溫室生長(zhǎng)信息和環(huán)境信息多傳感檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張曉東 李鵬飛 毛罕平 高洪燕

摘要：我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，目前對(duì)作物長(zhǎng)勢(shì)信息檢測(cè)主要依靠傳統(tǒng)判別方法，但是傳統(tǒng)長(zhǎng)勢(shì)信息判斷存在主觀性強(qiáng)、費(fèi)時(shí)費(fèi)力等弊端，因此設(shè)計(jì)了適用于溫室高架栽培作物的軌道式移動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)，該平臺(tái)通過(guò)搭載作物生長(zhǎng)和環(huán)境信息多傳感檢測(cè)裝置，可實(shí)現(xiàn)對(duì)高架植物的莖、果、葉長(zhǎng)勢(shì)和冠層-空氣溫差等生長(zhǎng)信息，以及環(huán)境溫濕度、光照強(qiáng)度等氣象環(huán)境因子進(jìn)行監(jiān)測(cè)。為了適應(yīng)溫室行走環(huán)境，提高行走的穩(wěn)定性，移動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)采用軌道式移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，即利用溫室加熱管道作為軌道，以確保機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定行走，對(duì)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)行驗(yàn)證，絕對(duì)誤差最大值為 7.2 mm，相對(duì)誤差為0.72%。移動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)采用高舉升升降機(jī)構(gòu)，結(jié)合5自由度機(jī)械臂系統(tǒng)將傳感器放到所需位置，將實(shí)際測(cè)量高度值與標(biāo)準(zhǔn)高度位置值進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析，絕對(duì)誤差最大值為0.83 mm，相對(duì)誤差為0.78%，因此能精準(zhǔn)地將所要使用到的傳感設(shè)備放到所需的高度和預(yù)定位姿。

關(guān)鍵詞：溫室作物;多傳感;信息采集;設(shè)施農(nóng)業(yè);生長(zhǎng)與環(huán)境監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：S127 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2021）24-0209-06

收稿日期：2021-04-13

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（編號(hào)：61771224）;江蘇省高等學(xué)校自然科學(xué)研究重大項(xiàng)目（編號(hào)：18KJA416001）;江蘇省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備與技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心 （編號(hào)：4091600029）;江蘇省自然科學(xué)基金（編號(hào)：BK20180864）;現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金（編號(hào)：JNZ201903）;中國(guó)博士后科學(xué)基金（編號(hào)：2017M621650）;“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（編號(hào)：2018YFF0213601）。

作者簡(jiǎn)介：張曉東（1970—），男，江蘇鎮(zhèn)江人，博士，副研究員，主要從事基于可見(jiàn)光-近紅外多維光信息的作物生長(zhǎng)信息檢測(cè)方法研究。E-mail：zxd700227@ujs.edu.cn。

