一种基于Kinect的智能农场监控方法及系统

摘要

本发明涉及一种基于Kinect的智能农场监控方法，包括：各传感器采集相应的农场环境信息数据，包括土壤湿度、空气温湿度和光照度数据，并将所采集的农场环境信息数据存储在存储模块中；控制处理器读取存储模块中的农场环境信息数据并通过RS232通信将数据传送到上位机；上位机将接收到的农场环境信息数据进行显示，等待用户根据生产实践进行判别作出相应的控制措施；农户在基于Kinect的开发界面下进行松土、灌溉、开关灯和通风相关动作的手势操作。本发明还公开了一种基于Kinect的智能农场监控系统。本发明使用户可以实时监测农场的环境信息，及时根据生产实践做出相应的农业管控措施，提高农业生产效率，节省农业劳动力成本。

权利要求

1.一种基于Kinect的智能农场监控方法，该方法包括下列顺序的步骤：

（1）上电后系统初始化，清除控制处理器内存储模块上次采集所存储的无用信息，为读取数据做准备；

（1）各传感器采集相应的农场环境信息数据，包括土壤湿度、空气温湿度和光照度数据，并将所采集的农场环境信息数据存储在存储模块中；

（3）控制处理器读取存储模块中的农场环境信息数据并通过RS232通信将数据传送到上位机；

（4）上位机将接收到的农场环境信息数据进行显示，等待用户根据生产实践进行判别作出相应的控制措施；

（5）农户在基于Kinect的开发界面下进行松土、灌溉、开关灯和通风相关动作的手势操作；

当农户将手部位置和上位机界面上的点重合后，Kinect手势模块就向下位机发出相应的控制信息，下位机执行相应的操作。

2.实施根据权利要求1所述的基于Kinect的智能农场监控方法的系统，其特征在于：包括用于采集农场空气温湿度的空气温湿度传感器、用于采集农场土壤湿度的土壤湿度传感器以及用于采集农场光照度的光照度传感器，空气温湿度传感器、土壤湿度传感器和光照度传感器的输出端均与控制处理器的输入端相连，控制处理器的输出端与执行装置的输入端相连，控制处理器与上位机双向通信，上位机与Kinect手势模块之间USB通信；

所述控制处理器是由主控芯片、复位电路、看门狗电路、时钟电路和RS422转USB通讯电路组成的Arduino 开发板，所述主控芯片的第一输入端分别与空气温湿度传感器、土壤湿度传感器和光照度传感器相连，所述复位电路的输出端与主控芯片的第二输入端连接，将电路恢复到初始状态；所述时钟电路的输出端与主控芯片的第三输入端连接，为其提供时钟周期；所述看门狗电路与主控芯片双向通信；所述主控芯片通过RS422转USB通讯电路与上位机双向通讯；

所述Kinect手势模块插在上位机的USB接口上，采用微软的SDK软件包进行手势动作的开发。

说明书

一种基于Kinect的智能农场监控方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及智能农业和Kinect应用技术领域，尤其是一种基于Kinect的智能农场监控方法及系统。

背景技术

[0002] 目前，我国农村土地生产效率低下，现代化程度不高，农民收入微薄；导致了大批农民抛弃土地进城务工，农村劳动力逐渐不足，出现耕地荒废的状况。因此，智能农业已成为农业领域的重要课题，也是国家实现农业现代化迫切解决的问题之一。随着物联网技术的发展，农业智能化逐渐成为一个趋势，日本、韩国等国家近年来陆续推出相关的项目来打造智能农场。

[0003] 目前国内的家庭智能农场正处于研发初期阶段，小型的城市家庭智能农场只能够实现简单的人工培养，而不能够实现短距离的娱乐式手势控制。

发明内容

[0004] 本发明的首要目的在于提供一种使用户可以实时监测农场的环境信息，及时根据生产实践做出相应的农业管控措施，提高农业生产效率，节省农业劳动力成本的基于Kinect的智能农场监控方法。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于Kinect的智能农场监控方法，该方法包括下列顺序的步骤：

[0006] (1)上电后系统初始化，清除控制处理器内存储模块上次采集所存储的无用信息，为读取数据做准备；

[0007] (1)各传感器采集相应的农场环境信息数据，包括土壤湿度、空气温湿度和光照度数据，并将所采集的农场环境信息数据存储在存储模块中；

[0008] (3)控制处理器读取存储模块中的农场环境信息数据并通过RS232通信将数据传送到上位机；

[0009] (4)上位机将接收到的农场环境信息数据进行显示，等待用户根据生产实践进行判别作出相应的控制措施；

[0010] (5)农户在基于Kinect的开发界面下进行松土、灌溉、开关灯和通风相关动作的手势操作。

[0011] 当农户将手部位置和上位机界面上的点重合后，Kinect手势模块就向下位机发出相应的控制信息，下位机执行相应的操作。

[0012] 本发明的另一目的在于提供一种基于Kinect的智能农场监控系统，包括用于采集农场空气温湿度的空气温湿度传感器、用于采集农场土壤湿度的土壤湿度传感器以及用于采集农场光照度的光照度传感器，空气温湿度传感器、土壤湿度传感器和光照度传感器的输出端均与控制处理器的输入端相连，控制处理器的输出端与执行装置的输入端相连，控制处理器与上位机双向通信，上位机与Kinect手势模块之间USB通信。

[0013] 所述控制处理器是由主控芯片、复位电路、看门狗电路、时钟电路和RS422转USB通讯电路组成的Arduino开发板，所述主控芯片的第一输入端分别与空气温湿度传感器、土壤湿度传感器和光照度传感器相连，所述复位电路的输出端与主控芯片的第二输入端连接，将电路恢复到初始状态；所述时钟电路的输出端与主控芯片的第三输入端连接，为其提供时钟周期；所述看门狗电路与主控芯片双向通信；所述主控芯片通过RS422转USB通讯电路与上位机双向通讯。

