机器视觉监测蔬菜研究论文

机器人实验教学论文

1改革措施与实践结果

1．1实验平台的建设

为了强化学生在机器人方面的实践环节，首先需要构建机器人实验平台。让学生在课堂教学中了解机器人的基本组成、工作原理等，而学生的综合分析能力和解决问题的能力只能通过实践才能得到锻炼及提升。学生通过课堂教学了解机器人的基本组成、工作原理等，通过实践锻炼提高综合分析能力和解决问题的能力。依托西安交通大学机械基础实验教学中心的资源，将现有的实验教学机器人资源进行整合，构建机器人实验教学平台，包括:开放源代码的固高等国产机器人;具有示教手持盒的日本生产的商业机器人MOTOMAN－SK16、川崎RS10N等工业机器人;进行二次开发、能够组合使用的博时机器人。在机器人实验教学中，为学生的实践环节提供了足够的教学资源。

1．2改革实验教学体系，丰富实验层次

目前的实验教学体系多数为实验教师针对某一点进行实验教学。但是机器人本身具有实践性强、学科融合范围广的特点，机器人实验已经不能仅仅依靠单独的一个实验进行支撑，需要与机械结构、轨迹规划、系统控制、传感器等技术进行融合。目前开展的机器人实验往往着重于某一方面，不同的教师由于个人研究方向不同，或者专业限制，往往开展实验项目侧重自己的方向。但在本科教学中，还需要注重学生知识面的扩展，学生应全面地了解各个方面，开拓学生的眼界，因此机器人实验应增加“广度”。系统级的机器人实验是一种全新的实验形式，它将机械结构分析、建模、传感器技术、机械控制等多学科融合。在实验项目实施中，学生以团队形式进行实验，分工明确，为学生应用多种学科知识提供了平台，培养了学生创新和团队协作能力。在结构部分，小型的博时串联机器人拆装与建模分析、慧鱼模型搭建机器人;在机器人结构实验方面，以六自由度模块化可拆装串联机器人为平台，学生可自由搭建2～6自由度五种组合方式机器人系统。该机器人各关节内部结构多样化，采用了同步齿形带传动、谐波减速传动、行星减速传动、锥齿轮传动、蜗轮蜗杆传动等多种传动方式。每一模块均为透明封装，可直观看到内部传动结构及运动形式，并可将其拆装至螺钉级。通过机器人本体装拆实验可以提高学生对机构中各种传动原理的直观认识，锻炼学生的装配能力，并以此了解零件加工工艺与特点，增强学生对机构运动形式实践的动手操作能力。慧鱼模型是一套由机械构件、传感器、控制部件组成的机电产品。在控制部分，现有的实验仪器分为商业机器人及科教公司研发机器人。商业机器人技术成熟，使用可靠，但控制源代码不开放;科教公司研发机器人源代码开放，但设备使用可靠性较差，因此实验内容需要对两种实验设备进行调整，克服两类实验设备各自的缺点，让两者互补，形成对学生的全面培养。学生在对已有的机械工业中常见机器人使用后，工业中的手持器可供学生直接操作，将教学理论与工业实践并重，学生可以直接通过控制使用了解机器人的基本轨迹规划等，将注意力集中到机器人实验的主要问题中。科教公司研发的机器人源代码开放，学生在学有余力的情况下，能够进行二次开发，将机器人控制技术与传感器技术等相结合，提高学生兴趣，培养学生的创新能力。

1．3教学方法的改革，提高学生兴趣

机器人广泛应用在各个工业领域，实验教学与其中机械部件包括连杆、齿轮、马达、涡轮等，一般工程机械制造所需要的零部件在模型中都能找到，模型中的零件可以在短时间内插装和拆卸，为学生想象力插上了翅膀，在对实际机器人拆装后，组建属于自己的机器人，提高学生兴趣，增强学生对于传动知识的理解。工程应用是互相联系，密不可分的。以实验室中固高柔性制造系统为例，机器人在中间起到了仓储、上下料作用，完全实现了自动化控制，因此在机器人实验的开发中应联系工程背景，提高学生兴趣。实验体系包括常见的机器人运动学实验、动力学分析实验、轨迹规划实验，并且需要让学生明白机器各个部分的组成，因此在实验授课时，控制类教师与机械设计类教师应联合开发机器人实验，使学生将课程中学习的知识运用到实验中，加强理论与实践的结合。在学生使用中，学生可以先从柔性制造系统进行认知机器人广泛应用在各大工业领域，然后进行机器人的拆装，了解机器人的各个组成部分，随后进行自己控制机器人的运动轨迹，对运动轨迹进行规划。在学生全面了解机器人知识后，在综合实验中，学生可以选择偏结构方面的实验，如用慧鱼模型搭建机器人;也可选择偏控制方面实验，如机器人的视觉系统的开发;也可将二者结合，设计出新的机器人结构、系统等。这是一个从认知到实践的过程，符合人的一般认知规律。机器人学科具有更新快的特点，作为教师在教学时不仅需要给学生技术指导，更应该着重培养学生对机器人技术发展趋势的了解，培养学生的创新意识，让学生尽可能参与实验的各个环节，增加学生的主观能动性，包括实验问题的提出、实验机器人的.确定、实验程序(路线)的设计以及分析总结等。只有在实验过程中，学生团队精神、创新能力、动手能力等素质才能得到培养。