我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，提高溫室作物的產(chǎn)量和品質(zhì)是我國(guó)目前設(shè)施領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。作物長(zhǎng)勢(shì)和環(huán)境信息的獲取對(duì)溫室環(huán)境調(diào)控具有重要意義。傳統(tǒng)長(zhǎng)勢(shì)信息的獲取主要依賴專家經(jīng)驗(yàn)，主觀性強(qiáng);作物養(yǎng)分信息可以通過(guò)化學(xué)分析方法獲取，但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且難以實(shí)現(xiàn)基于作物信息反饋的水肥和環(huán)境優(yōu)化調(diào)控。因此，研發(fā)適用于溫室環(huán)境的作物生長(zhǎng)信息檢測(cè)系統(tǒng)，具有重要的研究意義和應(yīng)用價(jià)值。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于作物生長(zhǎng)信息檢測(cè)系統(tǒng)的研究領(lǐng)域較廣。其中Elvanidi等利用高光譜機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)作為非接觸技術(shù)來(lái)檢測(cè)無(wú)土番茄作物中的氮素缺乏[1]。Ochoa等利用機(jī)器視覺(jué)和遙感衛(wèi)星圖像，對(duì)大田作物進(jìn)行了實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和生長(zhǎng)狀況的獲取[2]。Bai等在溫室環(huán)境信息的檢測(cè)中針對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)融合問(wèn)題提出了分布式估計(jì)方案，提高了溫室環(huán)境信息檢測(cè)的準(zhǔn)確性[3]。Ehret等通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)自動(dòng)檢測(cè)的溫室番茄的產(chǎn)量、生長(zhǎng)狀況和用水進(jìn)行分析，模型很好地預(yù)測(cè)了產(chǎn)量和生長(zhǎng)需求，表明自動(dòng)預(yù)測(cè)相關(guān)信息能夠便于溫室進(jìn)行自動(dòng)化管理[4]。Mangus等開(kāi)發(fā)了高時(shí)空分辨率的作物水分脅迫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用熱紅外成像技術(shù)并使用紅外熱像系統(tǒng)（thermal infrared imaging system，簡(jiǎn)稱TIRIS）遠(yuǎn)程測(cè)量冠層溫度得出作物缺水指數(shù)（crop water stress index，簡(jiǎn)稱CWSI） 方法可以替代灌溉調(diào)度方法，為溫室灌溉和管理提供了決策[5]。劉茂成用光電傳感器設(shè)計(jì)了一個(gè)手持式的葉片氮素診斷系統(tǒng)，但其還未驗(yàn)證不同品種、不同生育期、不同氮處理的植物[6]。程坤設(shè)計(jì)的葉綠素含量檢測(cè)系統(tǒng)在不損傷葉片的前提下實(shí)現(xiàn)葉綠素含量檢測(cè)以及葉片所處環(huán)境溫濕度的實(shí)時(shí)檢測(cè)[7]。劉青結(jié)合無(wú)線傳感器技術(shù)和聲發(fā)射技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫室土壤溫濕度、空氣溫濕度、二氧化碳濃度、光照度及反映病害狀況的聲發(fā)射信號(hào)的采集，該系統(tǒng)提高了溫室自動(dòng)化和智能化水平并具有很好的移植性[8]。Liang等針對(duì)溫室檢測(cè)系統(tǒng)接線復(fù)雜且容易老化的問(wèn)題提出了一種基于無(wú)線保真（WIFI）的溫室環(huán)境動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程檢測(cè)，為溫室中自動(dòng)檢測(cè)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)[9]。

綜上所述，現(xiàn)有的設(shè)施作物生長(zhǎng)的非接觸監(jiān)測(cè)技術(shù)大多為分布式的系統(tǒng)，且多基于光電、視覺(jué)和紅外等單一傳感新型系統(tǒng)，難以全面監(jiān)測(cè)作物營(yíng)養(yǎng)長(zhǎng)勢(shì)和溫濕度、光照等環(huán)境信息，且缺少先進(jìn)適用的溫室檢測(cè)平臺(tái)，難以適應(yīng)溫室非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的巡航檢測(cè)。本研究的設(shè)計(jì)在現(xiàn)有移動(dòng)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，基于美國(guó)國(guó)家儀器有限公司（NI）的LabVIEW平臺(tái)，結(jié)合多傳感技術(shù)設(shè)計(jì)出一種用于作物生長(zhǎng)信息和環(huán)境信息檢測(cè)的檢測(cè)系統(tǒng)，以期實(shí)現(xiàn)對(duì)作物生長(zhǎng)和環(huán)境信息的獲取和巡航監(jiān)測(cè)。

1 硬件功能設(shè)計(jì)

如圖1所示，本研究設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)主要由運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、多傳感器檢測(cè)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)組成。其中，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括用于系統(tǒng)行走的軌道式的移動(dòng)底盤(pán)和控制底盤(pán)運(yùn)動(dòng)的無(wú)刷減速電機(jī);多傳感檢測(cè)系統(tǒng)包括獲取作物形態(tài)特征的可見(jiàn)光相機(jī)，獲取冠層溫度的紅外傳感器，檢測(cè)環(huán)境溫濕度的環(huán)境光照和溫濕度傳感器，檢測(cè)作物高度信息的激光測(cè)距傳感器以及用于完成檢測(cè)并搭載多傳感器的機(jī)械臂和末端云臺(tái);控制系統(tǒng)包括工控機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制器;動(dòng)力系統(tǒng)包括48 V鋰電池組和充電模組;導(dǎo)航系統(tǒng)通過(guò)磁導(dǎo)航地標(biāo)傳感探測(cè)，通過(guò)電磁導(dǎo)航的方式控制移動(dòng)平臺(tái)的順序到達(dá)檢測(cè)位。該檢測(cè)系統(tǒng)集成了自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)（AGV）控制、機(jī)械臂操控、圖像采集、環(huán)境信息采集、熱成像系統(tǒng)、光譜信息采集等功能，能夠滿足溫室環(huán)境中的作物營(yíng)養(yǎng)、水分、長(zhǎng)勢(shì)信息和環(huán)境信息的移動(dòng)式數(shù)據(jù)采集和信息貯存，同時(shí)結(jié)合上位機(jī)信息分析系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)溫室作物生長(zhǎng)和環(huán)境信息獲?。▓D2、圖3）。

