基于模糊PID的靶喷系统控制方法、装置和存储介质
技术领域
本申请涉及自动控制技术领域，特别是一种基于模糊PID的靶喷系统控制方法、装置和存储介质。
背景技术
在农业种植的过程中，杂草对于农作物的生长有害，通常采用喷洒除草剂的形式清除杂草，传统的人手喷洒方式已经无法满足当今的需求。为了实现自动化，常见的做法是采用无人机或除草机进行自动喷洒，但是现有方案只能进行大面积均匀喷洒，而杂草并非均匀生长，很容易出现草多的地方喷药过少，或者没草的地方喷洒过多的除草剂，除草效果较差。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种基于模糊PID的靶喷系统控制方法、装置和存储介质，能够自动调整喷洒流量，提高除草效果。
本申请解决其问题所采用的技术方案是：第一方面，本申请提供了一种基于模糊PID的靶喷系统控制方法，所述靶喷系统包括控制处理单元、摄像头、用于控制喷洒流量的电磁阀和模糊PID控制器，所述控制处理单元分别与模糊PID控制器、所述电磁阀和所述摄像头电连接，所述控制方法包括：
获取所述摄像头采集的杂草图像，通过预先设定的图像识别算法获取杂草密度信息；
获取所述电磁阀的当前喷洒流量，通过所述杂草密度信息从数据库中读取目标喷洒流量，根据所述当前喷洒流量和所述目标喷洒流量获取流量差值和差值变化率信息；
将所述流量差值和所述差值变化率信息发送至模糊PID控制器，并获取所述模糊PID控制器输出的PID控制参数，根据所述PID控制参数调整所述电磁阀的喷洒流量。
进一步，所述PID控制参数至少包括如下之一
增大开度信号；
减小开度信号。
进一步，所述靶喷系统还包括溢流阀，所述溢流阀与所述模糊PID控制器电连接，若所述PID控制参数包括增大开度信号，所述根据PID控制参数调整所述电磁阀的喷洒流量具体包括：
向所述电磁阀发送增大开度信号；
向所述溢流阀发送减少溢流信号。
进一步，若所述PID控制参数包括减小开度信号，所述根据PID控制参数调整所述电磁阀的喷洒流量具体包括：
向所述电磁阀发送减小开度信号；
向所述溢流阀发送增大溢流信号。
进一步，所述杂草密度通过预先训练的神经网络算法获取。
进一步，所述靶喷系统还包括超声波传感器，所述控制方法还包括：
通过所述超声波传感器获取喷洒距离信息；
将所述喷洒距离信息输入至所述模糊PID控制器中，以使所述模糊PID控制器调整所述PID控制参数。
进一步，所述目标喷洒流量通过查找预先设定在数据库的对照表获取。
进一步，所述杂草图像为所述摄像头采集的视频中的视频帧。
第二方面，本申请提供了一种基于模糊PID的靶喷系统控制装置，包括至少一个控制处理单元和用于与所述至少一个控制处理单元通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个控制处理单元执行的指令，所述指令被所述至少一个控制处理单元执行，以使所述至少一个控制处理单元能够执行如上述所述的基于模糊PID的靶喷系统控制方法。
第三方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于使计算机执行如上所述的基于模糊PID的靶喷系统控制方法。
第四方面，本申请还提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使计算机执行如上所述的基于模糊PID的靶喷系统控制方法。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下有益效果：本申请的控制方法应用于靶喷系统，所述靶喷系统包括摄像头、电磁阀和模糊PID控制器，所述模糊PID控制器与所述电磁阀电连接，该控制方法包括：通过获取摄像头采集的杂草图像，通过预先设定的图像识别算法获取杂草密度信息，获取所述电磁阀的当前喷洒流量，通过所述杂草密度信息从数据库中读取目标喷洒流量，根据所述当前喷洒流量和所述目标喷洒流量获取流量差值和差值变化率信息，将所述流量差值和所述差值变化率信息发送至模糊PID控制器，并获取所述模糊PID控制器输出的PID控制参数，根据所述PID控制参数调整所述电磁阀的喷洒流量；采用本实施例的技术方案，通过流量差值和差值变化率信息实现了模糊PID控制，根据杂草密度调整电磁阀的喷洒流量，从而实现了精准喷洒。
附图说明
下面结合附图和实例对本申请作进一步说明。
图1是本申请一个实施例提供的靶喷系统的模块结构图；
图2是本申请另一个实施例提供的一种基于模糊PID的靶喷系统控制方法的流程图；
图3是本申请另一个实施例提供的一种基于模糊PID的靶喷系统控制方法中增大喷洒流量的流程图；
图4是本申请另一个实施例提供的一种基于模糊PID的靶喷系统控制方法中减少喷洒流量的流程图；