1．4考评方法的改革，突出培养学生能力

目前对学生的考核较为单一，仅是考核学生最终的实验结果，不仅不能督促学生对实验结果等进行合理分析，而且对于学生在实验中的操作也忽略了，这对于机器人实验考评而言是不合理的，机器人实验作为一门实践性很强的课程，没有一个唯一确定的答案。机器人结构分析实验可以培养学生空间想象的能力，关注细节的能力，机器人轨迹规划则涉及到数学在实际生活中应用的能力，而软件编程涉及规划能力。它反映了学生的空间想象和规划能力，对新事物的敏感度、以及完成任务的执行力。因此改革学生的实验考评体系非常必要。合理的考评方式不仅能使学生掌握机器人的相关知识，而且能对学生在后期机器人研究中起到一个引导作用。目前机器人实验教学的成绩评定中遇到的突出问题，即做为项目存在的机器人实验在学生评价体系中不应该规定学生的研究范围，而应该对学生综合能力进行考察，这就需要一个多元化和标准化的考核方式。在机器人实验中，学生以小组为单位，互相配合实验，在考核过程中，学生在实验中的过程考评应该占到非常重要的地位。为了避免教师的主观影响，学生应该进行互评，将学生互相之间的评价纳入考核方法。

2结语

经过机器人实验教学改革，学生普遍反应良好，增加了学生的动手实践能力。机器人实验教学改革是一个需要长期积累、不断深化的过程，需要在不断探索中提高总体教学质量，在实际教学中需要重视实践性环节，注重激发学生的学习主动性，培养学生的研究开发兴趣和科学创新精神，激励创新思维，培养学生解决实际问题的能力和创新设计能力。

智慧温室大棚蔬菜种植自动控制系统的具体应用论文

在日常学习、工作生活中，说到论文，大家肯定都不陌生吧，论文写作的过程是人们获得直接经验的过程。怎么写论文才能避免踩雷呢？以下是我为大家收集的智慧温室大棚蔬菜种植自动控制系统的具体应用论文，仅供参考，希望能够帮助到大家。

摘要：

传统的农业种植模式已经很难满足现代生活模式与需求，以传统塑料大棚为例，不仅产量很低，也会带来较大的污染，且人员管理非常繁琐，不利于蔬菜种植效益的提升。智慧温室大棚蔬菜种植模式优势较多，相比于传统塑料大棚能够大幅度扩展蔬菜种植发展空间，也改变了现代农业、新型农村的格局。该文简述了智慧温室大棚蔬菜种植的优势，然后分析了智慧温室大棚建设方案，最后介绍了智慧温室大棚蔬菜种植自动控制系统的具体应用。

关键词 ：

智慧温室；大棚蔬菜；种植技术；

引言:

在传统农业发展模式下，农民的浇水、施肥和打药等农业劳动过程主要借助已有经验进行。在温室大棚蔬菜种植中，需要关注浇水的时机，准确把控农药浓度，且保证温湿度、光照、氮元素等处于适宜的状态。由于无法量化指标，通常依赖于人为判断，因而经常发生误差，也无法提高温室大棚蔬菜种植的产量和质量。要想解决传统农业中低效率、低产能等现象，需要积极引入智慧温室大棚蔬菜种植技术，将各影响因素进行有效控制，改进环境条件，促进蔬菜的正常生长。

1、传统大棚蔬菜种植的危害气体

传统大棚蔬菜种植会释放很多有害气体，如氮气，引起有害气体含量超标的原因较多，主要包括人员操作不当、肥料质量不合格等因素。若是施肥方法不科学，施用含量超标的肥料，将引起氮气排放的增加，当温室大棚内氮气含量超出一定限度后，将导致叶片枯死，特别是对黄瓜、西红柿、西葫芦等蔬菜来说，对氮气更加敏感。此外，还会存在亚硝酸气体，当土壤呈弱酸性后，即pH值未超过5,某些菌体的作用效果将持续减弱，形成大量的亚硝酸气体。亚硝酸气体含量的增加，会让蔬菜绿叶发生白色斑点，黄瓜、西葫芦、青椒和西芹等蔬菜对亚硝酸气体较为敏感[1].冬季严寒，很多农民常用煤球升温取暖，在燃料不充分燃烧的情况下，将形成大量一氧化碳等有毒气体，温室大棚中碳元素也会超标，不利于蔬菜产量与质量的提升。