該系統(tǒng)利用溫室加熱管作為軌道進(jìn)行自主移動(dòng)檢測(cè)巡航作業(yè)，利用機(jī)械臂搭載的多傳感檢測(cè)系統(tǒng)獲取作物的長(zhǎng)勢(shì)綜合信息。通過(guò)獲取作物冠層的熱紅外溫度結(jié)合環(huán)境溫度信息，獲取作物的冠層-空氣溫特征，并進(jìn)一步提取水分脅迫信息;基于可見(jiàn)光相機(jī)獲取作物的多視場(chǎng)圖像結(jié)合激光測(cè)距可得到作物的冠幅、株高、莖粗等形態(tài)特征[10-11]。結(jié)合環(huán)境溫濕度、光照等傳感探測(cè)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境綜合信息的獲取，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)作物生長(zhǎng)和環(huán)境信息的綜合評(píng)價(jià)。

2 移動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)搭載的多傳感器為了適應(yīng)不同株高和不同視場(chǎng)的信息采集，須要通過(guò)舉升機(jī)構(gòu)的升降和機(jī)械臂的水平移動(dòng)改變多傳感器的位姿，這會(huì)大幅改變移動(dòng)平臺(tái)的重心，故須避免作業(yè)平臺(tái)傾覆的風(fēng)險(xiǎn)。為了保證巡航精度，確保駐點(diǎn)巡航探測(cè)信號(hào)的穩(wěn)定性和定位精度，需要車(chē)體具有較好的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，避免行走過(guò)程因軌道不平和重心大幅變化導(dǎo)致的平臺(tái)整體顛簸，以滿足作物生長(zhǎng)和環(huán)境信息檢測(cè)設(shè)備對(duì)平臺(tái)巡航精度及平穩(wěn)性的要求。因此，在設(shè)計(jì)移動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)時(shí)，為了降低重心，提高平臺(tái)的穩(wěn)定性，在零部件的布局上，將伺服電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、蓄電池等較重的零部件布置在車(chē)體最下層，而將運(yùn)動(dòng)控制器、信號(hào)采集裝置等輕型部件安裝車(chē)體在上層;在材料的選取上，小車(chē)底盤(pán)采用了實(shí)心結(jié)構(gòu)的鋼材，而舉升機(jī)構(gòu)和機(jī)械臂則采用了高強(qiáng)度的鋁材進(jìn)行加工制造，以降低重心，提高系統(tǒng)高舉作業(yè)的穩(wěn)定性和載荷。同時(shí)為了保證續(xù)航要求，系統(tǒng)采用大容量鋰電池，以保證長(zhǎng)時(shí)間的自主巡航作業(yè)。

在設(shè)計(jì)小車(chē)底盤(pán)結(jié)構(gòu)時(shí)，為了保持車(chē)身緊湊同時(shí)確保底盤(pán)的穩(wěn)定性，車(chē)體長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為 1 100 mm，底盤(pán)寬度設(shè)計(jì)為750 mm。為保證巡航的精度和穩(wěn)定性，采用軌道式的底盤(pán)結(jié)構(gòu)，以溫室加熱管道作為軌道，底盤(pán)采用驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪和支撐萬(wàn)向輪等3組輪系結(jié)構(gòu)，其中導(dǎo)向輪的作用是支撐車(chē)體并保證車(chē)體沿軌道行進(jìn)，導(dǎo)向輪表面采用菱形網(wǎng)格微結(jié)構(gòu)，以保證具有一定的摩擦導(dǎo)向力，外緣采用凸起結(jié)構(gòu)以便小車(chē)在產(chǎn)生極限偏離時(shí)能夠適應(yīng)軌道自動(dòng)糾偏，確保不會(huì)脫軌。移動(dòng)平臺(tái)中部的驅(qū)動(dòng)輪的作用是行進(jìn)的驅(qū)動(dòng)控制，采用橡膠輪式結(jié)構(gòu)，為了提高車(chē)體的穩(wěn)定性，過(guò)濾地面震動(dòng)，導(dǎo)向輪和驅(qū)動(dòng)輪上均安裝有避震彈簧，以提高行走的穩(wěn)定性。支撐萬(wàn)向輪的作用是在非軌道的溫室鋪裝路面行走時(shí)，作為平臺(tái)行走的輔助支撐（圖4）。

