机器人黄瓜病害采集系统

（天津农学院工程技术学院，天津300384）［摘要］机器人黄瓜病害采集系统是以单片机控制器为核心，由颜色采集模块、摄像头捕捉模块、单片

机控制模块和蓝牙传输模块组成。系统通过机器人定时巡查，颜色传感器捕捉病斑，用摄像头定点采集黄瓜 病害图像，蓝牙模块发送给远程上位计算机，计算机对黄瓜病害进行有效识别，实现黄瓜病害的早发现和早 诊治的目的。［关键词］黄瓜病害；叶片；图像采集随着黄瓜栽培面积的增加，黄瓜病害导致黄瓜 产量下降和品质降低的现象凸显。为了做到黄瓜病

1.1

控制板控制器采用的是一种单片机（arduino）控制板。

害的早发现早处理，笔者等进行了机器人黄瓜病害 采集系统的设计，以实现机器人进行黄瓜病害的及 时自动采集和处理，避免经济损失。机器人是以控 制器为核心，采用颜色传感器和摄像头，对黄瓜作物

是以此控制板的核心芯片（ATmega328）单片机为 控制核心，具有简便的集成开发环境（IDE）,预留了

非常友好的第三方库开发接口，有极大的自由度，可 拓展性能强山。控制器模块控制颜色传感器（pix-

y）,对特定颜色进行捕捉；对疑似病害，采用通讯 （TTL）摄像头，进行全方位的病害叶片图像采集;

产生的病斑进行捕捉。发现疑似病害，通过摄像头 定点拍摄黄瓜叶面病害图像上传至远程计算机，专

家系统根据上传的图片判断是否发生病害，若是病 害,及时向管理员报警。采用颜色传感器病斑捕捉, 用摄像头定点采集病害图像方式，减少了由单摄像

控制病害叶片图像通过无线传输模块实时上传给上 位机。1. 2 颜色识别模块头多图像筛选病害的工作壘，提高了工作效率。采用颜色识别传感器pixy进行黄瓜叶片的颜 色识别。Pixy是一个开源的图像识别传感器，支持 多物体，多色彩的颜色识别，最高支持7种颜色。

Pixy支持多种通信方式，将其直插在Arduino控制

1

硬件系统的组成及工作原理机器人黄瓜病害采集系统主要由颜色采集模

块、摄像头捕捉模块、单片机控制模块和蓝牙传输模 块组成（图1）。系统以单片机为控制器，采用颜色

板并安装到机器人上，配合电脑跟踪、分析多色的数

据図，其最多可以识别和记录7种颜色。该系统中 颜色传感器识别病害的方式是:让传感器进入记录

传感器，对黄瓜作物产生的病斑进行捕捉。当颜色 传感器感应到对应颜色,发现疑似病变，控制器会控 制360度可旋转升降摄像头，进行定点采集,并将数

模式,在记录模式中，将叶片病害部分对准传感器, 传感器显示病害部分的颜色，随即按下按钮,此颜色 被记录下来，之后病害部分再次进入传感器视野，传 感器就会给控制板发送信号，进行图像捕捉。此传

据经过蓝牙模块发送至远程上位计算机。感器与控制板的在线烧录程序方式口（ICSP）直接 连接。1.3 图像釆集模块图像采集模块选用（ULC-DSC30）型号的摄像

头，采用串行口与单片机控制板进行通讯（图2）0

图1 机器人黄瓜病害采集硬件系统的组成发射端（TX）,用于发送数据，其与控制板的控制板

的第5串行接口（P5）相连。接收端（RX）与控制板

［收稿日期］2019-03-22［基金项目］国家级大学生创新创业项目“防黄瓜病害小卫士”（201810061054）［作者简介］张 WC1997-）.男，崔读本科，专业：测控技术与仪器。E-mail：2317545195@qq.com*通讯作者：刘 源（1964—）,女，數授，硕士，从事测控技术与自动化装备研究。E-mail;1417325528@qq.com• 50 •的第4接口（P4）相连。（ULC-DSC03）型号系列串口摄像头是一款高

度集成,200万像素的嵌入式数字摄像头，采用专用 图像压缩数字信号处理（DSP〉微处理器对图像进

行压缩处理，画面清晰，色彩逼真，像素尺寸为2.2 微米X2. 2微米，以JPEG格式显示，白平衡为自

动,增益为自动快门为电子快门，信噪比为40分贝，

动态范围为50分贝，最大模拟增益为16 DB,帧顿 为高分辨率（UXGA/SXGA）： 60帧，扫描模式为逐

行扫描，可视角度为缺省90度（可选120度或者其 他角度），监视距离最大100米⑷。VCCVCC P4RXP5TXGXD

ll£-l)SC03GND图2 ULC-DSC30摄像头与单片机连接图1.4 数据传输模块数据传输采用（HC-08）型号的蓝牙串口通信模 块,为新一代的基于蓝牙协议的数据传输模块，无线