[0014] 所述Kinect手势模块插在上位机的USB接口上，采用微软的SDK软件包进行手势动作的开发。

[0015] 由上述技术方案可知，本发明通过各个传感器采集包括光照强度、土壤湿度、空气温度和湿度四种类型的数据，控制处理器用于接收传感器所采集的各种环境数据，之后经过RS232通信将数据传递到上位机，上位机对实时数据进行显示，农户根据当前的实时数据做出相应的控制措施，之后通过Kinect的八点界面进行相应的手势操作，可以通知下位机做出相应的松土、灌溉、补光灯操作。本发明使用户可以实时监测农场的环境信息，及时根据生产实践做出相应的农业管控措施，提高农业生产效率，节省农业劳动力成本。

附图说明

[0016] 图1为本发明的方法流程图；

[0017] 图2为本发明的系统结构框图；

[0018] 图3为基于Kinect进行手势控制的界面图。

具体实施方式

[0019] 如图1所示，一种基于Kinect的智能农场监控方法，该方法包括下列顺序的步骤：(1)上电后系统初始化，清除控制处理器内存储模块上次采集所存储的无用信息，为读取数据做准备；(1)各传感器采集相应的农场环境信息数据，包括土壤湿度、空气温湿度和光照度数据，并将所采集的农场环境信息数据存储在存储模块中；(3)控制处理器读取存储模块中的农场环境信息数据并通过RS232通信将数据传送到上位机；(4)上位机将接收到的农场环境信息数据进行显示，等待用户根据生产实践进行判别作出相应的控制措施；(5)农户在基于Kinect的开发界面下进行松土、灌溉、开关灯和通风相关动作的手势操作。当农户将手部位置和上位机界面上的点重合后，Kinect手势模块就向下位机发出相应的控制信息，下位机执行相应的操作。

[0020] 如图2所示，本系统包括用于采集农场空气温湿度的空气温湿度传感器、用于采集农场土壤湿度的土壤湿度传感器以及用于采集农场光照度的光照度传感器，空气温湿度传感器、土壤湿度传感器和光照度传感器的输出端均与控制处理器的输入端相连，控制处理器的输出端与执行装置的输入端相连，控制处理器与上位机双向通信，上位机与Kinect手势模块之间USB通信。

[0021] 所述控制处理器是由主控芯片、复位电路、看门狗电路、时钟电路和RS422转USB通讯电路组成的Arduino开发板，所述主控芯片的第一输入端分别与空气温湿度传感器、土壤湿度传感器和光照度传感器相连，所述复位电路的输出端与主控芯片的第二输入端连接，将电路恢复到初始状态；所述时钟电路的输出端与主控芯片的第三输入端连接，为其提供时钟周期；所述看门狗电路与主控芯片双向通信；所述主控芯片通过RS422转USB通讯电路与上位机双向通讯。所述Kinect手势模块插在上位机的USB接口上，采用微软的SDK软件包进行手势动作的开发。所述主控芯片是AVR单片机控制芯片，所述上位机是由C#编写的wpf应用程序，开发软件使用VS2010。

[0022] 以下结合图1、2对本发明作进一步说明。

[0023] Kinect是微软公司推出的人机互动的一款3D体感摄影机，依靠相机捕捉三维空间中用户的身体变动；其导入了及时动态捕捉、影像辨识、麦克风输入、语音识别功能；可以实时捕捉用户的手势；利用Kinect的SDK很容易开发出手势界面。

[0024] Arduino开发板是一款便捷灵活、方便上手的开源电子型平台；因此，基于Arduino原型进行外围电路开发灵活方便。外接农业环境传感器模块可以精确的采集当前农业环境的信息。信息传到下位机后执行操作从而实现对农场的远程控制

[0025] 农户在基于Kinect的开发界面下进行松土、灌溉、开关灯等相关动作的手势操作。基于Kinect的手势操作界面如图3所示，位置1控制打开风扇，位置2关闭风扇；位置3打开灯光，位置4关闭灯光；位置5打开电磁阀浇水，位置6关闭电磁阀停止浇水；位置7打开机械臂进行松土；当农户将手部位置和界面上的点重合后，Kinect就向下位机发出相应的控制信息并执行相应的操作

[0026] Kinect手势捕捉器是本发明的核心部分，使用骨骼搜索引擎来跟踪农户的关节数据，并从关节数据中提取出手部数据。骨骼节点数据基于骨骼空间，将谷歌向量转化到UI坐标系统进行绘制8点界面。C#开发的应用程序通过SensorDevice对象的方法来实现不同操作的实现，触点和对应操作表如下。

[0027]数字 控制信息
1 打开风扇
2 关闭风扇
3 开灯
4 关灯
5 打开电磁阀浇水
6 关闭电磁阀浇水
7 打开机械臂进行松土

[0028] 综上所述，本发明通过各个传感器采集包括光照强度、土壤湿度、空气温度和湿度四种类型的数据，控制处理器用于接收传感器所采集的各种环境数据，之后经过RS232通信将数据传递到上位机，上位机对实时数据进行显示，农户根据当前的实时数据做出相应的控制措施，之后通过Kinect的八点界面进行相应的手势操作，可以通知下位机做出相应的松土、灌溉、补光灯操作。本发明使用户可以实时监测农场的环境信息，及时根据生产实践做出相应的农业管控措施，提高农业生产效率，节省农业劳动力成本。