2.2 機(jī)械臂系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了適應(yīng)不同株型，尤其是番茄、黃瓜等大株型和連續(xù)生長(zhǎng)型作物的檢測(cè)需求，機(jī)械臂系統(tǒng)采用了三級(jí)舉升機(jī)構(gòu)（圖5），末端傳感器的最高舉升高度可達(dá)2.80 m。一級(jí)升降機(jī)構(gòu)固定在底座框架上，二級(jí)升降機(jī)構(gòu)與三級(jí)升降機(jī)構(gòu)利用內(nèi)置軌道與各升降機(jī)構(gòu)內(nèi)側(cè)的凹槽鑲嵌，并由同步帶牽引，采用具有伺服反饋的電動(dòng)推桿進(jìn)行舉升，完成三級(jí)機(jī)構(gòu)的順序舉升，以實(shí)現(xiàn)對(duì)行程的精確控制。

為獲取不同生長(zhǎng)期、不同高度植株的主視和俯視方向的長(zhǎng)勢(shì)和營(yíng)養(yǎng)信息，舉升機(jī)構(gòu)不僅要能夠大幅升降，同時(shí)還須要配合多自由度的機(jī)械臂、末端云臺(tái)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多傳感器的高度、視場(chǎng)和位姿的調(diào)節(jié)。如圖6所示，機(jī)械臂和云臺(tái)機(jī)構(gòu)采用兩節(jié)機(jī)械臂，結(jié)合三級(jí)轉(zhuǎn)軸構(gòu)成水平回轉(zhuǎn)臂，單節(jié)機(jī)械臂為500 mm，三節(jié)回轉(zhuǎn)臂結(jié)合云臺(tái)機(jī)構(gòu)可以完成水平方向200～1 000 mm的不同伸展和回轉(zhuǎn)半徑范圍的傳感器的視場(chǎng)和位姿調(diào)節(jié)。末端云臺(tái)機(jī)構(gòu)用來(lái)固定多傳感檢測(cè)系統(tǒng)，結(jié)合翻轉(zhuǎn)軸可以實(shí)現(xiàn)垂直方向 -90°～90°視角的傳感器位姿調(diào)節(jié)。水平旋轉(zhuǎn)軸采

用具有位置反饋伺服電機(jī)完成驅(qū)動(dòng)控制，垂直翻轉(zhuǎn)軸采用帶有位置反饋的小型步進(jìn)電機(jī)完成。系統(tǒng)探測(cè)時(shí)，基于期望的空間位姿坐標(biāo)，通過(guò)多軸配合結(jié)合運(yùn)動(dòng)路徑軌跡的組合規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)對(duì)多傳感探測(cè)器的物距、視場(chǎng)等位姿的精準(zhǔn)控制。

2.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.3.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)由動(dòng)力系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和信息采集系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)硬件以PC工控主機(jī)作為上位機(jī)及2套STM32F407嵌入式主板作為下位機(jī)系統(tǒng)，上下位機(jī)采用485總線通訊，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)平臺(tái)的行走和機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制，以及多傳感信息的采集。

軌道式多傳感檢測(cè)平臺(tái)的動(dòng)力系統(tǒng)采用 48 V/60 Ah 的鋰電池為整個(gè)移動(dòng)平臺(tái)提供動(dòng)力，1次充電可以滿足整個(gè)移動(dòng)平臺(tái)的12 h續(xù)航能力。

