CN109283678B - 一种真菌孢子采集载玻片自动供片及吸附剂涂抹装置和方法 - Google Patents
一种真菌孢子采集载玻片自动供片及吸附剂涂抹装置和方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种真菌孢子采集载玻片自动供片及吸附剂涂抹装置,包括用于向载物台提供载玻片的载玻片取片装置和用于将孢子吸附剂均匀涂抹于载物台上的载玻片采集区域的涂脂装置,本发明以不易变形的载玻片为孢子捕捉载体,实现了自动完成取载玻片-涂脂—回收载玻片等功能,为实现植物真菌病害的自动化监测提供了技术支持。
Description
技术领域
本发明属于智能农业和生物科学技术领域,特别涉及一种真菌孢子采集载玻片自动供片及吸附剂涂抹装置和方法。
背景技术
真菌孢子采集载玻片自动供片及吸附剂涂抹装置和方法是一种用于植物真菌病害监测和预报的仪器,主要用于远程采集随空气传播、传染的植物病原真菌孢子显微图像,进而测定植物生产环境中的真菌孢子数量,可为植物真菌病害的预测预报提供基础数据,是及早制定正确的防控策略和采取防治措施的一个重要依据。
目前,农田空气中真菌孢子多采用传统的孢子捕捉器取样和监测。利用孢子捕捉器捕捉孢子时,首先需人工抽出捕捉仪的载玻器并将表面均匀涂抹一薄层凡士林的载玻片放其上,再将载玻器放入捕捉仪仓口内,开启风扇捕捉一定时间后,人工取出载玻片带回实验室作进一步处理。但部署在野外田间的孢子捕捉器测点分散、数量多且地理位置偏僻。人工定时换取载玻片和涂抹凡士林工作量大、效率低、费时费力,无法对农田空气中孢子的浓度进行自动、实时、大尺度监测,导致难以把握大尺度农田真菌孢子的实时和动态变化情况。植保专家急需一种能自动完成载玻片的供片和涂抹凡士林的解决方案,以节约人力、提高监测效率,并为植物真菌病害的预测预报提供数据支撑。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种真菌孢子采集载玻片自动供片及吸附剂涂抹装置和方法,以不易变形的载玻片为孢子捕捉载体,实现了自动完成取载玻片-涂脂—回收载玻片等功能,为实现植物真菌病害的自动化监测提供了技术支持。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种真菌孢子采集载玻片自动供片及吸附剂涂抹装置,包括用于向载物台2提供载玻片17的载玻片取片装置1和用于将孢子吸附剂均匀涂抹于载物台2上的载玻片17采集区域的涂脂装置3,其特征在于:
所述载玻片取片装置1包括用于放置载玻片17的片库18,载玻片17叠放于片库18中,片库18的底部悬空供最底部的载玻片17落下,由步进电机一20控制的推片板19作用于所述悬空位置,将从片库18落下的载玻片17水平推出至滑片板22,所述滑片板22由步进电机二21控制转动产生坡度,使得载玻片17滑到载物台2的玻片槽26中;
所述涂脂装置3包括机架,机架上设置有横向的丝杠导轨二32与两条纵向的丝杠导轨三33和丝杠导轨四34,涂胶头35设置在丝杠导轨三33上,机架上位于涂胶头35的后方设置有胶盒36,丝杠导轨三33安装在丝杠导轨二32上,刮刀片37设置在丝杠导轨四34上,步进电机七29控制涂胶头35沿丝杠导轨三33上下运动,步进电机八31控制刮刀片37沿丝杠导轨四34上下运动,步进电机九30控制丝杠导轨三33沿丝杠导轨二32水平运动;
