CN103125457B - 基于dsp和物联网的果园橘小实蝇虫害识别系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于DSP和物联网的果园橘小实蝇虫害识别系统，包括安装支架，固定于安装支架的新型捕虫器，安装于新型捕虫器上方的工业摄像头，以及固定于安装支架上的外壳；所述新型捕虫器内部设有光电检测模块，所述外壳内部安装有顺序连接的DSP数字图像处理模块、STM32功能电路、GSM/GPRS无线通信模块和充电控制模块；所述外壳表面设有显示器及触摸屏，所述充电控制模块还连接有太阳能电池板。本发明将DSP技术、机器视觉技术、物联网技术结合，将在DSP处理器平台上实现机器视觉技术，应用于果园橘小实蝇检测识别当中，实现对橘小实蝇快速、精准的检测识别；同时实现果园虫害的实时自动监测，减少人力物力在果园虫害监测过程中的耗费。

Description

基于DSP和物联网的果园橘小实蝇虫害识别系统

技术领域

本发明涉及农业生产中虫害防治的技术领域，特别涉及基于DSP和物联网的果园橘小实蝇虫害识别系统。

背景技术

柑橘作为我国南方主要水果之一，种植品种多、范围广，柑橘产业促进了广东经济的发展和人民收入的提高。由于柑橘产区环境气候适宜果树生长的同时也为病虫害的延伸提供了契机，伴随而来的病虫害严重地影响这一水果产业的发展。及时发现和控制病虫害，对确保果树的产量和质量具有重要的作用。橘小实蝇是果树的主要病虫害之一，其幼虫取食果瓤，形成蛆柑，造成腐烂，引起果实早期脱落，对柑橘树生长和柑橘生产造成严重的影响。对于果园橘小实蝇虫害，通过化学防治和物理机械防治等手段也可以起到一定减少的效果，但随之而来的是环境的恶化与污染的加剧，进而危害到消费者的健康。所以，要实现对柑橘园虫害的有效检测，应该在人与自然交流经验的基础上进行改进与创新。

柑橘园虫害的现场自动监测方法与技术具有重大的研究价值，尤其是大尺度地研究一个果园或者一个区域内虫害的动态变化规律以及其与气候变化、防治方式等的关系，在防治方式选择、果园经营管理上有重要的理论和实践价值。根据对柑橘小实蝇形态特征的了解，可以采用机器视觉技术进行检测。目前机器视觉技术逐渐被广泛应用于果园虫害检测当中，并取得了一定的成果，但限于现有监测设备的不足，工作人员需要进行现场检测或现场取样发送实验室进行研究分析，受到人力工作强度及工作时间的限制，无法对果园实施大面积、大范围的监测，更无法保证监测结果的实时性，影响对果园虫害的判断，无法达到农业生产自动化的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种可以实现农业化信息共享、对果园虫害进行远程监测的果园橘小实蝇虫害识别系统。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于DSP和物联网的果园橘小实蝇虫害识别系统，包括安装支架，固定于安装支架的新型捕虫器，安装于新型捕虫器上方的工业摄像头，以及固定于安装支架上的外壳；所述新型捕虫器内部设有光电检测模块，所述外壳内部安装有顺序连接的DSP数字图像处理模块、STM32功能电路、GSM/GPRS无线通信模块和充电控制模块；所述外壳表面设有显示器及触摸屏，所述充电控制模块还连接有太阳能电池板。

所述DSP数字图像处理模块以DSP处理器处为核心，包括视频编码/解码电路、并口转串口通信电路以及开关稳压电源电路，工业摄像头与DSP数字图像处理模块连接，工业摄像头的获取的实时图像数据经视频解码/解码电路解码后，由DSP处理器分析处理，然后DSP处理器通过并口转串口通信电路与STM32功能电路连接通信；所述开关稳压电源电路分别连接视频编码/解码电路、DSP处理器以及并口转串口通信电路。

