粮堆监测装置及系统的制作方法

1.本实用新型涉及农业信息技术领域，尤其涉及一种粮堆监测装置及系统。


背景技术：

2.在粮食的储存过程中，粮食的温度是影响粮食质量的重要因素，温度过高是增加粮食发霉和变质的危险性因素，由此，粮食的温度管控尤为重要。目前主要采用的粮食温度监测方式是在粮仓的不同位置设置固定的监测点，通过监测点上的温度传感器得到粮仓内的存储环境温度，进而实现对粮食状况的监测，但这种方式由于不能对粮食的温度进行直接检测，因此无法实现较为准确的监测。


技术实现要素：

3.基于上述现状，本实用新型的主要目的在于提供一种粮堆监测装置及系统，可以实现对粮堆实时、准确的监测。
4.为实现上述目的，本实用新型的技术方案提供了一种粮堆监测装置，包括控制器、第一舵机、第二舵机、载具、测距传感器和温度传感器；
5.所述控制器包括外部通信接口、第一控制接口、第二控制接口、第一数据采集接口和第二数据采集接口，所述第一控制接口连接所述第一舵机的控制输入端，所述第二控制接口连接所述第二舵机的控制输入端，所述第一数据采集接口连接所述测距传感器的输出端，所述第二数据采集接口连接所述温度传感器的输出端，所述外部通信接口用于实现所述粮堆监测装置与外部设备的通信；
6.所述第二舵机的第二转动轴与所述第一舵机的第一转动轴相互垂直，所述第二舵机的固定部连接所述第一转动轴，所述载具连接所述第二转动轴，所述测距传感器和所述温度传感器安装在所述载具上，且所述测距传感器与所述温度传感器的检测方向相同。
7.进一步地，所述粮堆监测装置还包括安装在所述载具上的清洁装置，所述清洁装置用于对所述测距传感器的检测端面进行清洁。
8.进一步地，所述清洁装置包括第三舵机以及清洁刷，所述第三舵机的固定部安装于所述载具，所述第三舵机的第三转动轴与所述第一转动轴、所述第二转动轴均垂直，所述清洁刷安装在所述第三转动轴上，并伸向所述测距传感器的检测端面；
9.所述控制器还包括第三控制接口，所述第三控制接口连接所述第三舵机的控制输入端。
10.进一步地，所述测距传感器和所述温度传感器分别位于所述第三舵机的两侧。
11.进一步地，所述载具包括l型载板，所述l型载板包括相互垂直的第一部和第二部，所述第一部安装于所述第二转动轴，且平行于所述第二转动轴设置，其上设置有通孔；所述第二部向远离所述第二舵机的方向弯折延伸；
12.所述温度传感器为柱形结构，位于所述通孔，且其延伸方向与所述第二部平行，所述测距传感器安装在所述第二部上且位于所述l型载板的外侧；所述第三舵机的固定部安
装在所述第一部且位于所述l型载板的内侧。
13.进一步地，所述清洁装置还包括第一连接板、第二连接板和第四u型架，所述第一连接板和所述第二连接板均呈l型结构，第一连接板的一边连接所述第一部，另一边与所述第二部相对，并与所述第四u型架的底部连接，所述第四u型架的开口朝向所述第二部；所述第三舵机连接于所述第四u型架；所述第二连接板的一边与所述第三转动轴连接，另一边位于靠近所述测距传感器的一侧，并在其外侧连接所述清洁刷。
14.进一步地，所述第一舵机和所述第二舵机均为双轴舵机，各自的两个轴共轴设置，形成其所对应的转动轴；
15.所述粮堆监测装置还包括第一u型架和第二u型架，第一u型架的开口与第二u型架的开口相背离，且二者的底部相互连接，所述第一u型架相对的两个侧部分别连接于所述第一转动轴的两端，所述第二u型架相对的两个侧部分别连接于所述第二舵机的固定部，且分别位于所述第二转动轴的两端所在的侧面处；
16.所述粮堆监测装置还包括第三u型架，其相对的两个侧部分别连接于所述第二转动轴的两端，底部连接于所述载具。
17.进一步地，所述测距传感器为激光测距传感器，所述温度传感器为红外点温仪。
18.为实现上述目的，本发明的技术方案还提供了一种粮堆监测系统，包括上位机和上述的粮堆监测装置，所述上位机与所述粮堆监测装置之间通信连接。
19.进一步地，所述粮堆监测系统包括多个所述粮堆监测装置，不同粮堆监测装置设置在粮堆上方的不同位置。
20.本实用新型提供的粮堆监测装置，包括设置在载具且具有相同检测方向的测距传感器与温度传感器，能够同时对粮堆上基本相同位置上的距离和温度进行检测，并且通过控制器对第一舵机和第二舵机进行转动控制，可以改变粮堆上的检测位置，从而能够得到粮堆上不同位置上的距离信息和温度信息，进而可以得到粮堆的外表形状及温度状况，能够实现对粮堆实时、准确的监测。
附图说明
21.以下将参照附图对本实用新型的优选实施方式进行描述。图中：
22.图1为本实用新型实施例提供的一种粮堆监测装置的示意图；
23.图2为本实用新型实施例提供的另一种粮堆监测装置的示意图。
