邊緣提取處理，然后將處理得到的溫室大棚的側面輪廓發送給主控模塊；所述主控模塊依據該圖像確定保溫被的當前位置；當保溫被的當前位置與預設位置一致時，關閉卷簾機電機；若從圖像中得到保溫被的位置在設定時間內沒有發生變化，主控模塊進入故障診斷模式:主控模塊在故障診斷模式下首先判斷當前位置是否是系統預設的位置，如果是，則主控模塊關閉卷簾機電機；如果不是，則認為卷簾機電機發生了故障，主控模塊主動斷開卷簾機電機的電源，并通過GPRS模塊向操作人員發短信報警。
2.如權利要求1所述的基于圖像處理技術的智能卷簾機系統，其特征在于，在所述保溫被安裝有卷簾機電機一側的邊緣上涂抹黑色顏料。
3.如權利要求1所述的基于圖像處理技術的智能卷簾機系統，其特征在于，所述主控模塊中預存有攝像頭在三種工作模式下固定云臺所需旋轉的角度。
4.如權利要求1所述的基于圖像處理技術的智能卷簾機系統，其特征在于，還包括角度傳感器，所述角度傳感器安裝在擺桿的底部，隨擺桿一起運動； 所述主控模塊中預設有擺桿在初始位置及終止位置時角度傳感器的讀數，主控模塊控制保溫被卷起或鋪設前，在主控模塊中預存保溫被在設定位置時角度傳感器的讀數；保溫被卷起或鋪設過程中，所述角度傳感器實時采集擺桿與地面的角度信息，并將采集到的角度信息發送給主控模塊，主控模塊將接收到的角度信息與其內部預設的保溫被在設定位置時角度傳感器的讀數進行比對，當兩者一致時，主控模塊關閉卷簾機電機； 所述主控模塊每次接收到角度傳感器發送來的角度信息后，將當前收到的角度信息與前一次所接收到的角度信息進行比較，判斷相鄰兩次角度信息是否發生改變；若兩次角度信息有所改變，認為卷簾機電機工作正常；若所述角度信息在設定時間內沒有發生變化，則進入故障診斷模式。
5.如權利要求4所述的基于圖像處理技術的智能卷簾機系統，其特征在于，通過定位機構將所述角度傳感器安裝在擺桿上；所述定位機構包括:連桿A、連桿B、中心軸、聯軸器和兩個軸承；所述連桿A的一端與擺桿垂直連接，另一端加工有軸向滑槽；所述連桿B的頂部位于該滑槽內，且可在該滑槽內軸向移動；所述連桿B的底部固接中心軸；所述中心軸與擺桿的鉸接軸同軸，角度傳感器通過聯軸器固接在中心軸靠近擺桿一端的端部。
6.如權利要求1所述的基于圖像處理技術的智能卷簾機系統，其特征在于，還包括拉繩位移傳感器；所述拉繩位移傳感器固定在保溫被完全鋪設或完全收起時的位置；拉繩位移傳感器的拉繩端與卷簾機電機固接； 所述主控模塊控制保溫被卷起或鋪設的過程中，卷簾機電機與保溫被一起移動，則帶動拉繩位移傳感器的拉伸移動；拉繩位移傳感器實時向主控模塊發送拉繩的位移信號，主控模塊依據該位移信號判斷保溫被的位置； 所述主控模塊每次接收到拉繩位移傳感器發送來的位移信號后，將當前收到的位移信號與前一次所接收到的位移信號進行比較，判斷相鄰兩次位移信號是否發生改變；若兩次位移信號有所改變，認為卷簾機電機工作正常；若所述位移信號在設定時間內沒有發生變化，則進入故障診斷模式。
7.如權利要求1或4或6所述的基于圖像處理技術的智能卷簾機系統，其特征在于，在所述溫室大棚上，保溫被完全鋪設和完全收起的位置各設置一個限位開關，當所述保溫被接觸到限位開關后，向主控模塊發送保溫被到位信號，主控模塊接收到保溫被到位信號后，關閉卷簾機電機。
【文檔編號】G05B19/418GK103472799SQ201310416299
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月13日 優先權日:2013年9月13日
【發明者】姚分喜, 張百海, 崔靈果, 柴森春, 鄒偉東 申請人:北京理工大學