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)采用STM32F407嵌入式主板實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制，移動(dòng)平臺(tái)使用2個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)移動(dòng)平臺(tái)的左、右驅(qū)動(dòng)輪。其中，每個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速、啟動(dòng)、停止由運(yùn)動(dòng)控制器控制。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)下位通過(guò)接收上位機(jī)發(fā)送的指令和控制輸出，驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制移動(dòng)平臺(tái)中牽引電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。移動(dòng)平臺(tái)的轉(zhuǎn)向則由差速實(shí)現(xiàn)。移動(dòng)平臺(tái)的前后導(dǎo)向輪是從動(dòng)輪，起到導(dǎo)向和支撐小車(chē)沿軌道運(yùn)動(dòng)的作用。萬(wàn)向支撐輪在移動(dòng)平臺(tái)是平臺(tái)的路面支撐，即作為鋪裝路面行走和進(jìn)行整體搬運(yùn)時(shí)的車(chē)體支撐[12-13]。

運(yùn)動(dòng)控制器作為移動(dòng)平臺(tái)和機(jī)械臂系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)的中樞，能根據(jù)遙控或者上位機(jī)的指令，完成平臺(tái)的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等基本運(yùn)動(dòng)，以及機(jī)械臂系統(tǒng)的升降、旋轉(zhuǎn)和位姿控制。本研究以平臺(tái)移動(dòng)控制為例說(shuō)明控制流程。電機(jī)驅(qū)動(dòng)的控制流程如圖7所示。

啟動(dòng)控制系統(tǒng)之后首先對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行自檢與初始化，判斷各電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器是否通訊正常、各傳感器數(shù)據(jù)是否正常輸出、工控機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制器是否通訊正常。自檢完成之后，通過(guò)上位機(jī)對(duì)傳感器及控制器進(jìn)行控制參數(shù)的初始化設(shè)置，包括對(duì)增量編碼器原點(diǎn)設(shè)置，軌道式底盤(pán)各電機(jī)控制參數(shù)、初始運(yùn)行速度等參數(shù)設(shè)置。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)未發(fā)生任何異常報(bào)警并完成初始化，則進(jìn)行復(fù)位并等待接收上位機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制指令或遙控指令，當(dāng)系統(tǒng)有任何警告或錯(cuò)誤信號(hào)時(shí)，則移動(dòng)平臺(tái)停車(chē)報(bào)警，并等待人工處理。底層的運(yùn)動(dòng)控制器是基于用戶定義事件的配置文件來(lái)安排順序，協(xié)調(diào)并進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃并決定合適的扭矩命令，然后將其發(fā)送至電機(jī)放大器，產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，所有控制代碼均在ARM開(kāi)發(fā)板上完成，并通過(guò)RS-485接口與上位機(jī)連接，在上位機(jī)的LabVIEW軟件中通過(guò)VISA控件對(duì)串口波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、停止位等參數(shù)進(jìn)行配置，數(shù)據(jù)通訊協(xié)議符合Modbus協(xié)議規(guī)范，從而在LabVIEW的前面板（圖8）中完成交互操作。

2.3.2 多傳感檢測(cè)系統(tǒng)

多傳感檢測(cè)系統(tǒng)由工控機(jī)進(jìn)行控制。工控機(jī)通過(guò)485總線采用Modbus協(xié)議解析獲取溫度、濕度、光照等傳感器數(shù)據(jù)，采用千兆路由器網(wǎng)絡(luò)端口獲取視覺(jué)傳感器、激光測(cè)距和光纖傳感器的光譜信息。

多傳感器的采集與處理系統(tǒng)利用LabVIEW界面編輯功能以及能夠調(diào)用Windows32動(dòng)態(tài)連接庫(kù)的特性，并針對(duì)LabVIEW調(diào)用DLL的特點(diǎn)和傳感器控制的復(fù)雜性，確定可見(jiàn)光相機(jī)、紅外熱成像、光譜儀和溫濕壓三合一傳感器可調(diào)用的功能函數(shù)，每個(gè)可調(diào)用函數(shù)都對(duì)應(yīng)著某一具體的功能任務(wù)，包括初始化函數(shù)、運(yùn)行條件初始化函數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)函數(shù)、脈沖發(fā)送函數(shù)、軸伸長(zhǎng)計(jì)算函數(shù)、停止運(yùn)行函數(shù)、歸零函數(shù)、結(jié)束運(yùn)行函數(shù)等。整個(gè)LabVIEW傳感器部分的框圖程序結(jié)構(gòu)采用循環(huán)結(jié)構(gòu)和順序結(jié)構(gòu)（sequence structure）堆疊而成，每一順序框都對(duì)應(yīng)某項(xiàng)固定的任務(wù)，都包含在整個(gè)固定頻率的循環(huán)結(jié)構(gòu)當(dāng)中[14]。溫度、濕度、光照信息讀取程序框包括初始化事件和運(yùn)行過(guò)程事件，如圖9所示。

