CN101694473A - 基于气味的便携式虫害信息检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于气味的便携式虫害信息检测系统。包括昆虫与植物的混合气味采集控制系统、信号调理单元、数据采集卡和计算机；混合气味采集控制系统经信号调理单元接数据采集卡，数据采集卡分别与计算机、昆虫与植物的混合气味采集控制系统中的第一、第二电磁阀和气泵电连接。工作时计算机打开气泵将昆虫与植物的混合气味抽入传感器反应室内，经气敏传感器阵列将气味转换为电信号后由数据采集卡传给计算机进行分析处理判断虫害情况，采集时间过后再通入新鲜空气，将吸附在气敏传感器阵列上的气味分子除掉以便下次采集。本发明可及时发现植物虫害情况，还可通过改变气敏传感器阵列中的传感器对不同昆虫的气味进行采集分析。
Description
技术领域
本发明涉及的是农作物虫害信息检测仪器，具体是涉及一种基于气味的便携式虫害信息检测系统。
背景技术
农作物虫害是影响中国农业持续、稳定和健康发展的障碍。每年都有几种重大虫害暴发和流行，导致农作物大面积减产和失收，品质下降。进一步减少因各种虫害造成的损失，关键在于作物虫害预报的准确性以及能否在虫害发生的初期及时报警，并采取相应措施阻止虫害进一步发展，最好能将其消灭在萌芽状态。昆虫在其生命活动中会产生挥发性物质，植物在受到昆虫侵害时也会产生挥发性物质，且这些挥发物足以让气敏传感器有明显的响应，使检测系统能够检测并进行区分识别。但目前对虫害的观测主要采用人工方式，还未出现能安装到田间对作物虫害进行实时检测的仪器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于气味的便携式虫害信息检测系统，能安装到田间通过昆虫与植物的混合气味来检测农作物是否发生虫害及农作物被虫伤害程度的检测仪器。
为了能达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明它包括昆虫与植物的混合气味采集控制系统、信号调理单元、数据采集卡和计算机；混合气味采集控制系统经信号调理单元接数据采集卡，数据采集卡与计算机电连接，数据采集卡还与昆虫与植物的混合气味采集控制系统中的第一电磁阀、第二电磁阀和气泵电连接。
所述的昆虫与植物的混合气味采集控制系统中，气敏传感器阵列分别由八只不同的气敏传感器组成，并封装在传感器反应室内，传感器反应室与气泵相连，气泵通过三通分别与第一电磁阀和第二电磁阀的一端相连，第一电磁阀(F1)的另一端通入田间植物丛中的昆虫与植物混合气味，第二电磁阀的另一端通入田间植物丛上方流动新鲜空气。
所述的气敏传感器阵列：包括八只不同的气敏传感器，第一气敏传感器的1、3脚相连后接集成运算放大器OP1的输出端，第一气敏传感器的4、6脚相连后通过电阻R1接电源B1负极，第一气敏传感器的2脚接电源B1正极后再接地，第一气敏传感器的5脚接电源B1负极，第一气敏传感器的4脚接相应的集成运算放大器OP1的反向输入端，另外七只气敏传感器的连接方式与第一气敏传感器完全相同。
所述的信号调理单元中，第一路的集成运算放大器OP1的同向输入端接地，电源B1负极接集成运算放大器OP1的负电源端，集成运算放大器OP1的正电源端接电源B2正极，电源B2负极接地，集成运算放大器OP1的输出端再与数据采集系统的第一个输入端Ai1相连，其他七路信号调理单元的连接方式与第一路完全相同。
所述的数据采集卡中，数据采集卡的八个输入端Ai1～Ai8分别与信号调理单元内的八个集成运算放大器的输出端相连，数据采集卡的USB接口与计算机的USB接口相接，数据采集卡的第一输出端AO1通过第一电阻RT1接第一个三极管基极，第一个三极管集电极接第一继电器，第一继电器的另一端与第一电磁阀相连后接电源VCC，第一电磁阀的另一端经第一继电器的常开触点与第一个三极管发射极相连后接地；数据采集卡的第二输出端AO2通过第二电阻RT2接第二个三极管基极，第二个三极管集电极接第二继电器，第二继电器的另一端与第二电磁阀相连后接电源VCC，第二电磁阀的另一端经第二继电器的常开触点与第二个三极管发射极相连后接地；数据采集卡的第三输出端AO3通过第三电阻RT3接第三个三极管基极，第三个三极管集电极接第三继电器(J3)，第三继电器的另一端与气泵相连后接电源VCC，气泵的另一端经第三继电器(J3)的常开触点与第三个三极管发射极相连后接地。
本发明具有的有益的效果是：
