CN104019848B - 一种利用成像技术的虫情监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用成像技术的虫情监测系统。现有测报方法效率低、准确度和时效性差。本发明包括虫情信息采集装置和环境信息采集装置。虫情信息采集装置包括采集箱、电控箱、光源和电源。采集箱内设置有吸虫装置、循环水装置和图像采集装置。吸虫装置包括风扇和风道，风道为漏斗形，风扇设置在风道的上端开口处。控制模块采用支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDMI-S？微控制器。本发明中昆虫落入水面呈散开状，工业照相机定期采集并存储高清图像，同时传感器采集实时大气温湿度数据并存储，并通过数据发送模块发送。本发明实现了虫情监测的自动化、智能化、数据化，特别适合在野外长期工作。

Description

一种利用成像技术的虫情监测系统

技术领域

本发明属于监测技术领域，具体涉及一种应用在农田病虫害监测方面的利用成像技术的虫情监测系统。

背景技术

目前，国内外在检测农作物害虫方面主要有擂样、诱集、声测、近红外等几种主要方法以其外部形状特征为依据，借助显微镜通过观察昆虫的整体极色、斑点、花纹特征以及触角、头部、背部、腹部、口器、复眼、腿部、翅、毛和刺的形态结构特征，与已有准确记录的模式标本进行人工对照鉴别。这些方法由于人工检测的效率低下、信息素的合成困难、环境嗓声的干扰等原因，均不能准确地在线监测害虫的种类、密度等信息，难以满足害虫监测的要求。因此在国内外，对农作物害虫的监测技术上也有大量的研究。

长期以来，我国多沿用灯光诱集害虫、人工识别计数的测报方法，其效率和时效性与测报人员的综合素质密切相关，主观因素较大，影响了测报的时效性。由于农业田间害虫检测预报的不及时，错过防治时机，从而导致目前在我国仅害虫一项每年粮棉损失即达13％～16％。因此农田害虫的实时、准确的识别，是现代农业的一种必然应用趋势，也是当今数字农业迫切需要研究和解决的问题。

数字农业在国外的研究当前已经达到了一个比较高的水平，具体体现在农业中应用计算机处理农业数据，建立数据库，开发农业知识工程及专家系统，应用标准化网络技术，开展农业信息服务网络的研究与开发。在信息采集与动态监测方面，遥感发挥了巨大的功用。因此以数字农业技术为指导的农业田间害虫的自动识别和检测也同样达到了较高的水准。

虽然目前农田病虫害检测技术方面的研究在实际应用中具有一定的效果，但依然难以满足广泛地害虫检测的要求。加之现实情况中害虫等的种类非常复杂，且近年来害虫种类有上升的趋势，使得一些检测方法在实际应用的过程中受到一定的限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用成像技术的虫情监测系统。

本发明包括虫情信息采集装置和环境信息采集装置，其中环境信息采集装置包括温湿度传感器、地温传感器、风向风速传感器、雨量传感器、大气气压传感器、日照度传感器。

虫情信息采集装置包括采集箱、电控箱、光源和电源；采集箱设置在电控箱上方，采集箱上设置有液晶显示器，电控箱下设置有底座。

采集箱内设置有吸虫装置、循环水装置和图像采集装置。

电控箱内设置有太阳能蓄电池、太阳能控制器、逆变整流器、控制模块、存储模块、数据发送模块。

光源包括灯罩及设置在灯罩下的多光谱灯管。

电源包括太阳能光伏板、太阳能蓄电池和太阳能控制器，太阳能光伏板通过太阳能控制器与太阳能蓄电池连接；太阳能蓄电池的12V电源输出端连接5V稳压芯片，5V稳压芯片的电源输出端连接3.3V稳压芯片；多光谱灯管通过逆变整流器与太阳能蓄电池的12V电源输出端连接。

太阳能光伏板设置在安装板上，光源设置在安装板下，安装板设置在采集箱上方，并通过弯管与电控箱固定连接。

吸虫装置包括风扇和风道，风道为漏斗形，风扇设置在风道的上端开口处。

图像采集装置为工业照相机，固定设置在采集箱内。

循环水装置包括上水箱、下水箱、过滤箱，工业照相机的镜头正对下水箱的中心位置设置；上水箱与下水箱通过进水管连通，下水箱与过滤箱通过放水管连通，过滤箱与上水箱通过排水管连通，进水管上设置有电磁阀，排水管上设置有水泵；过滤箱内设置有滤网，滤网将过滤箱分隔未过滤部分和已过滤部分，未过滤部分内活动设置有提篮，所述的提篮四面开放，底部开孔，放水管连接未过滤部分，排水管连接已过滤部分。