具体实施方式
24.以下基于实施例对本实用新型进行描述，但是本实用新型并不仅仅限于这些实施例。在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，为了避免混淆本实用新型的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。
25.此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
26.除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
27.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
28.参见图1，图1是本实用新型实施例提供的一种粮堆监测装置的示意图，该粮堆监测装置包括控制器110、第一舵机121、第二舵机122、载具、测距传感器130和温度传感器140；
29.所述控制器110包括外部通信接口、第一控制接口、第二控制接口、第一数据采集接口和第二数据采集接口，所述第一控制接口连接所述第一舵机121 的控制输入端，所述第二控制接口连接所述第二舵机122的控制输入端，所述第一数据采集接口连接所述测距传感器130的输出端，所述第二数据采集接口连接所述温度传感器140的输出端，所述外部通信接口用于实现所述粮堆监测装置与外部设备的通信；
30.所述第二舵机122具有第二转动轴，所述第一舵机121具有第一转动轴，所述第二舵机122的第二转动轴与所述第一舵机121的第一转动轴相互垂直，所述第二舵机122的固定部连接所述第一转动轴，所述载具连接所述第二转动轴，所述测距传感器130和所述温度传感器140安装在所述载具上，且所述测距传感器130与所述温度传感器140的检测方向相同。
31.控制器110可以通过改变第一舵机和第二舵机的转动角度改变粮堆上的检测位置，即不同转动角度可对应粮堆上的不同检测位置，测距传感器230 采集的距离信息即为粮堆监测装置所在的位置与当前转动角度对应的检测位置之间的距离，温度传感器采集的温度信息即为前转动角度对应的检测位置上的温度值。
32.本实用新型实施例提供的粮堆监测装置，包括设置在载具且具有相同检测方向的测距传感器与温度传感器，能够同时对粮堆上基本相同位置上的距离和温度进行检测，并且通过控制器对第一舵机和第二舵机进行转动控制，可以改变粮堆上的检测位置，从而能够得到粮堆上不同位置上的距离信息和温度信息，进而可以得到粮堆的外表形状及温度状况，能够实现对粮堆实时、准确的监测。
33.优选地，在一实施例中，所述第一舵机121和所述第二舵机122均为双轴舵机，各自的两个轴共轴设置，形成其所对应的转动轴，从而具有更好的驱动稳定性。
34.其中，上述的第一控制接口、第二控制接口、第一数据采集接口和第二数据采集接口可以采用串口，也可以采用其他类型的通信接口，上述的外部通信接口包括以下的一种或多种：rj45接口、wifi接口、蓝牙通信接口、usb接口，实现所述粮堆监测装置与外部设备(如外部的上位机)的通信。
35.其中，测距传感器可以采用激光测距传感器，如tf03-100激光雷达，温度传感器可以采用红外点温仪，如is10长波红外点温仪。
36.例如，在一实施例中，控制器可将从不同检测位置得到的检测结果发送上位机，每一检测结果包括第一舵机和第二舵机的转动角度、以及该转动角度下测距传感器130采集的距离信息和温度传感器140采集的温度信息；
37.上位机具有数据处理功能，可以对粮堆监测装置发送的每一检测结果进行处理，通过其中第一舵机和第二舵机的转动角度及该转动角度下检测到的距离信息，计算出对应的检测位置的三维坐标信息，通过该转动角度下检测到的温度信息及预设的颜色显示规则
计算出检测位置的显示颜色，然后根据多个检测结果的处理结果创建粮堆的表面三维模型，其中，检测位置的显示颜色为表面三维模型显示时该检测位置上所呈现的颜色，不同温度信息对应的显示颜色不同，使得用户可以通过该表面三维模型直观的得到粮堆的外表形状及温度状况。
38.例如，在一实施例中，所述上位机被配置成通过以下方式确定检测结果的检测位置的显示颜色：
39.计算检测结果中的温度信息t对应的转换值t’；
40.t’＝100*(t-t_min)/(t_max-t_min)，其中，t_max为所述多个检测结果中的温度信息中的最大值，t_min为所述多个检测结果中的温度信息中的最小值；
41.若t’位于区间[0,a)，则检测结果的检测位置的显示颜色为：红色值＝255，绿色值＝255*t’/a，蓝色值＝0；