所述载物台2安装于丝杠导轨一15上,通过步进电机三16驱动丝杠导轨一15使得载物台2水平移动,所述载物台2上安装有步进电机四23,步进电机四23驱动载物台2水平移动,且步进电机三16的驱动方向与步进电机四23的驱动方向垂直,所述载物台2上安装有限位销25和玻片限位板27,限位销25由步进电机五24控制,在涂抹孢子吸附剂时,步进电机五24推动限位销25卡住载玻片17,玻片限位板27由步进电机六28控制,在采集图像结束后推动载玻片17使其落入回收盒内。
所述片库18采用垂直堆叠存放,最大可存放载玻片100片,用于采集装置连续在野外田间长时间远程采集孢子图像数据。
采用嵌入式工控机控制各个电机,工控机接收来自服务器端的控制命令信号,并根据服务器端的信号,启动或急停各个运动模块。
本发明还提供了利用所述真菌孢子采集载玻片自动供片及吸附剂涂抹装置的自动供片及吸附剂涂抹方法,采用嵌入式工控机控制,包括如下步骤:
步骤S1:运行步进电机一20,控制推片板19从片库18的底部推出一个载玻片17至水平的滑片板22上;
步骤S2:运行步进电机二21控制滑片板22转动产生坡度,产生坡度的滑片板22的下端与载物台2的玻片槽26对应,使得载玻片17滑到载物台2的玻片槽26中;
步骤S3:运行步进电机三16和步进电机四23,控制载物台2水平移动,载玻片17运送到涂脂装置3处;
步骤S4:运行步进电机五24,控制推动限位销25卡住载玻片17;
步骤S5:运行步进电机七29,控制涂胶头35从胶盒36中蘸取吸附剂;
步骤S6:运行步进电机七29、步进电机八31和步进电机九30,控制已蘸取吸附剂的涂胶头35和刮刀片37将孢子吸附剂均匀涂抹于载物台2上的载玻片17的采集区域;
步骤S7:利用涂抹孢子吸附剂的载玻片17吸附孢子;
步骤S8:运行步进电机六28,控制玻片限位板27推动吸附孢子的载玻片17使其落入回收盒内。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明针对人工定时换取载玻片和涂抹凡士林工作量大、效率低、费时费力的问题,提供了一种真菌孢子采集载玻片自动供片及吸附剂涂抹装置和方法,实现了自动完成载玻片的供片和涂抹凡士林以及回收载玻片的功能,节约了人力、提高了监测效率,满足植保部门的自动化真菌病害监测要求。
附图说明
图1为本发明载玻片取片装置示意图。
图2为本发明载物台示意图。
图3为本发明涂脂装置示意图。
图4为本发明实施例中装置各模块结构示意图。
图5为本发明实施例中装置机械主体结构示意图。
图6为本发明实施例中采集风道装置示意图。
图7为本发明实施例中显微成像装置示意图。
图8为本发明实施例中远程采集装置软件工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和以采集小麦条锈病菌夏孢子、孢子吸附剂选用凡士林为实施例详细说明本发明的实施方式。
一种真菌孢子采集载玻片自动供片及吸附剂涂抹装置,包括用于向载物台2提供载玻片17的载玻片取片装置1和用于将凡士林均匀涂抹于载物台2上的载玻片17采集区域的涂脂装置3。
如图1所示,载玻片取片装置1包括用于放置载玻片17的片库18,载玻片17叠放于片库18中,片库18的底部悬空供最底部的载玻片17落下,由步进电机一20控制的推片板19作用于悬空位置,将从片库18落下的载玻片17水平推出至滑片板22,滑片板22由步进电机二21控制转动产生坡度,使得载玻片17滑到载物台2的玻片槽26中。
如图2所示,载物台2安装于丝杠导轨一15上,通过步进电机三16驱动丝杠导轨一15使得载物台2水平移动,载物台2上安装有步进电机四23,步进电机四23驱动载物台2水平移动,且步进电机三16的驱动方向与步进电机四23的驱动方向垂直,载物台2上安装有限位销25和玻片限位板27,限位销25由步进电机五24控制,在涂抹凡士林时,步进电机五24推动限位销25卡住载玻片17,玻片限位板27由步进电机六28控制,在采集图像结束后推动载玻片17使其落入回收盒内。