控制模块采用支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDMI-S微控制器；风扇、电磁阀、水泵均通过各自的继电器开关电路连接控制模块。

液晶显示器的电源输入端接3.3V电源，控制端口接控制模块的信号输出端口；工业照相机的电源输入端接3.3V电源，数据输出端接控制模块的信号输入端，控制输入端接控制模块的信号输出端。

存储模块为SD卡，SD卡的电源输入端接3.3V电源，SD卡的数据传输端接控制模块的数据传输端；数据发送模块采用GPRS模块，GPRS模块的电源输入端接5V电源，GPRS模块的数据传输端接控制模块的数据传输端。

温湿度传感器、地温传感器、风向风速传感器、雨量传感器、大气气压传感器、日照度传感器的电源输入端均连接5V电源，接地端接地，各传感器的数据输出端接控制模块的信号输入端，各传感器的数据输入端接控制模块的信号输出端。

本发明通过灯光引诱的昆虫被风扇产生的负压吸入至装置内部，装置内部设有水面，昆虫落入水面呈散开状，装置内的工业照相机定期采集并存储高清图像，同时传感器采集实时大气温湿度数据并存储，并通过数据发送模块发送。

本发明具有以下技术效果：

(1)实现了虫情监测的自动化：通过内部高清成像，进行数据采集，解决了人工现场鉴定虫种的难题；

(2)实现了虫情监测的智能化：通过传感器获得实时大气温度与湿度并将其转换成数据进行存储，并可从通过外接数据接口读取存储的数据；

(3)实现虫情监测的数据化：将采集到的虫情监测数据上传到统一的虫情监测网络处理云端，实现远程虫情监测与各地虫情数据的共享；

(4)利用太阳能转换成电能将电充入蓄电池，无论有阳光还是阴天都可不间断发送数据，特别适合在野外长期工作。

附图说明

图1为本发明中虫情信息采集装置的正面结构示意图；

图2为本发明中虫情信息采集装置的侧面结构示意图；

图3为本发明中电控箱内部结构示意图；

图4为本发明中吸虫装置的结构示意图；

图5为本发明中循环水装置的结构示意图；

图6为本发明中控制模块的电路图；

图7为本发明中风扇、电磁阀、水泵的继电器开关电路电路图。

具体实施方式

一种利用成像技术的虫情监测集成装置包括虫情信息采集装置和环境信息采集装置，其中环境信息采集装置包括温湿度传感器、地温传感器、风向风速传感器、雨量传感器、大气气压传感器、日照度传感器。

如图1和2所示，虫情信息采集装置包括采集箱1、电控箱2、光源和电源；采集箱1设置在电控箱2上方，采集箱1上设置有液晶显示器3，电控箱2下设置有底座4。

采集箱1内设置有吸虫装置5、循环水装置6和图像采集装置7。

如图3所示，电控箱2内设置有太阳能蓄电池8-2、太阳能控制器8-3、逆变整流器10、控制模块11、存储模块12、数据发送模块13。

如图1和2所示，光源包括灯罩9-1及设置在灯罩下的多光谱灯管9-2。

电源包括太阳能光伏板8-1、太阳能蓄电池8-2和太阳能控制器8-3，太阳能光伏板8-1通过太阳能控制器8-3与太阳能蓄电池8-2连接，将太阳能转化为电能后存贮在太阳能蓄电池8-2内；太阳能蓄电池8-2的12V电源输出端连接5V稳压芯片，将12V电源变压为5V电源；5V稳压芯片的电源输出端连接3.3V稳压芯片，将5V电源变压为3.3V电源；多光谱灯管9-2通过逆变整流器10与太阳能蓄电池的12V电源输出端连接，逆变整流器10将12V电压转换为220V电压，为多光谱灯管9-2供电。

