FTBUG-研究專用系統

概述

• 大部分的實驗與研究設計，在主要的系統需求上，一般是類似的。
• 這個研究系統的目標是讓 研究與實驗能有效地展開，資料能夠被感測，收集，分析，並能將資料公開給大家使用

文件狀態

• 草稿狀態，請大家隨意補充
• 
  

系統需求

• 土壤濕度感測
• 定時量測
• 針對特定區域範圍給水
• 拍照
• 分析生長指標
• 照片，感測值，生長指標需能保持歷史紀錄
• 照片，感測值，生長指標需能被存取與分析，進行後續研究
• 系統記錄與資料存取架構

情境要求

• 能定時，定點進行澆水任務，照相，儲存
• 能順利接軌後續分析工作

規格

• 給水子系統給水量須控制在 TBD CC 以內
• 
  

系統設計

• 量測紀錄記錄在 DB, 照片放檔案系統
• 主要程式語言使用 Python (版本待訂)
• RPI 主環境： RASPBIAN
• DB：？ (量測資料未自動收值時, 初期先存在 MS Access; 需評估自動收值後所需的資料空間需求)
• Script 自動化：Camera Commander
• 時間自動化：使用 系統 crontab 發命令給 Camera Commander
• Log 設計： file based log, 使用 logrotate 做每日 log
• python module
  • opencv
  • 
    
• 跟氣象站介接
• 跟外部資料介接
• 提供資料給其他系統
  • 量測記錄匯出格式：CSV, JSON, JPEG
  • 
    

• FBTUG 子專案-Camera Commander
• FBTUG 子專案-辨識與機器學習
• 
  

系統架構

FBTUG Cloud Manager 設計

FarmBot 預計用 JSON 格式上傳，預期包含 檔名，照相位置，時間，辨識補充資料 等

JSON Example

{  

   "Metadata":{  

      "PathName":"Case1/I20170407105501-0.jpg",

      "TimeStamp":"20170407105501",

      "Area":"地點#1",

      "Position":"拍照位置",

      "Camid":"相機編號",

          "XYZPosition": "X-100 Y-200 Z-300",

      "Temperature":35,

      "Humandity":65

   },

   "Shape":{  

      "Width":400,

      "Height":600,

      "Size":35000

   },

   "ColorSpace":{  

      "Format":"RGB",

      "Channels":3

   },

   "Identify":{  

      "PlantsArea":{  

         "Green":0.3432,

         "Red":0.1282

      },

      "WeedsDetect":{  

         "Weeds-type":5,

         "Weeds-ratio":0.1532

      },

      "SeedsStatus":{  

      },

      "WateringStatus":{  

      }

   }

}

感測，照片資料格式定義

一圖多 Tag 架構

• Tag 用 JSON 格式，可多個檔案以因應不同系統陸續產生的資料

圖檔名定義

• IYYYYMMDDhhmmss-%seq.jpg, seq 從零開始編起
• ex: I20170407105501-0.jpg

Tag 檔名定義

• T%圖檔名_%tagseq.json, tagseq 從零開始編起
• ex: T20170407105501-0_0.json

Tag0 資訊

• 照相位置，時間，環境資訊，取照片原因等其他資訊
• JSON
• {  
•    "Metadata":{  
•       "PathName":"Case1/I20170407105501-0.jpg",
•       "TimeStamp":"20170407105501",
•       "Area":"地點#1",
•       "Position":"拍照位置",
•       "Camid":"相機編號",
•           "XYZPosition": "X-100 Y-200 Z-300",
•       "Temperature":35,
•       "Humandity":65
•    },
•    "Shape":{  
•       "Width":400,
•       "Height":600,
•       "Size":35000
•    },
•    "ColorSpace":{  
•       "Format":"RGB",
•       "Channels":3
•    }
• }