如图3所示,涂脂装置3包括机架,机架上设置有横向的丝杠导轨二32与两条纵向的丝杠导轨三33和丝杠导轨四34,涂胶头35设置在丝杠导轨三33上,机架上位于涂胶头35的后方设置有胶盒36,丝杠导轨三33安装在丝杠导轨二32上,刮刀片37设置在丝杠导轨四34上,步进电机七29控制涂胶头35沿丝杠导轨三33上下运动,步进电机八31控制刮刀片37沿丝杠导轨四34上下运动,步进电机九30控制丝杠导轨三33沿丝杠导轨二32水平运动。
所述片库18采用垂直堆叠存放,最大可存放载玻片100片,用于采集装置连续在野外田间长时间远程采集孢子图像数据。
根据该结构,本发明可采用嵌入式工控机控制各个电机,工控机接收来自服务器端的控制命令信号,并根据服务器端的信号,启动或急停各个运动模块。具体的自动供片及凡士林涂抹方法,包括如下步骤:
步骤S1:运行步进电机一20,控制推片板19从片库18的底部推出一个载玻片17至水平的滑片板22上;
步骤S2:运行步进电机二21控制滑片板22转动产生坡度,产生坡度的滑片板22的下端与载物台2的玻片槽26对应,使得载玻片17滑到载物台2的玻片槽26中;
步骤S3:运行步进电机三16和步进电机四23,控制载物台2水平移动,载玻片17运送到涂脂装置3处;
步骤S4:运行步进电机五24,控制推动限位销25卡住载玻片17;
步骤S5:运行步进电机七29,控制涂胶头35从胶盒36中蘸取凡士林;
步骤S6:运行步进电机七29、步进电机八31和步进电机九30,控制已蘸取凡士林的涂胶头35和刮刀片37将孢子吸附剂均匀涂抹于载物台2上的载玻片17的采集区域;
步骤S7:利用涂抹凡士林的载玻片17吸附孢子,可将孢子吹向载玻片17,或者将本装置直接放置在存在的区域进行自然吸附;
步骤S8:运行步进电机六28,控制玻片限位板27推动吸附孢子的载玻片17使其落入回收盒内。
进一步地,可将本发明装置收纳在箱体6中,并通过无线通信模块接收服务器端的控制指令,无线通信模块和摄像相机与嵌入式工控机通过USB线连接,驱动模块和I/O模块通过通信485总线与嵌入式工控机连接实现信号传输,驱动模块通过PWM信号调节驱动芯片输出不同的脉冲个数,从而实现电机模块的运动,限位开关与驱动模块连接控制电机启停,I/O模块与吸风风机和控制模块相连接,控制模块采用输出电流可调的PT4115芯片,通过输出不同占空比的PWM信号调节输出电流,从而实现显微镜光源发光强度的稳定定量调节。太阳能供电模块为装置各模块供电,其架构参考图4所示。
参考图5,实施例中装置的机械结构包括载玻片取片装置1、载物台2、涂脂装置3、孢子捕捉风道装置4和显微成像装置5和太阳能供电模块;其中,载玻片取片装置1、载物台2、涂脂装置3、孢子捕捉风道装置4和显微成像装置5均布置在箱体6中,箱体的底部设置有地栓螺孔7和万向轮8;
如图6所示,孢子捕捉风道装置4包括不带底板的风箱42,风箱42的采集风道进风口40通过软管与箱体6顶部的进风口9相连,风箱42的采集风道出风口41通过软管与吸风风机10相连,当开始采集孢子时,步进步进电机十38启动使丝杠导轨五39转动带动风箱42下降,使风箱42底部与载玻片17贴紧即停止,此时吸风风机10启动,风道内形成负压,夹杂着孢子的空气从进风口9吸入,从出风口11排出,空气中的孢子随着气流在风箱42内运动与载玻片17发生碰撞并黏附其上。