太阳能光伏板8-1设置在安装板14上，光源设置在安装板14下，安装板14设置在采集箱1上方，并通过弯管15与电控箱2固定连接。

如图4所示，吸虫装置5包括风扇5-1和风道5-2，风道5-2为漏斗形，风扇5-1设置在风道5-2的上端开口处。

图像采集装置7为工业照相机，固定设置在采集箱1内。

如图5所示，循环水装置6包括上水箱6-1、下水箱6-2、过滤箱6-3，上水箱6-1位于下水箱6-2上部，过滤箱6-3与下水箱6-2位于同一水平面，工业照相机的镜头正对下水箱6-2的中心位置设置；上水箱6-1与下水箱6-2通过进水管6-4连通，下水箱6-2与过滤箱6-3通过放水管6-5连通，过滤箱6-3与上水箱6-1通过排水管6-6连通，进水管6-4上设置有电磁阀6-7，排水管6-6上设置有水泵6-8；过滤箱6-3内设置有滤网6-9，滤网6-9将过滤箱6-3分隔未过滤部分和已过滤部分，未过滤部分内活动设置有提6-0篮，所述的提篮6-0四面开放，底部开孔，放水管6-5连接未过滤部分，排水管6-6连接已过滤部分。

如图6所示，控制模块11采用飞利浦公司的LPC2138控制芯片U1,也可以采用其他支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDMI-S微控制器。

LPC2138控制芯片U1的一个系统晶振引脚与第一电容C1的一端和第一晶振Y1的一端连接，另一个系统晶振引脚与第二电容C2的一端和第一晶振Y1的另一端连接，第一电容C1的另一端和第二电容C2的另一端接地；LPC2138控制芯片U1的一个时钟晶振引脚与第三电容C1的一端和第二晶振Y1的一端连接，另一个时钟晶振引脚与第四电容C4的一端和第二晶振Y2的另一端连接，第三电容C3的另一端和第四电容C4的另一端接地；

第五电容C5的一端、电解电容Cd的正极、复位开关K的一端、电阻R的一端接LPC2138控制芯片U1的复位引脚RESET，第五电容C5的另一端、电解电容Cd的负极、复位开关K的另一端接地，电阻R的另一端接3.3V电源；LPC2138控制芯片U1的电源正引脚接3.3V电源，电源负引脚接地。

风扇5-1、电磁阀6-7、水泵6-8均通过各自的继电器开关电路连接控制模块，三个继电器开关电路的电路相同。

如图7所示，继电器开关电路包括一个继电器、一个二极管和一个PNP型三极管；继电器Ry的一个开关引脚、一个控制引脚和二极管D的负极接蓄电池的+12V输出端，继电器Ry的另一个控制引脚和二极管D的正极接PNP型三极管Q的集电极，PNP型三极管Q的发射极接地；三个继电器开关电路的继电器Ry的另一个开关引脚分别接风扇、水泵、电磁阀的一个引线，风扇、水泵、电磁阀的另一个引线接地；三个继电器开关电路的PNP型三极管Q的基极接LPC2138控制芯片的三个输出引脚。

液晶显示器3的电源输入端接3.3V电源，控制端口接LPC2138控制芯片U1的信号输出端口；工业照相机的电源输入端接3.3V电源，数据输出端接LPC2138控制芯片U1的信号输入端，控制输入端接LPC2138控制芯片U1的信号输出端。

存储模块12为SD卡，SD卡的电源输入端接3.3V电源，SD卡的数据传输端接LPC2138控制芯片U1的数据传输端。数据发送模块13采用GPRS模块，GPRS模块的电源输入端接5V电源，GPRS模块的数据传输端接LPC2138控制芯片U1的数据传输端。

温湿度传感器、地温传感器、风向风速传感器、雨量传感器、大气气压传感器、日照度传感器的电源输入端均连接5V电源，接地端接地，各传感器的数据输出端接LPC2138控制芯片U1的信号输入端，各传感器的数据输入端接LPC2138控制芯片U1的信号输出端。