所述DSP处理器执行目标检测、目标跟踪、目标识别三种机器视觉算法。

所述DSP处理器对目标图象进行标准JPEG格式编码压缩，以板载SDRAM为缓冲区，并通过并口转串口通信电路将压缩后图像数据发送至STM32功能电路。

所述的STM32功能电路包括32位微控制器、TF卡存储模块、无线通信模块、RS485总线电路、液晶驱动电路、液晶显示器、AD转换模块、电阻式触摸屏、以及LDO稳压电路；32位微控制器以SDIO通信方式与TF卡存储模块连接通信、通过第一串行通信通道与无线通信模块连接通信、通过第二串行通信通道与GSM/GPRS模块连接通信、通过第三串行通信通道与RS485总线电路连接通信；32位微控制器通过液晶驱动电路控制TFT液晶显示器、通过AD转换模块控制电阻式触摸屏。

所述的32位微控制器在处理空闲期，其后台任务控制GSM/GPRS无线通信模块通过GPRS无线网络TCP/IP协议将本地数据发送至远程服务器及从远程服务器获取控制命令。

所述的32位微控制器使用GSM/GPRS模块建立短信SMS和彩信MMS服务平台，接收特定短信SMS指令，将果园里所有监测节点的监测数据通过短信SMS发送至远程客户端或将压缩图像数据附带识别分类数据通过彩信MMS发送至远程客户端。

所述的32位微控制器使用所控制的液晶显示器和电阻式触摸屏，建立GUI交互式操作平台；GUI交互式操作平台包含图像查看界面和数据查看界面，TF卡图片存储文件夹中压缩图像数据将显示于图像查看界面，并可自由切换，TF卡数据文件夹中识别分类数据对应显示于图像查看界面图像信息区域；数据查看界面建表分类显示果园里所有监测节点的监测数据。

所述的光电检测模块包括8位微控制器、红外传感器及其驱动电路、433MHz无线通信模块、RS485总线电路、LDO稳压模块；光电检测模块由安装于捕虫器内部的3.7V锂离子电池供电，锂离子电池由外部充电管理；8位微控制器通过红外传感器及其驱动电路对橘小实蝇进行检测，通过433MHz无线通信模块或RS485总线电路与STM32功能电路进行无线或有线通信。

所述的红外传感器为8对3mm红外对管，安装于新型捕虫器瓶盖进虫通道处，每通道安装两对红外对管，对由不同方向通过进虫同道的橘小实蝇加以区分。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本发明在嵌入式DSP处理器上实现机器视觉技术，执行目标检测、目标跟踪、目标识别三种机器视觉算法，算法执行效率高、运行速度快、运算结果准确，达到实时处理的目的。所述目标检测算法能准确检测图像中运动果实蝇目标；所以目标跟踪算法能实时跟踪目标检测算法所检测到的运动果实蝇目标；所述目标识别算法能准确识别目标检测算法所检测到的运动果实蝇目标的所属种类。

2、本发明使用433MHz无线通信模块进行无线通信，通信效率高、速率高，其组网通信稳定、抗干扰能力强，能有效地在果园实现远距离的组网通信数据传输。

3、本发明所述STM32功能电路建立交互式操作平台，平台操作简单，功能界面明了，为果园现场虫害查看提供更大的便捷。

4、本发明所提供的远程监控功能将数据传送至远程服务器，有助于果园虫害信息的共享及远程监测；所提供SMS（短信）/MMS（彩信）菜单查询功能用于远程监测果园虫害，便于查看果园当前虫害状况，实用性极广，监测数据实时性高。

5、本发明所述光电检测模块检测灵敏，检测准确率高，功耗低；其内置3.7V锂离子电池供电，方便独立安装。

6、本发明总体使用太阳能电池供电，能独立安装于果园而无需人工值守，监测系统独立工作实现其功能，实现更高要求的果园橘小实蝇虫害自动化监测。

7、本发明将DSP技术、机器视觉技术、物联网技术结合，将在DSP处理器平台上实现机器视觉技术，应用于果园橘小实蝇检测识别当中，实现对橘小实蝇快速、精准的检测识别；橘小实蝇虫害识别系统应用于果园虫害防治当中，实现果园虫害的实时自动监测，减少人力物力在果园虫害监测过程中的耗费。