整个昆虫与植物的混合气味采集由计算机自动控制，将气味采集端置于田间植物丛后，计算机控制数据采集卡打开气泵，先把气路切换到混合气味采集状态将田间植物丛中带有植物与昆虫混合气味的空气输入传感器阵列反应室内，通过气敏传感器阵列将气味转换为电信号由数据采集卡传给计算机进行分析处理，判断是否发生虫害及虫害程度，采集时间过后再将气路切换到清洗状态，吸入田间植物丛上方新鲜空气将吸附在气敏传感器阵列上的气味分子除掉以便下次采集。本发明具有可重复开发能力，只要更换一个或几个传感器即可组成新的传感器阵列，针对新的虫害检测应用重新建立数学模型，方便地对不同昆虫与植物的混合气味进行采集分析。
附图说明
图1是本发明的结构原理框图。
图2是本发明传感器阵列连接和信号调理线路原理图。
图3是数据采集与控制系统线路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明它包括昆虫与植物的混合气味采集控制系统U1、信号调理单元U2、数据采集卡U3和计算机U4；混合气味采集控制系统U1经信号调理单元U2接数据采集卡U3，数据采集卡U3与计算机U4电连接，数据采集卡U3还与昆虫与植物的混合气味采集控制系统U1中的第一电磁阀F1、第二电磁阀F2和气泵B电连接。
如图1所示，所述的昆虫与植物的混合气味采集控制系统U1中，气敏传感器阵列QZ分别由八只不同的气敏传感器组成，并封装在传感器反应室H内，传感器反应室H与气泵B相连，气泵B通过三通T分别与第一电磁阀F1和第二电磁阀F2的一端相连，第一电磁阀F1的另一端通入田间植物丛中的昆虫与植物混合气味，第二电磁阀F2的另一端通入田间植物丛上方流动新鲜空气。
如图2所示，所述的气敏传感器阵列QZ：包括八只不同的气敏传感器Q1～Q8，第一气敏传感器Q1的1、3脚相连后接集成运算放大器OP1的输出端，第一气敏传感器Q1的4、6脚相连后通过电阻R1接电源B1负极，第一气敏传感器Q1的2脚接电源B1正极后再接地，第一气敏传感器Q1的5脚接电源B1负极，第一气敏传感器Q1的4脚接相应的集成运算放大器OP1的反向输入端，另外七只气敏传感器Q2～Q8的连接方式与第一气敏传感器Q1完全相同。
如图2所示，所述的信号调理单元U2中，第一路的集成运算放大器OP1的同向输入端接地，电源B1负极接集成运算放大器OP1的负电源端，集成运算放大器OP1的正电源端接电源B2正极，电源B2负极接地，集成运算放大器OP1的输出端再与数据采集系统U3的第一个输入端Ai1相连，其他七路信号调理单元的连接方式与第一路完全相同。
如图3所示，所述的数据采集卡U3中，数据采集卡U3的八个输入端Ai1～Ai8分别与信号调理单元U2内的八个集成运算放大器的输出端相连，数据采集卡U3的USB接口与计算机U4的USB接口相接，数据采集卡U3的第一输出端AO1通过第一电阻RT1接第一个三极管T1基极，第一个三极管T1集电极接第一继电器J1，第一继电器J1的另一端与第一电磁阀F1相连后接电源VCC，第一电磁阀F1的另一端经第一继电器J1的常开触点与第一个三极管T1发射极相连后接地；数据采集卡U3的第二输出端AO2通过第二电阻RT2接第二个三极管T2基极，第二个三极管T2集电极接第二继电器J2，第二继电器J2的另一端与第二电磁阀F2相连后接电源VCC，第二电磁阀F2的另一端经第二继电器J2的常开触点与第二个三极管T2发射极相连后接地；数据采集卡U3的第三输出端AO3通过第三电阻RT3接第三个三极管T3基极，第三个三极管T3集电极接第三继电器J3，第三继电器J3的另一端与气泵B相连后接电源VCC，气泵B的另一端经第三继电器J3的常开触点与第三个三极管T3发射极相连后接地。
工作时，计算机根据程序，先把气路切换到混合气味采集状态，再打开气泵，将昆虫与植物的混合气味抽入传感器反应室H内，经气敏传感器阵列将混合气味转换为电信号后由数据采集卡传给计算机进行分析处理判断虫害情况，采集时间过后再将气路切换到清洗状态，将吸附在气敏传感器阵列上的气味分子除掉以便下次采集。
由于昆虫在其生命活动中会产生挥发性物质，植物在受到昆虫侵害时也会产生挥发性物质，系统工作时，可将田间植物丛中带有植物与昆虫混合气味的空气抽入传感器反应室H内，由于不同的气敏传感器对不同气味的敏感性不同，使其输出电压也不同，由八只气敏传感器组成的传感器阵列QZ会产生八个不同的输出电压，形成一种气味信息指纹图，一种气味对应一种信息指纹图，计算机经“训练”后将各种气味的信息指纹图组成数据库，由此判断出是否发生虫害及虫害程度，还可通过更换一个或几个传感器组成新的传感器阵列，针对新的虫害检测应用重新建立数学模型，以便对不同昆虫与植物的混合气味进行采集分析。