温湿度传感器可以采用温湿度一体式的传感器，如江苏省无线电科学研究所有限公司的WUSH-BTH大气温度湿度传感器；也可以采用分开的温度传感器和湿度传感器，如武汉中科能慧科技发展有限公司的NHQW21或江苏省无线电科学研究所有限公司的WUSH-TW100大气温度传感器，芬兰维萨拉公司的HMP45D或武汉中科能慧科技发展有限公司的NHQS22大气湿度传感器。地温传感器可以采用武汉中科能慧科技发展有限公司的NHSF48、江苏省无线电科学研究所有限公司的ZQZ-TW或锦州阳光气象科技有限公司的TDR-3A的土壤温度传感器。风向风速传感器可以采用风向风速一体式的传感器，如江苏省无线电科学研究所有限公司的ZQZ-TF或锦州阳光气象科技有限公司的EC-A2风向风速传感器；也可以分开设置，如武汉中科能慧科技发展有限公司的NHFS45风速传感器、NHFX46风向传感器。雨量传感器采用武汉中科能慧科技发展有限公司的NHYL42、上海气象仪器厂的SL3-1或陕西新正控制工程有限公司的XZCG-06降雨量传感器。大气气压传感器采用武汉中科能慧科技发展有限公司的NHQY23、芬兰维萨拉公司的PTB220或杭州美控自动化技术有限公司的MIK-P300大气气压传感器。日照度传感器采用武汉中科能慧科技发展有限公司的NHZD10、北京恒奥德仪器仪表有限公司的WH89-11或锦州利诚自动化设备有限公司的TBS-RL光照度传感器。除上述传感器外，不排除选择其他公司、型号的传感器。各传感器与控制芯片U1的连接为成熟的技术，本领域的技术人员根据实际需要，通过编程等方式即可通过各传感器采集各种气象数据。

本发明的原理是通过多光谱灯管9-2吸引昆虫靠近，被引诱的昆虫被风扇5-1产生的吸力吸入，落入循环水装置的下水箱6-2内，下水箱内装有水，吸入的昆虫散开，装置内的工业照相机定期采集并存储图像，同时传感器采集实时大气温湿度数据并存储。

循环水装置6的工作过程是：电磁阀6-7接到开通指令后打开，上水箱6-1的水通过进水管6-4流入下水箱6-2，吸入的昆虫在下水箱6-2的水表面散开；拍照结束后，发送指令给水泵6-8，水泵6-8做抽水工作，下水箱6-2的水连同昆虫通过放水管6-5进入过滤箱6-3，经滤网6-9过滤后的清水经排水管6-6进入上水箱6-1，剩下的昆虫留在提篮6-0内，定期将提篮6-0清空。风扇5-1、电磁阀6-7、水泵6-8均连接控制模块，按照设定的时间进行工作。

液晶显示器3显示采集数据，存储模块12对数据进行存储，数据发送模块13定时发送采集的数据。数据传输方式可根据实际情况采用GPRS网络，数据可以上传到指定的电脑，也可以上传到总服务器。

该系统利用太阳能转换成电能将电充入蓄电池，无论有阳光还是阴天都可不间断发送数据，特别适合在野外长期工作。

Claims (5)

1.一种利用成像技术的虫情监测系统，包括虫情信息采集装置和环境信息采集装置，其中环境信息采集装置包括温湿度传感器、地温传感器、风向风速传感器、雨量传感器、大气气压传感器、日照度传感器；其特征在于：

所述的虫情信息采集装置包括采集箱(1)、电控箱(2)、光源和电源；采集箱(1)设置在电控箱(2)上方，采集箱(1)上设置有液晶显示器(3)，电控箱(2)下设置有底座(4)；

所述的采集箱(1)内设置有吸虫装置(5)、循环水装置(6)和图像采集装置(7)；

所述的电控箱(2)内设置有太阳能蓄电池(8-2)、太阳能控制器(8-3)、逆变整流器(10)、控制模块(11)、存储模块(12)、数据发送模块(13)；

所述的光源包括灯罩(9-1)及设置在灯罩下的多光谱灯管(9-2)；

所述的电源包括太阳能光伏板(8-1)、太阳能蓄电池(8-2)和太阳能控制器(8-3)，太阳能光伏板(8-1)通过太阳能控制器(8-3)与太阳能蓄电池(8-2)连接；太阳能蓄电池(8-2)的12V电源输出端连接5V稳压芯片，5V稳压芯片的电源输出端连接3.3V稳压芯片；多光谱灯管(9-2)通过逆变整流器(10)与太阳能蓄电池的12V电源输出端连接；