[0042]
若t’位于区间[a,b)，则检测结果的检测位置的显示颜色为：红色值＝255* (t
’‑
a)/a，绿色值＝255，蓝色值＝0；
[0043]
若t’位于区间[b,100)，则检测结果的检测位置的显示颜色为：红色值＝0，绿色值＝255，蓝色值＝255*(t
’‑
b)/a；
[0044]
其中，a，b均为预设值，且a小于b。
[0045]
即上述方式中，将检测得到的所有检测结果所在的温度范围划分成三个区间，不同区间通过改变不同的颜色值确定对应的颜色，不但实现简单，并且所呈现出的颜色变化有利于用户分辨出不同温度状况。
[0046]
例如，a的值为30-36中的值，b为63-69中的值，例如a为33，b为66。
[0047]
参见图2，图2是本实用新型实施例提供的另一种粮堆监测装置的示意图，其中，第二舵机122的第二转动轴与第一舵机121的第一转动轴相互垂直，该粮堆监测装置还包括第一u型架123和第二u型架125，第一u型架123的开口与第二u型架125的开口相背离，且二者的底部相互连接，所述第一u 型架123相对的两个侧部分别连接于所述第一转动轴的两端，所述第二u型架125相对的两个侧部分别连接于所述第二舵机的固定部，且分别位于所述第二转动轴的两端所在的侧面处。
[0048]
所述粮堆监测装置还包括第三u型架(124)，其相对的两个侧部分别连接于所述第二转动轴的两端，底部连接于所述载具140，所述测距传感器130 和所述温度传感器140设置在载具上。
[0049]
具体地，第一u型架123的开口两端安装在第一舵机121的第一转动轴上，第二舵机122通过第二u型架125安装在第一u型架123的开口正对横梁(即u型架的底部)上，第三u型架124的开口两端安装在第二舵机122 的第二转动轴上，所述载具安装在第三u型架124的开口正对横梁上，此外，第一舵机121的本体还通过另一u型架连接一安装件170，通过安装件170可以将粮堆监测装置固定在支架或者其他需要的位置。
[0050]
优选地，本实用新型实施例中，粮堆监测装置还可以包括安装在载具上的清洁装置，该清洁装置用于对所述测距传感器的检测端面进行清洁，以避免测距传感器上沉积的灰尘对检测的影响，提高检测的准确性。
[0051]
其中，该清洁装置包括第三舵机161以及清洁刷162，所述第三舵机161 的固定部安装于所述载具，第三舵机161具有第三转动轴，第三舵机161的第三转动轴与第一转动轴、
第二转动轴均垂直，清洁刷162安装在所述第三转动轴上，并伸向所述测距传感器130的检测端面，通过第三舵机在一定范围内转动从而带动清洁刷对测距传感器130的检测端面131进行清洁，清洁刷162 可以采用橡胶刷。
[0052]
所述控制器110还包括第三控制接口，所述第三控制接口连接所述第三舵机的控制输入端，第三舵机161在控制器110的控制下对测距传感器进行清洁，例如，当控制器接收到开始检测指令后可控制第三舵机161对测距传感器130 的检测端面131进行清洁，从而提高之后检测过程中测距传感器检测的准确性。
[0053]
其中，所述测距传感器130和所述温度传感器140分别位于所述第三舵机 161的两侧。
[0054]
具体地，所述载具包括l型载板，该l型载板包括相互垂直的第一部151 和第二部152，第一部151安装于所述第二转动轴，且平行于所述第二转动轴设置，其上设置有通孔；所述第二部152向远离所述第二舵机122的方向弯折延伸；
[0055]
所述温度传感器140为柱形结构，位于第一部151上设置的通孔，且其延伸方向与所述第二部152平行，所述测距传感器130安装在所述第二部152 上且位于所述l型载板的外侧，从而使得所述测距传感器与所述温度传感器的检测方向相同，即温度传感器140的检测端面141与测距传感器的检测端面 131朝向相同的方向，能够同时检测基本相同位置上的温度信息和距离信息；所述第三舵机的固定部安装在所述第一部151且位于所述l型载板的内侧。
[0056]
可以理解的是，上述的l型载板的内侧包括第一部151朝向第二部152 的侧面以及第二部152朝向第一部151的侧面，l型载板的外侧是与其内侧相对的一侧。
[0057]
另外，上述的清洁装置还包括第一连接板164、第二连接板163和第四u 型架165，第一连接板164和第二连接板163均呈l型结构，第一连接板164 的一边连接第一部151，另一边与第二部152相对，并与所述第四u型架165 的底部连接，所述第四u型架165的开口朝向所述第二部152；所述第三舵机 161连接于所述第四u型架165；所述第二连接板163的一边与第三舵机161 的第三转动轴连接，另一边位于靠近所述测距传感器130的一侧，并在其外侧连接所述清洁刷，从而可以对测距传感器130的检测端面131进行清洁。