本发明包括混合气味采集控制系统U1、信号调理单元U2、数据采集卡U3、计算机U4，其中：混合气味采集控制系统U1中的气敏传感器阵列可选用金属氧化物型半导体传感器、有机导电聚合物传感器或金属氧化物型半导体场效应传感器，金属氧化物型半导体传感器如MQ-138、TGS822、MQ-135、TGS800、TGS2513、TGS2602、TGS880、TGS825传感器组成，将传感器阵列均匀分布在传感器反应室H里，传感器反应室H由金属或玻璃容器组成，气泵采用12伏微型气泵，电磁阀采用5伏气体电磁阀，信号调理单元U2中的集成运算放大器可选用高增益低噪音放大器，数据采集卡U3选用NI公司USB6009型数据采集卡，计算机U4可选用笔记本电脑。
Claims (6)
1.一种基于气味的便携式虫害信息检测系统，其特征在于：它包括昆虫与植物的混合气味采集控制系统(U1)、信号调理单元(U2)、数据采集卡(U3)和计算机(U4)；混合气味采集控制系统(U1)经信号调理单元(U2)接数据采集卡(U3)，数据采集卡(U3)与计算机(U4)电连接，数据采集卡(U3)还与昆虫与植物的混合气味采集控制系统(U1)中的第一电磁阀(F1)、第二电磁阀(F2)和气泵(B)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于气味的便携式虫害信息检测系统，其特征在于：所述的昆虫与植物的混合气味采集控制系统(U1)中，气敏传感器阵列(QZ)分别由八只不同的气敏传感器组成，并封装在传感器反应室(H)内，传感器反应室(H)与气泵(B)相连，气泵(B)通过三通(T)分别与第一电磁阀(F1)和第二电磁阀(F2)的一端相连，第一电磁阀(F1)的另一端通入田间植物丛中的昆虫与植物混合气味，第二电磁阀(F2)的另一端通入田间植物丛上方流动新鲜空气。
3.根据权利要求2所述的一种基于气味的便携式虫害信息检测系统，其特征在于：所述的气敏传感器阵列(QZ)：包括八只不同的气敏传感器(Q1～Q8)，第一气敏传感器(Q1)的1、3脚相连后接集成运算放大器OP1的输出端，第一气敏传感器(Q1)的4、6脚相连后通过电阻R1接电源B1负极，第一气敏传感器(Q1)的2脚接电源B1正极后再接地，第一气敏传感器(Q1)的5脚接电源B1负极，第一气敏传感器(Q1)的4脚接相应的集成运算放大器OP1的反向输入端，另外七只气敏传感器(Q2～Q8)的连接方式与第一气敏传感器(Q1)完全相同。
4.根据权利要求1所述的一种基于气味的便携式虫害信息检测系统，其特征在于：所述的信号调理单元(U2)中，第一路的集成运算放大器OP1的同向输入端接地，电源B1负极接集成运算放大器OP1的负电源端，集成运算放大器OP1的正电源端接电源B2正极，电源B2负极接地，集成运算放大器OP1的输出端再与数据采集系统(U3)的第一个输入端Ai1相连，其他七路信号调理单元的连接方式与第一路完全相同。
5.根据权利要求1所述的一种基于气味的便携式虫害信息检测系统，其特征在于：所述的数据采集卡(U3)中，数据采集卡(U3)的八个输入端Ai1～Ai8分别与信号调理单元(U2)内的八个集成运算放大器的输出端相连，数据采集卡(U3)的USB接口与计算机(U4)的USB接口相接，数据采集卡(U3)的第一输出端AO1通过第一电阻RT1接第一个三极管(T1)基极，第一个三极管(T1)集电极接第一继电器(J1)，第一继电器(J1)的另一端与第一电磁阀(F1)相连后接电源VCC，第一电磁阀(F1)的另一端经第一继电器(J1)的常开触点与第一个三极管(T1)发射极相连后接地；数据采集卡(U3)的第二输出端AO2通过第二电阻RT2接第二个三极管(T2)基极，第二个三极管(T2)集电极接第二继电器(J2)，第二继电器(J2)的另一端与第二电磁阀(F2)相连后接电源VCC，第二电磁阀(F2)的另一端经第二继电器(J2)的常开触点与第二个三极管(T2)发射极相连后接地；数据采集卡(U3)的第三输出端AO3通过第三电阻RT3接第三个三极管(T3)基极，第三个三极管(T3)集电极接第三继电器(J3)，第三继电器(J3)的另一端与气泵(B)相连后接电源VCC，气泵(B)的另一端经第三继电器(J3)的常开触点与第三个三极管(T3)发射极相连后接地。
6.根据权利要求1所述的一种基于气味的便携式虫害信息检测系统，其特征在于：所述的八只不同的气敏传感器为金属氧化物型半导体传感器为MQ-138、TGS822、MQ-135、TGS800、TGS2513、TGS2602、TGS880和TGS825。
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