如图7所示,显微成像装置5设置于载物台2的上方,包括显微镜数字摄像头43、镜筒44和物镜45,所述显微镜数字摄像头43通过USB数据线和嵌入式工控机连接,随时接收来自嵌入式工控机发出的图像采集信号,根据夏孢子的大小通过镜筒44和物镜45放大200倍,抓拍来自所述载物台2上载玻片中夏孢子的显微图像。所述嵌入式工控机和电路模块装载于箱体6内。采集装置采用12V的蓄电池13提供电源,蓄电池13和太阳能电板14相连以采集清洁的太阳能为整个装置供电。
嵌入式工控机通过USB接口与无线通信模块相连接,实现采集装置的远程图像传输。所述无线通信模块不仅接收来自工控机发出的传输图像信号,还可接收来自服务器端的控制命令信号,并根据服务器端的信号,启动或急停各个运动模块,例如服务器端发现长时间没有接收到孢子图片,可以暂停载物台的移动以便节省电量。
孢子捕捉风道装置4采用直角风道设计,使载玻片17与风箱35中含有孢子的气流充分接触以使其黏附更多的孢子。风箱35的底部与载玻片17贴紧时,可使外部气流与箱体内部隔离,防止外部空气污染内部装置。同时,还可通过吸风风机10控制风道内气流大小。
本实施例采集装置需长期在环境较为恶劣的野外田间工作,考虑到需防尘、防水和防潮的使用要求,采用304不锈钢材质,将箱体6设计成带门的密封结构箱体,防止箱体生锈腐蚀造成箱体漏水损坏内部设备,所述箱体顶部的进风口9设置有纱网。长期野外使用的装置还要考虑抗风设计,所以箱体底部预留有地栓螺孔,便于需要时地脚固定。
如图8所示,本实施例中,工作流程步骤如下:
步骤S1:工控机上电,软件自动启动,与服务器端建立链接;
步骤S2:系统自检,依次向驱动模块发送握手指令,接收反馈指令,向I/O模块发送指令,接收反馈指令,读取显微镜数字摄像头43设置参数(曝光时间,增益),检测摄像头是否工作正常;
步骤S3:自检完成,向服务器端发送设备状态:驱动模块状态,I/O模块状态,显微镜数字摄像头43参数(曝光时间,增益);
步骤S4:通过限位开关使各运动模块复位,等待服务器端的采集指令;
步骤S5:接收采集指令,载玻片取片装置1运行,取出载玻片17;
步骤S6:载物台2向左移动,载玻片17运送到涂脂装置3处均匀涂抹凡士林;
步骤S7:载物台2向左移动,载玻片17水平运送到孢子采集风道位置4处,孢子捕捉风道装置4运行使风箱42底部与载玻片17贴紧,同时开启吸风风机;
步骤S8:捕捉夏孢子设定为2小时;
步骤S9:捕捉结束后,关闭吸风风机10,载物台2向左移动,载玻片17水平运送到显微成像位置5处,开启显微镜光源12;
步骤S10:控制载物台2平面运动,以采集载玻片17上不同位置点上的夏孢子显微图像,同时启动显微镜数字摄像头43采集显微图像;
步骤S11:工控机将图像数据存储在硬盘中,同时通过无线网络进行图像远程传输到服务器端;
步骤S12:关闭显微镜光源12,控制步进电机六28运动将载玻片17运送到回收位置丢弃,结束采集。循环步骤S2~S12,自动换取载玻片、涂凡士林、孢子捕捉、显微成像和图像远程传输等功能。实现自动完成取载玻片-涂脂-空中孢子采集-孢子显微图像采集和远程传输—回收载玻片等功能。
本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所述技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离本发明说明说的内容或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种真菌孢子采集载玻片自动供片及吸附剂涂抹装置,包括用于向载物台(2)提供载玻片(17)的载玻片取片装置(1)和用于将孢子吸附剂均匀涂抹于载物台(2)上的载玻片(17)采集区域的涂脂装置(3),其特征在于:
所述载玻片取片装置(1)包括用于放置载玻片(17)的片库(18),载玻片(17)叠放于片库(18)中,片库(18)的底部悬空供最底部的载玻片(17)落下,由步进电机一(20)控制的推片板(19)作用于所述悬空位置,将从片库(18)落下的载玻片(17)水平推出至滑片板(22),所述滑片板(22)由步进电机二(21)控制转动产生坡度,使得载玻片(17)滑到载物台(2)的玻片槽(26)中;
所述涂脂装置(3)包括机架,机架上设置有横向的丝杠导轨二(32)与两条纵向的丝杠导轨三(33)和丝杠导轨四(34),涂胶头(35)设置在丝杠导轨三(33)上,机架上位于涂胶头(35)的后方设置有胶盒(36),丝杠导轨三(33)安装在丝杠导轨二(32)上,刮刀片(37)设置在丝杠导轨四(34)上,步进电机七(29)控制涂胶头(35)沿丝杠导轨三(33)上下运动,步进电机八(31)控制刮刀片(37)沿丝杠导轨四(34)上下运动,步进电机九(30)控制丝杠导轨三(33)沿丝杠导轨二(32)水平运动;
所述载物台(2)安装于丝杠导轨一(15)上,通过步进电机三(16)驱动丝杠导轨一(15)使得载物台(2)水平移动,所述载物台(2)上安装有步进电机四(23),步进电机四(23)驱动载物台(2)水平移动,且步进电机三(16)的驱动方向与步进电机四(23)的驱动方向垂直,所述载物台(2)上安装有限位销(25)和玻片限位板(27),限位销(25)由步进电机五(24)控制,在涂抹孢子吸附剂时,步进电机五(24)推动限位销(25)卡住载玻片(17),玻片限位板(27)由步进电机六(28)控制,在采集图像结束后推动载玻片(17)使其落入回收盒内。
2.根据权利要求1所述真菌孢子采集载玻片自动供片及吸附剂涂抹装置,其特征在于,采用嵌入式工控机控制各个电机,工控机接收来自服务器端的控制命令信号,并根据服务器端的信号,启动或急停各个运动模块。
3.根据权利要求1所述真菌孢子采集载玻片自动供片及吸附剂涂抹装置,其特征在于,所述片库(18)采用垂直堆叠存放,最大可存放载玻片100片,用于采集装置连续在野外田间长时间远程采集孢子图像数据。
4.利用权利要求1所述真菌孢子采集载玻片自动供片及吸附剂涂抹装置的自动供片及吸附剂涂抹方法,采用嵌入式工控机控制,其特征在于,包括如下步骤:
步骤S1:运行步进电机一(20),控制推片板(19)从片库(18)的底部推出一个载玻片(17)至水平的滑片板(22)上;
步骤S2:运行步进电机二(21)控制滑片板(22)转动产生坡度,产生坡度的滑片板(22)的下端与载物台(2)的玻片槽(26)对应,使得载玻片(17)滑到载物台(2)的玻片槽(26)中;
步骤S3:运行步进电机三(16)和步进电机四(23),控制载物台(2)水平移动,载玻片(17)运送到涂脂装置(3)处;
步骤S4:运行步进电机五(24),控制推动限位销(25)卡住载玻片(17);
步骤S5:运行步进电机七(29),控制涂胶头(35)从胶盒(36)中蘸取吸附剂;
步骤S6:运行步进电机七(29)、步进电机八(31)和步进电机九(30),控制已蘸取吸附剂的涂胶头(35)和刮刀片(37)将孢子吸附剂均匀涂抹于载物台(2)上的载玻片(17)的采集区域;
步骤S7:利用涂抹孢子吸附剂的载玻片(17)吸附孢子;
步骤S8:运行步进电机六(28),控制玻片限位板(27)推动吸附孢子的载玻片(17)使其落入回收盒内。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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