图5是本申请另一个实施例提供的一种基于模糊PID的靶喷系统控制方法中获取PID控制信息的细化流程图；
图6是本申请另一个实施例提供的一种用于执行基于模糊PID的靶喷系统控制方法的装置示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，如果不冲突，本申请实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。
参考图1，图1为靶喷系统10的结构模块示意图，该靶喷系统10包括但不限于控制处理单元20，摄像头30，电磁阀40，模糊PID控制器50，溢流阀60。
在一实施例中，控制处理单元20可以是常见的控制芯片，例如FPGA，单片机等，也可以是搭载于靶喷系统的计算机等设备，根据实际需求选取即可。需要说明的是，控制处理单元20分别与模糊PID控制器50、电磁阀40、摄像头30和超声波传感器70电连接，能够获取模糊PID控制器50发送的PID控制参数，并根据该PID控制参数控制电磁阀40的开度增大或减小。需要说明的是，电磁阀可以是电脉冲电控式电磁阀，本实施例并不涉及具体电磁阀结构的改进，采用现有技术中的相关技术即可，在此不再赘述。需要说明的是，本实施例中的摄像头30、模糊PID控制器50也可以采用现有技术中的硬件结构，本实施例并不涉及硬件的改进，仅在控制方法上作出改进，在此不再赘述。需要说明的是，溢流阀60可以与装载药剂的药箱连接，在电磁阀50发生开合度变化时，溢流阀60受到的压力发生变化，从而控制流回药箱的药量。需要说明的是，本实施例的超声波传感器70可以采用现有技术中的任意型号，能够实现超声波测距即可，在此不再赘述。
参考图2，本申请的第一实施例提供了一种基于模糊PID的靶喷系统控制方法，应用于图1所示的靶喷系统，该控制方法包括以下步骤：
步骤S100，获取摄像头采集的杂草图像，通过预先设定的图像识别算法获取杂草密度信息；
步骤S200，获取电磁阀的当前喷洒流量，通过杂草密度信息从数据库中读取目标喷洒流量，根据当前喷洒流量和目标喷洒流量获取流量差值和差值变化率信息；
步骤S300，将流量差值和差值变化率信息发送至模糊PID控制器，并获取模糊PID控制器输出的PID控制参数，根据PID控制参数调整电磁阀的喷洒流量。
在一实施例中，由于摄像头采集到的图像同时包括杂草和作物，因此可以通过预先设定的图像识别算法识别出杂草，并根据识别出的杂草获取杂草密度信息，通过杂草密度信息体现杂草的数量，便于控制除草剂的喷洒量。
在一实施例中，目标喷洒流量可以通过任意形式获取，例如查表，或者通过预先设定的公式进行计算，根据实际需求选取具体方式即可，在此不再赘述。
在一实施例中，流量差值可以是当前喷洒流量减去目标喷洒流量所得数值的绝对值，差值变化率信息可以是差值变化的趋势，该数值需要通过若干次获取的流量差值获取，例如连续3次的流量差值越来越小，则差值变化率信息可以是流量差值减少的趋势，具体数值的选取方式根据实际需求制定即可。需要说明的是，由于每次用于获取PID控制参数的流量差值和差值变化率信息不同，因此用作PID模糊控制器的二维输入项，，将上述参数输入到模糊PID控制器中，代入现有技术中的PID公式即可得出PID控制参数，具体的PID公式并非本实施例作出的改进，在此不再赘述。
在本申请的另一个实施例中，PID控制参数至少包括如下之一
增大开度信号；
减小开度信号。
在一实施例中，由于电磁阀通常连通在喷头和喷雾泵之间，因此通过电脉冲点控制控制电磁阀能够实现改变喷洒流量，本实施例优选通过控制电磁阀的开度，能够实现精准控制。
参考图3，在本申请的另一个实施例中，若PID控制参数包括增大开度信号，步骤S300还包括但不限于以下细化步骤：
步骤S311，向电磁阀发送增大开度信号；
步骤S312，向溢流阀发送减少溢流信号。
在一实施例中，若PID控制参数包括增大开度信号，则在向电磁阀发送增大开度信号的同时，还可以向溢流阀发送减少溢流信号，溢流阀收到的压力减小，溢流回药箱的药量也随之减小，能够喷出的药量更多，更好地实现增大喷洒流量。
参考图4，在本申请的另一个实施例中，若PID控制参数包括减小开度信号，步骤S300还包括但不限于以下细化步骤：
步骤S321，向电磁阀发送减小开度信号；
步骤S322，向溢流阀发送增大溢流信号。
需要说明的是，减少喷洒流量的原理与图3所示实施例的原理类似，控制方向相反即可，在此不再赘述。
在本申请的另一个实施例中，杂草密度通过预先训练的神经网络算法获取。
在一实施例中，杂草密度可以通过任意方式获取，本实施例优选通过预先训练的神经网络算法获取，神经网络算法具有计算速度快，准确度高的特点，能够快速得出杂草密度。同时，由于摄像头还可以用于获取视频信息，使得靶喷系统在移动的过程中不断采集杂草图像，因此利用神经网络算法的时效性能够满足实时获取杂草密度，从而实时调整喷洒流量，提高自动化程度。