工作频段为2. 4G频段，调制方式为高斯频移键控

制调（GFSK）,模块最大发射功率为4分贝毫瓦，接 收灵敏度为一93分贝毫瓦，在空旷环境下可以实现

超过80米的超远距离通信⑷。数据传输模块与单 片机连接（图3）,与控制板的串行3接口（P3）相连， 与控制板的串行2接口（P2）相连。VCCP3HC-08CND图3 HC-08蓝牙与单片机连接2

软件设计2.1 主程序设计及颜色识别模块在主程序流程（图4左）中，主要执行主函数中 颜色传感器的程序，在pixy记录颜色后，当识别到

颜色给摄像头发送拍照的指令，随即蓝牙将图片数 据上传给上位机。卞程序流程颜色识别模块流程图4 主程序流程和颜色识别模块流程颜色识别模块的程序流程中（图4右），首先，进

行串口初始化，然后设置传感器的有效相数和累加

变量，目的让摄像头可以准确识别目标范围内物体 的三维图像，之后检测被识别的物体,识别到设置颜 色后，发送给摄像头拍照地址,之后通过蓝牙进行数

据上传。2.2

图像采集模块及数据传输模块图像采集程序中（图5左），程序开始进行串口

的初始化，之后设置波特率，此摄像头波特率为

9 600,之后设置摄像头函数，在函数里输入摄像头

的拍照地址，在主程序运行中,将拍照地址上传给摄

像头，摄像头进行拍照。数据传输程序中（图5右），程序开始进行串口

的初始化，之后设置波特率，此摄像头波特率为

9 600,然后进行蓝牙检测，判断蓝牙状态是否开启，

开启后，写入字符，写入需要上传的数据，否则处于

持续蓝牙检测状态。|用口初始化「设置派特率上传泊馳址I图像采集模块流程数据传輸模块流程图5 图像采集模块流程和数据传输模块流程• 51 •3

系统测试传感器在未检测到规定颜色的时候，串口输出

及时发现、病害叶片的图像采集，数据传输正常，上 位机获得的图像清晰。该系统操作简单，病害数据

的采集、传输和判断自动完成。可为大规模、无人看 管的智慧农场的实现提供技术支持。［参考文献］［1］ 姬江涛，李明勇，金鑫，等.基于Android系统的蔬

值为1,当检测到要求的颜色之后，给摄像头发送拍 照指令，并且通过蓝牙装置输出返回值，并且上传给 上位机(图6),17045000为摄像头捕捉图像后，传回

给控制板的指令.16120为蓝牙模块传给上位机的 指令。菜智能耕作装置设计与试验［J］.农业机械学报，

2018.8(49),58-60.［2］ 马浚诚.面向叶部病害识别的设施蔬菜监控视频关键

帧提取方法研究［D］.北京：中国农业大学,2016.［3］ 李鑫星，李辉，马云飞，等.面向蔬菜病虫害视频移动

获取的网络互通网关设计［J］.农业机械学报，2015

(1DJ22-125.［4］ 徐赛龙.基于叶绿素荧光图像的温室作物监测系统开

发［D］.杭州：浙江大学,2016.［5］ 浚诚，杜克明，郑飞翔，等.基于卷积神经网络的温

图6 串口输出室黄瓜病害识别系统［J］.农业工程学报.2018,34,194-200.(12)4 结论

通过调试和运行，采集系统能实现黄瓜病害的〈责任编挥：義克艳)-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e(上接第48页)［12］ 李楠楠，孟宪，包永睿，等.木螂蝶挥发性成分体外

(3)： 1-4.［18］ 耿嘉阳.木蝴蝶总黄酮制备工艺及质量标准研究［D］.

抗肿瘤活性评价及化学成分研究［J］.中国现代应用

药学,2016,33(11):1361-1365.［13］ 赵丽娟，李铁纯，丁旭光，等.木蝴蝶挥发油成分的研

吉林:吉林大学,2012.［19］ 杨得坡，胡海燕，黄世亮•黄苓貳元和黄苓貳对皮肤真

究［J］.化学工程师,2002(1):47-48.［14］ 殷文光，李曼玲，康 琛.木蝴蝶的研究进展［J］.中国

菌与细菌抑制作用的研究［J］.中药材.2000,23(5),1-3.中药杂志,2007,32(19):1-6.［15］ 王锐，袁晓春，何嵋，等.木螂蝶的化学成分和药

［20］ 傅士龙.中草药单体木蝴蝶昔B介导的抗恶性淋巴瘤

的新策略和机制探讨［D］.苏州：苏州大学,2014.［21］ 茅一民.中药活性成分木蝴蝶昔A抑制肺腺癌细胞增

理作用［J］.广东农业科学,2011,38(22):121-124.［16］ 魏晓楠，林彬彬，谢国勇，等.木螂蝶种子化学成分研

殖的机制研究［D］.杭州：杭州市萧山区中医院,2016.究［J］.中国中药杂志,2013,38(2) ,204-208.［17］ 胡庭俊，刘姗姗，赵灵颖，等.木螂蝶提取物制备及其

〈责任编辑：刘*W)抗菌抗炎活性的研究［J］.中国畜牧兽医.2010,37