附图说明

图1为本发明所述的系统结构示意图；

图2为本发明所述的数字图像处理模块结构示意图；

图3为本发明所述的STM32功能电路结构示意图；

图4为本发明所述的光电检测模块结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明为一安装于果园基于DSP和物联网的果园橘小实蝇虫害识别系统，包含铝合金支架，固定于铝合金支架的新型捕虫器，安装于新型捕虫器上方的工业摄像头，安装于捕虫器内部的光电检测模块，固定于铝合金支架的太阳能电池板，安装于塑料外壳内部的数字图像处理模块、STM32功能电路、GSM/GPRS无线通信模块、充电控制模块，固定于塑料外壳内部的太阳能电池，安装于塑料外壳外表面的TFT液晶显示器及电阻式触摸屏，塑料外壳为长方体容体，固定于铝合金支架，太阳能电池板电源线、工业摄像头视频线及电源线、光电检测模块电源线通过塑料外壳上的航空插头与塑料外壳内部模块连接，塑料外壳上方安装有电源开关、复位开关、电源指示灯。

如图2所示，基于DSP和物联网的果园橘小实蝇虫害识别系统的数字图像处理模块包括TMS320DM642DSP处理器、视频编码/解码电路、并口转串口通信电路、开关稳压电源电路，工业摄像头的获取的实时图像数据经解码电路解码后，由TMS320DM642DSP处理器分析处理，TMS320DM642DSP处理器通过并口转串口通信电路与STM32功能电路连接。

如图3所示，基于DSP和物联网的果园橘小实蝇虫害识别系统的STM32功能电路包含STM32F103VET632位微控制器、TF卡存储模块、433MHz无线通信模块、RS485总线电路、TFT液晶驱动电路、AD转换模块、LDO稳压电路。STM32F103VET6通过串口接收DSP数字图像处理模块的数据，并保存至TF卡中，STM32F103VET6通过433MHz无线通信模块与光电检测模块进行数据传输或通过RS485总线电路与光电检测模块进行数据传输，STM32F103VET6可通过433MHz无线通信模块与本地果蝇监测节点组网通信，STM32F103VET6通过GSM/GPRS无线通信模块将本地数据发送至远程服务器，STM32F103VET6通过TFT液晶驱动电路驱动安装于塑料外壳外表面的TFT液晶屏、通过AD转换模块控制电阻式触摸屏。

如图4所示，基于DSP和物联网的果园橘小实蝇虫害识别系统的光电检测模块包含STC89C528位微控制器、红外传感器及其驱动电路、433MHz无线通信模块、RS485总线电路、LDO稳压模块。光电检测模块由安装于捕虫器内部的3.7V锂离子电池供电，锂离子电池由外部充电管理。STC89C52通过红外传感器及其驱动电路对橘小实蝇进行检测，通过433MHz无线通信模块或RS485总线电路与STM32功能电路进行无线或有线通信。

基于DSP和物联网的果园橘小实蝇虫害识别系统由太阳能电池板供电，可独立安装在果园中实现无人值守自动化橘小实蝇监测工作。使用时将性引诱剂或其他果实蝇引诱剂添加进新型捕虫器内部，橘小实蝇由捕虫器瓶盖进虫通道进入捕虫器瓶子，触发安装于进虫通道两侧由光电检测模块检测控制的红外对管，STC89C52微控制器分析触发信号，对瓶子内部橘小实蝇数量记录并存储于片上EEPROM。

光电检测模块工作于独立模式时，光电检测模块与同一果园的橘小实蝇虫害识别系统内的光电检测模块通过433MHz无线通信模块形成无线通信网络组网通信，各监测节点的橘小实蝇数量信息以队列形式在433MHz无线通信网络中传输，最终传输至处于协同工作模式的虫害识别系统。