Tag1 資訊

• 影像處理後的輸出資訊，比方說 N01-植栽覆蓋率 (unit %)
• JSON
• "Identify":{  
•       "PlantsArea":{  
•          "Green":0.3432,
•          "Red":0.1282
•       },
•       "WeedsDetect":{  
•          "Weeds-type":5,
•          "Weeds-ratio":0.1532
•       },
•       "SeedsStatus":{  
• 
  
•       },
•       "WateringStatus":{  
• 
  
•       }
•    }
• 
  

系統介面

• RPI<->FBTUG Cloud Manager
  • Mount file system 到 local, 圖存在 file system 中
    • 將對應的 photo tag 用 JSON 格式也存一份一對一的檔案
  • 將 JSON 上傳 Cloud Manager

給水控制

• 需知道育苗盤容量，乾土到滿水土所需的水量，以提供給水控制設計參考

系統實現

• RPI 環境 github : https://github.com/FBTUG/DevZone/tree/master/firmware/rpi_env

• Directory
  • ~/farmabot
    • rpi_env

系統安裝

• 安裝 RASPBIAN
  • Download and install RASPBIAN JESSIE WITH PIXEL 4.4
• Setup
  • 第一次開機
    • Raspberry Pi Configuration
      • 手動連上 wifi
      • Enable Camera,SSH
      • 可參考 https://www.raspberrypi.org/documentation/remote-access/ssh/
  • check out DevZone
    • mkdir farmbot; cd farmbot
    • git clone https://github.com/FBTUG/DevZone.git
  • run installation script
    • ./DevZone/firmware/rpi_env/script/setup.sh

[實際安裝問題解決-by Joe]

setup.sh 內的 minicom 在安裝時, 如有show error message -- "package minicom is not available"

1. 請執行以下 command --(可以先試item 2, 如果可行的話就略過此點)

•  sudo apt-get update && sudo apt-get upgrade -y && sudo apt-get dist-upgrade -y && sudo apt-get install minicom

   2. 如果還是failed, 請更改 \etc\apt\source.list   (權限問題, 請下 chmod a+w source.list 才能更改)

    在source.list 新增以下的path --

• deb-src http://archive.raspbian.org/raspbian/ wheezy main contrib non-free rpi
• deb http://mirrordirector.raspbian.org/raspbian/ wheezy main contrib non-free rpi 
• deb http://archive.raspbian.org/raspbian wheezy main contrib non-free rpi

   重新下command:

   sudo apt-get update

   sudo apt-get install minicom

系統討論會議-1

時間： 2017/4/7，QNAP會議摘要，哈爸與 Jarvis

快速結論：

1. 哈爸會將討論的系統大架構，說明記錄在共筆

2. 分工方式為，Jarvis 會補充 QNAP 內的一些架構說明以及協助設計界接的 API

3. 基本 FarmBot <-> QNAP 介面為： file system based photo, JSON upload by RaspAPI

系統討論會議-2

時間： 2017/4/8，哈爸與幸延

快速結論：

1. 氣象站會有 RespAPI, G0v 專案也會匯集氣象站的資料，提供 Api, 需要時可以考慮要用哪一個
2. 已經請幸延提供 API 相關資訊，以提供系統設計參考
3. 目前研究 QNAP 平台是否能融合 FBTUG, Open Hack Farm 情境，提供單一後台平台

Q&A

Q1: 為何不使用 FarmBot 原廠系統，還需要另外做？

A: FarmBot 原廠系統主要設計針對使用者情境，對研究相當不方便。由於系統也相當龐大，修改相對不容易。所以目前的方向是，能使用原廠功能的部分，還是盡可能使用跟原廠同步，針對研究需求，我們會建構與維護另外一個研究系統。個別系統會有不同的 SD card, 換卡就能換系統

Q2: 一圖多 tag 架構，上傳到 Cloud Manager 要如何管理？

A: 

參考

• FreeBird - 台灣優秀開源團隊的一站式開源專案