所述的吸虫装置(5)包括风扇(5-1)和风道(5-2)，风道(5-2)为漏斗形，风扇(5-1)设置在风道(5-2)的上端开口处；

所述的图像采集装置(7)为工业照相机，固定设置在采集箱(1)内；

所述的循环水装置(6)包括上水箱(6-1)、下水箱(6-2)、过滤箱(6-3)，工业照相机的镜头正对下水箱(6-2)的中心位置设置；上水箱(6-1)与下水箱(6-2)通过进水管(6-4)连通，下水箱(6-2)与过滤箱(6-3)通过放水管(6-5)连通，过滤箱(6-3)与上水箱(6-1)通过排水管(6-6)连通，进水管(6-4)上设置有电磁阀(6-7)，排水管(6-6)上设置有水泵(6-8)，过滤箱(6-3)内设置过滤装置；

风扇(5-1)、电磁阀(6-7)、水泵(6-8)均通过各自的继电器开关电路连接控制模块(11)；

所述的液晶显示器(3)的电源输入端接3.3V电源，液晶显示器(3)的控制端口接控制模块(11)的信号输出端口；工业照相机的电源输入端接3.3V电源，工业照相机的数据输出端接控制模块(11)的信号输入端，工业照相机的控制输入端接控制模块(11)的信号输出端；

所述的存储模块(12)为SD卡，SD卡的电源输入端接3.3V电源，SD卡的数据传输端接控制模块(11)的数据传输端；数据发送模块(13)采用GPRS模块，GPRS模块的电源输入端接5V电源，GPRS模块的数据传输端接控制模块(11)的数据传输端；

所述的温湿度传感器、地温传感器、风向风速传感器、雨量传感器、大气气压传感器、日照度传感器的电源输入端均连接5V电源，接地端接地，各传感器的数据输出端接控制模块(11)的信号输入端，各传感器的数据输入端接控制模块(11)的信号输出端。

2.如权利要求1所述的一种利用成像技术的虫情监测系统，其特征在于：所述的太阳能光伏板(8-1)设置在安装板(14)上，光源设置在安装板(14)下，安装板(14)设置在采集箱(1)上方，并通过弯管(15)与电控箱(2)固定连接。

3.如权利要求1所述的一种利用成像技术的虫情监测系统，其特征在于：所述的上水箱(6-1)位于下水箱(6-2)上部，过滤箱(6-3)与下水箱(6-2)位于同一水平面,过滤箱(6-3)内设置有滤网(6-9)，滤网(6-9)将过滤箱(6-3)分隔未过滤部分和已过滤部分，未过滤部分内活动设置有提篮(6-0)，所述的提篮(6-0)四面开放，底部开孔，放水管(6-5)连接未过滤部分，排水管(6-6)连接已过滤部分。

4.如权利要求1所述的一种利用成像技术的虫情监测系统，其特征在于：所述的控制模块(11)的一个系统晶振引脚与第一电容C1的一端和第一晶振Y1的一端连接，另一个系统晶振引脚与第二电容C2的一端和第一晶振Y1的另一端连接，第一电容C1的另一端和第二电容C2的另一端接地；控制模块(11)的一个时钟晶振引脚与第三电容C1的一端和第二晶振Y1的一端连接，另一个时钟晶振引脚与第四电容C4的一端和第二晶振Y2的另一端连接，第三电容C3的另一端和第四电容C4的另一端接地；

第五电容C5的一端、电解电容Cd的正极、复位开关K的一端、电阻R的一端接控制模块(11)的复位引脚RESET，第五电容C5的另一端、电解电容Cd的负极、复位开关K的另一端接地，电阻R的另一端接3.3V电源；控制模块(11)的电源正引脚接3.3V电源，电源负引脚接地。

5.如权利要求1所述的一种利用成像技术的虫情监测系统，其特征在于：所述的继电器开关电路包括一个继电器Ry、一个二极管D和一个PNP型三极管Q；继电器Ry的一个开关引脚、一个控制引脚和二极管D的负极接蓄电池的+12V输出端，继电器Ry的另一个控制引脚和二极管D的正极接PNP型三极管Q的集电极，PNP型三极管Q的发射极接地；三个继电器开关电路的继电器Ry的另一个开关引脚分别接风扇、水泵、电磁阀的一个引线，风扇、水泵、电磁阀的另一个引线接地；三个继电器开关电路的PNP型三极管Q的基极接控制模块(11)的三个输出引脚。