光电检测模块处于协同工作模式时，当检测到有橘小实蝇进入捕虫器时，光电检测模块将触发信号通过RS485总线电路有线发送至STM32功能电路或通过433MHz无线通信模块发送至STM32功能电路；STM32功能电路记录保存触发信号，并触发启动数字图像处理模块和工业摄像头，数字图像处理模块内部TMS320DM642DSP处理器启动后对板载功能电路初始化，通过视频解码电路获取工业摄像头图像数据，执行橘小实蝇检测、跟踪、识别三种算法，处理分析工业摄像头获取的橘小实蝇动态影像，当视频监测区域存在目标橘小实蝇时，TMS320DM642DSP处理器启动计数模块，统计当前视频监测区内橘小实蝇数目，并执行标准JPEG图像压缩算法，得到的JPEG图像暂存于SDRAM中，并由后台任务通过并口转串口通信电路发送至STM32功能电路；当前视频监测区域内存在其他种类果实蝇时，对目标果实蝇形态特征区域数据提取保存，执行标准JPEG图像压缩算法，得到的JPEG图像暂存于SDRAM中，并由后台任务通过并口转串口通信电路发送至STM32功能电路；通过图像识别算法对橘小实蝇识别数据统计，对不同种类的果实蝇分类保存以及保存识别匹配模版，实现分类识别功能。

STM32功能电路上电后由STM32F103VET6微控制器对功能电路上各个模块进行初始化设定。当STM32功能电路接收到来自数字图像处理模块的压缩图像数据及果实蝇识别分类数据时，图像数据由STM32F103VET6微控制器通过TF卡存储电路保存于TF卡图片存储文件夹中，识别分类数据以文本文档形式保存在TF卡数据文件夹中。STM32F103VET6微控制器控制TFT液晶屏及通过AD转换模块控制电阻式触摸屏，建立GUI交互式操作平台。GUI交互式操作平台包含图像查看界面和数据查看界面，TF卡图片存储文件夹中压缩图像数据将显示于图像查看界面，并可自由切换，TF卡数据文件夹中识别分类数据对应显示于图像查看界面图像信息区域；数据查看界面建表分类显示果园里所有监测节点的监测数据。

GSM/GPRS模块受控于STM32功能电路，当STM32功能电路处于空窗操作时间，将TF卡中图片数据与文档数据通过GPRS网络TCP/IP协议发送至远程服务器。STM32F103VET6微控制器使用GSM/GPRS模块建立短信（SMS）和彩信（MMS）服务平台，当接收短信（SMS）文本命令“00”时，将果园里所有监测节点的监测数据通过短信（SMS）发送至远程客户端，当接收短信（SMS）文本命令“11”时，将压缩图像数据附带识别分类数据通过彩信（MMS）发送至远程客户端。

新型捕虫器内放置性引诱剂，对橘小实蝇进行诱捕，光电检测模块对橘小实蝇检测计数，并触发启动DSP数字图像处理模块、控制工业摄像头开启，工业摄像头获取实时图像数据传输至DSP数字图像处理模块，DSP处理器通过该图像对橘小实蝇进行检测、识别，并对图像进行标准JPEG格式的压缩，附带数据通过串口传输至STM32功能电路中，STM32功能电路对图像数据进行保存，通过GPRS无线网络TCP/IP协议传输至远程服务器，通过短信（SMS）或彩信（MMS）传输至用户终端，用户可通过TFT液晶交互式平台进行实地数据查看，实现虫害的自动化监测。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于DSP和物联网的果园橘小实蝇虫害识别系统，包括安装支架，其特征在于，还包括固定于安装支架的新型捕虫器，安装于新型捕虫器上方的工业摄像头，以及固定于安装支架上的外壳；所述新型捕虫器内部设有光电检测模块，所述外壳内部安装有顺序连接的DSP数字图像处理模块、STM32功能电路、GSM/GPRS无线通信模块和充电控制模块；所述外壳表面设有显示器及触摸屏，所述充电控制模块还连接有太阳能电池板；所述DSP数字图像处理模块以DSP处理器处为核心，包括视频编码/解码电路、并口转串口通信电路以及开关稳压电源电路，工业摄像头与DSP数字图像处理模块连接，工业摄像头的获取的实时图像数据经视频解码/解码电路解码后，由DSP处理器分析处理，然后DSP处理器通过并口转串口通信电路与STM32功能电路连接通信；所述开关稳压电源电路分别连接视频编码/解码电路、DSP处理器以及并口转串口通信电路。