在预防过程中主要采取以下措施：

（1）做到施肥的科学性。温室大棚中施用的有机肥必须需要发酵腐热，以优质化肥为主，尿素要与过磷钙混施。基肥要深施15~20cm,追施化肥深度至少为12cm,施后及时覆土浇水。

（2）通风换气。在天气条件较好的情况下，要根据温度要求及时通风换气，遇到雨雪天气时也应该做好通风换气工作。

（3）农膜与地膜不能产生毒性，温室大棚中废旧塑料品等需第一时间清理干净。

2、智慧温室大棚蔬菜种植的优势

在蔬菜种植中需要控制好空气温湿度、土壤温湿度和水肥条件，才能保证蔬菜生长的品质，实现产量提高的目的。因此要通过精准化控制各项环境因素，改善温室大棚蔬菜种植品质，确保经济效益逐步提升。智慧大棚主要在温室大棚蔬菜种植中引入自动化控制系统，发挥最新生物模拟技术的作用，对棚内蔬菜生长最适宜的环境进行模拟。同时也设置了温度、湿度、二氧化碳和光照度传感器，对温室大棚内多项环境指标进行感知，并利用微机完成数据分析，实现对棚内水帘、风机和遮阳板等设施的全面监控，最终有效改善大棚内蔬菜生长环境。

在科技进步与发展过程中，各种智慧大棚控制系统得到了广泛应用，实行精细化管理模式，温室大棚内的茄子、辣椒、黄瓜和西红柿等蔬菜都能快速生长，能够帮助种植户创造丰厚利润，也促进了智慧温室大棚的发展。在智慧大棚控制系统中主要应用了物联网技术，设置农业物联网传感器，管理中物联网系统能够有效采集实施环境数据，其中包含了光照、空气温度、湿度和二氧化碳浓度等信息，在网络支持下向控制平台传输[2].系统结合获得的数据信息完成智能判断，远程控制温室大棚中的各项设备，达到及时调节棚内环境的目的，确保满足大棚内蔬菜生长的要求。在温室大棚蔬菜种植中引入智慧大棚控制系统，大幅度提升了温室大棚生产自动化和管理智能化水平。

智慧大棚控制系统除了可以在温室环境方面实现精准管理以外，还具备大面积统一管理的优势。在系统运行过程中，能够为温室大棚蔬菜种植提供精细化的智慧管控服务，实现对设施农业管理效果的不断优化。这样不仅能让温室大棚管理效率大幅度提升，也有效减少了管理成本的投入，为大棚蔬菜种植创造了诸多便利，能够达到增产增收的目的，温室大棚蔬菜种植也能逐步发展为稳定型和持续增收型产业。在中国加快推进乡村振兴战略实施的过程中，智慧大棚控制系统将在农业智能化发展中发挥越来越大的作用，为农业全面升级打牢基础。

3、智慧温室大棚建设方案

在智慧温室大棚建设过程中，需要由多个环境监测节点完成组网，才能实时采集环境信息，达到精准控制的目的。在各环境监测节点上需要安装传感器，控制设备主要有补光照明设备、排风设备、灌溉设备以及报警设备等。各节点也设置2节干电池保证电能供应，因为节点功耗不高，所以电池使用寿命很长，在智慧温室大棚中供电非常安全与便利。各传感器获得的数据向上位机传输过程中，上位机除了可以实时显示、控制与存储，并自动生成温度、湿度和光照等环节因素变化曲线图以外，也可以借助网关与Internet服务器进行连接，达到手机远程监测和控制等目的。建设智慧温室大棚后，能够实现对温室大棚蔬菜生长情况的远程视频监控，也能将相关信息实时存储下来，为农业生产科学化管理创造条件。

在智慧温室大棚功能设计上，主要包括以下几点：

（1）身份识别功能。借助RFID射频识别技术将个人信息显示在上位机，用户在系统刷卡登记后才能完成相应操作。

（2）自动报警功能。要想农业生产更加安全可靠，在大棚中发生烟雾、明火以后，利用烟雾传感器与火焰传感器进行检测，能够第一时间让蜂鸣器报警得到控制，在GPRS模块支持下为用户发送短信或者是打电话，并在屏幕上清晰完整呈现大棚报警信息。

（3）远程监控功能。登录网页端，即实现对智慧温室大棚蔬菜种植的远程监控。

（4）无线信息采集与传输功能。为提高大棚蔬菜种植的产量与质量，要实时监测和控制大棚内蔬菜生长环境。环境监测节点主要由光照、空气温度、土壤温湿度以及二氧化碳传感器等构成，能够精确采集相关信息数据[3].

