智能化甘蔗除草机的研究

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1、2015年8月农机化研究第8期智能化甘蔗除草机的研究韦相贵(钦州学院，广西钦州535000)摘要:为了降低甘蔗种植成本和提高机械化种植面积，利用USB摄像头对甘蔗与杂草进行图像采集，数据送入S3C2410微处理器和运用图像边沿算法对甘蔗与杂草进行图像处理及图像识别，并把识别结果送给PCL6143运动控制模块，控制除草器和拔草器的电磁线圈电流通断，从而控制除草松土和拔草作业。在丘陵地区蔗田的2除拔草试验结果表明:该机除草速度大于0．56m/s，除净率大于94%，具有可拓展研究和推广应用价值。关键词:甘蔗;除草;图像采集;微处理器;运动控

2、制+中图分类号:S224．15文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)08－0057－05DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.08.0130引言2杂草图像采集与图像处理［5］我国甘蔗播种、喷药、收获很多地方都采用机械2．1S3C2410微处理器简介［1］［2］S3C2410微处理器是韩国SAMSUNG公司的高性化作业，种菜除草机大棚栽培也有使用，但除草效果不够理想、除净率不高。目前，甘蔗种植除草多能和功能强大的嵌入式微处理器。其基于AＲM920T数采用除草剂，长期使用会破坏土壤酸碱度和造成水为内核

3、，具有16/32位ＲISC，能承接16KB指令和［3］Cache数据，并以高速AMBA总线接口，支持NAND环境恶化;若采用人工除草，不但工价高，而且雇工困难。所以，十分有必要设计一种高性能、智能化的Flash系统;具有MMU虚拟存储器、片选逻辑和甘蔗除草机，实现甘蔗全自动化种植，以降低甘蔗种SDＲAM控制器，以及SPI、IIC、IIS等通讯接口，适合作植成本，提高我国白糖在国际市场竞争力，避免水土为甘蔗叶与杂草图像进行除草操作控制芯片。环境遭到破坏。2．2图像采集利用30J的MI360图像传感器(最大分辨别率可1智能化甘蔗除草机的组

4、成达651×487)对图杂草与甘蔗叶进行图像采集，图像智能化甘蔗除草机利用USB摄像头对甘蔗杂草信号送到具有很高性价比的ZC0302视频处理芯片，进行图像采集［4］，信号送入S3C2410微处理器［5］;通对图像数进行IPEG压缩;同时提供USB1．1接口，高过图像处理，识别出甘蔗的叶片与杂草，信号输出到达30frame/s的CIF图像处理速度，能以标准的JPEGPCL6143运动专用控制芯片［6］，控制除拔草电磁线圈数据流输出;通过USB接口输入S3C2410微处理器储电流的通断，以及除草器和拔草器的工作。除草机的存于存储单元中。组

5、成框图如图1所示。2．3图像模式训练与识别本系统只需识别甘蔗和杂草的形状，由USB摄像头采集的甘蔗和杂草样本数据通过USB接口电路传输给S3C2410微处理器进行模式训练。当摄像头再次拍摄到甘蔗和杂草时，S3C2410微处理器根据甘蔗与杂草边缘图像特性，运用自适应阈值的SＲM分割方图1除草机的组成框图［6］法算法，计算式为Fig．1Weedingmachinecompositionblockdiagram1112Q=F(+)ln()(1)槡φww'μ收稿日期:2014－08－13F=max{max［Ｒ(d)］－min［Ｒ(d)］}(2

6、)基金项目:广西教育厅科研基金项目(201204LX364)d∈(Ｒ，B，G)Ｒ∈γＲ∈γ其中，w为设定区域内像素的个数;μ为与图像作者简介:韦相贵(1976－)，男，广西桂平人，副教授，(E－mail)wxxgg260@163．com。分辨率有关;Ｒ(d)为杂草图像γ中某个像素在通道d·57·2015年8月农机化研究第8期上的像素值。选择快速算法，计算待匹配边缘杂草图直升降和拔草器垂直升降调节。像的距离，其变换式为ZQ(y，L)=min{Ｒ(y，L)}(3)C∈L其中，L={L}表示待匹配边缘图像上所有边缘点的集合;Ｒ(y，L)表示

7、Euclidean的距离。形状匹配矩阵为1ZE(E，L，Q)=∑ZQ(i+y，L)(4)nQi∈Q其中，Q={i}表示杂草表面边缘片段像素的集合;nQ为边缘片段的长度;y是位移向量。最优匹配点的函数为ＲL=ＲQ+argmin(ZE(y，L，Q))(5)其中，ＲL表示最优匹配点;ＲQ表示边缘片段的原1．固定板2．主轴升降杆3．主轴升降步进电4．主横梁始位置;L表示搜索区域的半径。5．超声波测高仪6．主轴快速水平移动步进电机7．除草器垂直升降电机8．除草器垂直升降杆(内含滑槽)形状匹配和空间匹配定义为9．除草器水平移动电机10．拔草器垂直

8、升降电机ＲQ(L)=min{ZE(y，L，Q)}(6)y＜w11．拔草器垂直升降杆(内含滑槽)12．拔草器水平移动电机MQ(L)=m(ＲL，ＲQ)(7)13．USB摄像头横向滑块14．拔草夹15．拔草控制弹簧运用Gent