2.根据权利要求1所述的基于DSP和物联网的果园橘小实蝇虫害识别系统，其特征在于，所述DSP处理器执行目标检测、目标跟踪、目标识别三种机器视觉算法。

3.根据权利要求1或2所述的基于DSP和物联网的果园橘小实蝇虫害识别系统，其特征在于，所述DSP处理器对目标图象进行标准JPEG格式编码压缩，以板载SDRAM为缓冲区，并通过并口转串口通信电路将压缩后图像数据发送至STM32功能电路。

4.根据权利要求1所述的基于DSP和物联网的果园橘小实蝇虫害识别系统，其特征在于，所述的STM32功能电路包括32位微控制器、TF卡存储模块、无线通信模块、RS485总线电路、液晶驱动电路、液晶显示器、AD转换模块、电阻式触摸屏、以及LDO稳压电路；32位微控制器以SDIO通信方式与TF卡存储模块连接通信、通过第一串行通信通道与无线通信模块连接通信、通过第二串行通信通道与GSM/GPRS模块连接通信、通过第三串行通信通道与RS485总线电路连接通信；32位微控制器通过液晶驱动电路控制TFT液晶显示器、通过AD转换模块控制电阻式触摸屏。

5.根据权利要求4所述的基于DSP和物联网的果园橘小实蝇虫害识别系统，其特征在于，所述的32位微控制器在处理空闲期，其后台任务控制GSM/GPRS无线通信模块通过GPRS无线网络TCP/IP协议将本地数据发送至远程服务器及从远程服务器获取控制命令。

6.根据权利要求4所述的基于DSP和物联网的果园橘小实蝇虫害识别系统，其特征在于，所述的32位微控制器使用GSM/GPRS模块建立短信SMS和彩信MMS服务平台，接收特定短信SMS指令，将果园里所有监测节点的监测数据通过短信SMS发送至远程客户端或将压缩图像数据附带识别分类数据通过彩信MMS发送至远程客户端。

7.根据权利要求4所述的基于DSP和物联网的果园橘小实蝇虫害识别系统，其特征在于，所述的32位微控制器使用所控制的液晶显示器和电阻式触摸屏，建立GUI交互式操作平台；GUI交互式操作平台包含图像查看界面和数据查看界面，TF卡图片存储文件夹中压缩图像数据将显示于图像查看界面，并可自由切换，TF卡数据文件夹中识别分类数据对应显示于图像查看界面图像信息区域；数据查看界面建表分类显示果园里所有监测节点的监测数据。

8.根据权利要求1所述的基于DSP和物联网的果园橘小实蝇虫害识别系统，其特征在于，所述的光电检测模块包括8位微控制器、红外传感器及其驱动电路、433MHz无线通信模块、RS485总线电路、LDO稳压模块；光电检测模块由安装于捕虫器内部的3.7V锂离子电池供电，锂离子电池由外部充电管理；8位微控制器通过红外传感器及其驱动电路对橘小实蝇进行检测，通过433MHz无线通信模块或RS485总线电路与STM32功能电路进行无线或有线通信。

9.根据权利要求8所述的基于DSP和物联网的果园橘小实蝇虫害识别系统，其特征在于，所述的红外传感器为8对3mm红外对管，安装于新型捕虫器瓶盖进虫通道处，每通道安装两对红外对管，对由不同方向通过进虫同道的橘小实蝇加以区分。