2.3.3 交互界面的設(shè)計(jì)

本研究設(shè)計(jì)的系統(tǒng)通過(guò)LabVIEW創(chuàng)建人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)溫室作物和環(huán)境多傳感信息的采集和運(yùn)動(dòng)控制過(guò)程的控制界面設(shè)計(jì)。如圖8所示，生長(zhǎng)信息和環(huán)境信息的交互界面布置在視圖左側(cè)，便于直觀讀取，運(yùn)動(dòng)控制的人機(jī)交互操作界面放在視圖右側(cè)，便于控制操作。信息采集界面包括圖像信息的顯示控件、波形顯示控件。運(yùn)動(dòng)控制操作界面主要有移動(dòng)平臺(tái)、機(jī)械臂及云臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制，同時(shí)包括執(zhí)行腳本文件的輸入模塊，以便整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)在固定工況下的自動(dòng)運(yùn)行。

3 平臺(tái)試驗(yàn)

本研究對(duì)軌道式移動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)行了驗(yàn)證，試驗(yàn)地點(diǎn)在江蘇大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Venlo型溫室內(nèi)。首先，對(duì)移動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)精度進(jìn)行驗(yàn)證，在軌道方向上間隔1 m等間距選擇5個(gè)平移試驗(yàn)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行5次測(cè)量再取平均值，并將其算作實(shí)際的測(cè)量位置值，將實(shí)際位置值與標(biāo)準(zhǔn)位置值進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析。如表1所示，絕對(duì)誤差的最大值為7.2 mm，相對(duì)誤差最大值為0.72%。該數(shù)據(jù)表明，在存在自然誤差的情況下，測(cè)量裝置移動(dòng)的精度較高，對(duì)實(shí)際測(cè)量的影響可以忽略。

取5個(gè)升降機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)點(diǎn)，起始點(diǎn)為800 mm，之后取等間距500 mm為測(cè)試點(diǎn)，同理每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行5次測(cè)量并平均，將測(cè)量出來(lái)的實(shí)際測(cè)量高度位置值與標(biāo)準(zhǔn)的高度位置值進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析，得到相關(guān)數(shù)據(jù)如表2所示。實(shí)際測(cè)量的高度位置與標(biāo)準(zhǔn)高度位置的絕對(duì)誤差最大值為8.3 mm，相對(duì)誤差最大值為0.78%?？紤]到摩擦和自然誤差等，可以認(rèn)為在高度方面的誤差帶來(lái)的影響可以忽略。

4 結(jié)論

本研究設(shè)計(jì)了一種適用于溫室基于軌道式平臺(tái)的溫室綜合信息移動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)，為了提高系統(tǒng)行走的穩(wěn)定性，采用溫室的加熱管道作為行走軌道，采用低重心設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了車(chē)體結(jié)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)不同生長(zhǎng)期作物的監(jiān)測(cè)，采用了三級(jí)舉升機(jī)構(gòu)結(jié)合機(jī)械臂系統(tǒng)，完成不同作物和生長(zhǎng)期的作物信息的獲取。該平臺(tái)可搭載作物生長(zhǎng)和環(huán)境信息多傳感檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)高架植物的莖、果、葉長(zhǎng)勢(shì)和冠-氣溫差等生長(zhǎng)信息，以及環(huán)境溫濕度、光照強(qiáng)度等氣象環(huán)境因子的監(jiān)測(cè)。平臺(tái)移動(dòng)絕對(duì)誤差的最大值為7.2 mm，相對(duì)誤差最大值為0.72%;平臺(tái)升降的絕對(duì)誤差最大值為8.3 mm，相對(duì)誤差最大值為0.78%，具有較高的運(yùn)動(dòng)控制精度。

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