（5）定时防治病虫害功能。利用臭氧发生器，能够在高压、高频电等电离作用下，让空气内氧气转化为臭氧，并定时进行杀菌，达到对温室大棚蔬菜种植中的病虫害防治功能。这种方式不仅具有安全、高效等优点，还降低了成本与农药使用量，能够达到无污染、无残留的要求，不断推动智慧温室大棚蔬菜种植增值提效。

4、智慧温室大棚蔬菜种植自动控制系统

在农业自动化发展过程中，除了应用计算机技术以外，也涉及微电子技术、通信技术和光电技术等，尤其对蔬菜种植自动控制系统而言，它们是智慧温室大棚蔬菜种植中需要重点关注的.内容。对该系统而言，主要结合蔬菜温室控制要求建设的远程监控管理系统，属于可扩展、可操作的硬件与软件系统。利用无线通信方式与蔬菜温室管理中心的计算机联网，能够让蔬菜温室单元得到实时调节与控制。

蔬菜种植自动控制系统主要构成如下：

（1）无线传感器，分别为温湿度传感器，土壤温湿度传感器、光传感器和二氧化碳传感器等设备。

（2）控制器，主要有温湿度控制器、光强控制器和土壤温湿度控制器等，可以集中处理各传感器传输的数据信息，并由计算机发出相应的控制指令。

（3）触摸屏，能够显示各种数据，以及风机、加湿、加热电磁阀等现场设备的远程控制，各种数据报表的打印等。

（4）遥控终端，通常包括手机、计算机等。

对蔬菜种植自动控制系统功能来说，包括以下几点：

（1）检测系统：设置多种无线传感器，将蔬菜生长环境中的温度、湿度、pH值、光照强度、土壤养分和二氧化碳浓度等物理参数及时采集起来。

（2）信息传输系统：利用本地无线网络、互联网、移动通信网络等通信网络，为数据传输、转换等创造有利条件，能够提高智慧温室大棚内环境信息传输效率。

（3）信息通过无线网络传输系统和信息路由设备传输到控制中心，各节点能够自由匹配，任意监控，互不干扰。

（4）控制系统：增加摄像头，对各温室大棚进行监测，并借助监控计算机对环境调整的全过程进行监控。蔬菜生长环境信息数据等进行实时监测，将各节点数据采集起来，通过存储、管理后能够动态呈现各测点信息。同时结合掌握的信息数据自动灌溉、施肥、喷施、降温和补光等，发挥历史数据存储、查询、报警和打印等作用[4].

（5）远程控制系统：移动电话终端用户能够了解蔬菜棚的工作状态，借助手机实时发布指挥控制设备。

蔬菜种植自动化控制系统不仅安全可靠，适应性也很强，能够提高蔬菜种植智能化水平，为绿色健康蔬菜种植奠定了良好基础。蔬菜自动种植控制系统融合处理大量的农业信息，确保技术人员可以完成多个蔬菜棚环境的监控与智能管理，让蔬菜生长环境得到改善，真正实现增产、提高质量、调节生长周期、提高经济效益等目标，也达到集约化农业生产、高产、优质、高效、生态、安全的目的[5].

5、结语

总之，近年来人民生活水平不断提高，在蔬菜栽培自动化控制系统建设与应用上有着更高的要求，产品附加值越来越高，经济效益也不断提升。通过光照、温度、湿度、二氧化碳、土壤等监测与自动化控制，推动现代农业发展再上新台阶，也是智能技术在农业生产中作用的体现。实行智慧温室大棚蔬菜种植技术，为蔬菜种植技术提供量化指标作为参照，这样蔬菜种植产量与品质得到保障，可操作性也大幅度提升，不仅可以实现增产创收的目的，也为产业链的形成创造了有利条件。

参考文献

[1]胡琼香基于物联网的智慧温室大棚蔬菜种植技术[J]江西农业，2019（14）：13-17.

[2]刘欣"互联网+"设施蔬菜智慧决策管理系统设计与验证[J.江苏科技信息，2018,35（29）：62-64.

[3]孙通农业气象物联网在蔬菜大棚中的应用[J]现代农业科技2020（16）：164-171.

[4]何淑红设施大棚蔬菜生产技术与发展趋势研究[J].农村实用技术2020（08）：11-12.

[5]胆温室大棚蔬菜种植技术试析[J]农民致富之友，2020（13）：50-50.