参考图5，在本申请的另一个实施例中，靶喷系统还包括超声波传感器，步骤S200还包括但不限于以下细化步骤：
步骤S210，通过超声波传感器获取喷洒距离信息；
步骤S220，将喷洒距离信息输入至模糊PID控制器中，以使模糊PID控制器调整PID控制参数。
在一实施例中，在喷洒流量满足杂草密度的情况下，还需要考虑靶喷系统与杂草之间的距离，例如在实际应用中，靶喷系统通常安装在除草机或者无人机的云台中，因此靶喷系统处于不停移动的过程，为了实现更好的喷洒效果，本实施例优选通过超声波传感器进行超声波测距，具有测量速度快，准确度高的特点。
需要说明的是，喷洒距离信息输入至模糊PID控制器后，在已有的PID控制参数的基础上，喷洒距离越大，可以是增大电磁阀的开度，也可以是增大喷雾泵的功率，反之亦然，根据实际需求选取具体的控制方式，能够实现对喷洒距离的补偿即可。
在本申请的另一个实施例中，目标喷洒流量通过查找预先设定在数据库的对照表获取。
在一实施例中，目标喷洒流量通过对照表保存为本实施例的优选，能够减少计算量。需要说明的是，对照表中可以保存直接使用的目标喷洒流量，也可以保存增量值，例如在当前喷洒流量的情况下加上该增量值，得出的数值为目标喷洒流量，具体方式根据实际需求选取即可。
在本申请的另一个实施例中，杂草图像为摄像头采集的视频中的视频帧。
在一实施例中，摄像头采集视频能够为实现实时控制喷洒流量提供数据基础，由于靶喷系统通常处于运动状态中，而且喷洒面积较大，因此通过摄像头采集视频，并从视频中获取具体的视频帧作为杂草图像，能够根据当前获取的杂草图像实现实时调整喷洒流量，提高除草剂喷洒的准确度。
参考图6，本申请的另一个实施例还提供了一种基于模糊PID的靶喷系统控制装置6000，包括：存储器6100、控制处理器6200及存储在存储器6200上并可在控制处理器6200上运行的计算机程序，控制处理单元执行所述计算机程序时实现如上任意实施例中的基于模糊PID的靶喷系统控制方法，例如，执行以上描述的图2中的方法步骤S100至S300，图3中的方法步骤S311至S312，图4中的方法步骤S321至S322，图5中的方法步骤S210至S220。
控制处理器6200和存储器6100可以通过总线或者其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。
存储器6100作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序。此外，存储器6100可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器6100可选包括相对于控制处理器6200远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该基于模糊PID的靶喷系统控制装置6000。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
此外，本申请的另一个实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个控制处理单元执行，例如，被图6中的一个控制处理器6200执行，可使得上述一个或多个控制处理器6200执行上述方法实施例中的基于模糊PID的靶喷系统控制方法，例如，执行以上描述的图2中的方法步骤S100至S300，图3中的方法步骤S311至S312，图4中的方法步骤S321至S322，图5中的方法步骤S210至S220。
需要说明的是，由于本实施例中的用于执行基于模糊PID的靶喷系统控制方法的装置与上述的基于模糊PID的靶喷系统控制方法基于相同的发明构思，因此，方法实施例中的相应内容同样适用于本装置实施例，此处不再详述。
通过以上的实施方式的描述，本领域技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现。本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(ReadOnly Memory,ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory,RAM)等。
以上是对本申请的较佳实施进行了具体说明，但本申请并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本申请精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