[0058]
例如，本实用新型实施例中，所述控制器110被配置成通过以下方式得到多个检测结果：控制所述第一舵机121从a1转动至a2，且当所述第一舵机 121转动至[a1，a2]中的多个转动角度时，均控制所述第二舵机122从b1转动至b2，并当所述第二舵机122转动至[b1，b2]中的多个转动角度时，均对所述测距传感器和所述温度传感器进行一次输出数据读取操作。
[0059]
例如，上述的[a1，a2]中的多个转动角度为m个转动角度，分别为(a1 a)、 (a1 a*2)、(a1 a*3)、
…
、(a1 a*m)，上述的[b1，b2]中的多个转动角度为n个转动角度，分别为(b1 b)、(b1 b*2)、(b1 b*3)、
…
、(b1 b*n) 其中，a、b为步进值，从而可以得到m*n个检测结果，例如，所述第一舵机 121的转动角度范围为[10度，170度]和所述第二舵机122的转动角度范围为 [10度，170度]，a、b均为1度，则可得到160*160个检测结果；
[0060]
即第一舵机每步进一次(即转动角度增加a)后保持当前的转动角度，然后第二舵机开始从b1至b2转动，并且转动的过程中，转动角度每增加b时读取一次测距传感器和温度传感器的输出数据，每一次输出数据读取操作得到一检测结果；
[0061]
其中，第一舵机和第二舵机可以均包含角度传感器，通过角度传感器可以向控制器反馈舵机当前的转动角度，具体地，控制器控制舵机模组的过程如下：
[0062]
步骤1：控制器110控制第一舵机121转动到第一舵机的起点位置a1，控制第二舵机122转动到第二舵机的起点位置b1；
[0063]
步骤2：控制器110向第一舵机121发送步进指令，使第一舵机的转动角度步进一次，并通过第一舵机的角度传感器检测第一舵机的转动角度，当检测到本次步进到位时，执行步骤3；
[0064]
步骤3：控制器110向第二舵机122发送转动指令，使第二舵机122开始从b1至b2匀速转动，同时通过第二舵机的角度传感器检测第二舵机的转动角度，每检测到第二舵机的转动角度增加b时读取一次测距传感器和温度传感器的输出数据，每一次输出数据读取操作得到一检测结果，当检测到第二舵机转动到终点位置b2时，执行步骤4；
[0065]
步骤4：控制器110控制第二舵机122转动到第二舵机的起点位置b1，并通过第一舵机的角度传感器检测第一舵机的转动角度，若第一舵机未转动到终点位置a2，重复执行步骤2，若第一舵机转动到终点位置a2，检测过程结束。
[0066]
其中，得到的每一个检测结果可以具体包括第一舵机的转动角度θ1、第二舵机的转动角度θ2、测距传感器230采集的距离信息l和所述温度传感器 240采集的温度信息t，由于第一舵机和第二舵机的转动轴垂直，因此上位机可以通过以下方式确定检测结果的检测位置：
[0067]
x＝l*sin(θ2)；
[0068]
y＝l*cos(θ2)*sin(θ1)；
[0069]
z＝l*cos(θ2)*cos(θ1)；
[0070]
得到的三维坐标(x,y,z)即为该检测结果的检测位置。
[0071]
本实用新型实施例还提供了一种粮堆监测系统，包括上位机和上述的粮堆监测装置，所述上位机与所述粮堆监测装置之间通信连接，该上位机可以是 pc、手机、平板电脑等终端设备。
[0072]
例如，通过上述的上位机和粮堆监测装置可以测出粮堆的三维形状，并可视化展示给用户，这样，用户可以通过对比不同时间粮堆三维形状的变化，直观的判断出粮仓内粮食数量的变化(增加或减少)。另外，上位机还可以根据粮堆的表面三维模型，计算出粮堆的体积，并能够通过体积的变化计算出粮食的变化量，使用户可以得到较为精确的粮食变化情况，实现对粮食数量较为准确的管理，即通过本实用新型的粮堆监测系统，不但可以使用户能够实时的了解粮堆的温度状态，还可以精确的得到粮堆的数量变化情况。
[0073]
例如，在一实施例中，所述粮堆监测系统包括多个所述粮堆监测装置，不同粮堆监测装置设置在粮堆上方的不同位置。
[0074]
本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
[0075]
应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本实用新型的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本实用新型的权利要求范围内。