CN109964896B - 一种诱虫识别分拣装置及病虫害的物联网监测分析系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及虫害预测技术领域，特别涉及一种诱虫识别分拣装置及病虫害的物联网监测分析系统。一种诱虫识别分拣装置，其特征在于：包括捕捉模块，用于引诱并抓捕虫子,包括集虫组件、诱虫组件、传感器组件以及电击组件；分拣模块,包括摄像组件、工作台、推送组件以及收纳箱；摄像组件拍摄虫子的图像并上传给控制模块，判断出虫子的类型后控制推送组件将虫子推出本装置或推向收纳箱；控制模块，用于接收数据信息并控制对应模块工作；供电模块，用于提供各模块运行所需电能。本发明的目的在于实现自动化捕捉与分拣虫类，在保护生态环境的前提下极大地减少了调查人员的工作量，并能保证了统计数据的真实与准确性。

Description

一种诱虫识别分拣装置及病虫害的物联网监测分析系统
技术领域
本发明涉及虫害预测技术领域，特别涉及一种诱虫识别分拣装置及病虫害的物联网监测分析系统。
背景技术
由于城市化进程速度的加快，农场养殖业发展势头良好，我国养殖业向商品化、专业化、现代化转变，并对肉类产品的高产、优质提出了更高的要求。但在养殖业的发展过程中虫害一直是影响牲畜健康和存活率的主要灾害之一，而且伴随着养殖结构的调整与农场管理的变革，生态环境变化较大，病虫害成灾频率提高，急需加强监测和研究。
近年来，虽然我国在养殖业取得了极大的发展，但农场虫害调查与预测手段还比较落后，采用的调查采集工具如粘虫器、捕捉仪等标准化程度较低，预测虫害基本靠人为分析，不仅工作量大而且限制了调查资料的准确性与全面性，出错率高。所以提高对虫类数据的采集能力和分析能力，提前掌握虫类发展蔓延的规律并进行预测预报，开展综合防治，将虫害控制在不危害的程度，才能实现养殖业的可持续发展。
发明内容
方案(一)：
本发明的目的之一在于克服以上缺点，提供一种诱虫识别分拣装置，诱虫识别分拣装置能实现自动化捕捉与分拣虫类，在保护生态环境的前提下极大地减少了调查人员的工作量，并能保证了统计数据的真实与准确性。
本发明通过如下技术方案实现：
一种诱虫识别分拣装置，其特征在于：包括
捕捉模块，包括用于收集虫类的具有入口和出口的集虫组件、设置于集虫组件入口端用于引诱虫类靠近集虫组件的诱虫组件、用于检测是否有虫落入集虫组件内部的传感器组件、以及设置于集虫组件内的电击组件；所述传感器组件检测到虫子落入集虫组件内部时，通过控制模块控制电击组件放电击晕虫子；
分拣模块，设置于集虫组件的出口端，包括用于拍摄虫类图像的摄像组件、设置于摄像组件下方的工作台、用于调整虫类传送方向的推送组件以及用于收集被推来的害虫的收纳箱；所述摄像组件拍摄通过集虫组件的出口端的被击晕的虫子的图像并上传给控制模块，控制模块经过对比判断出虫子的类型后，根据判断结果控制推送组件将虫子推出本装置或推向收纳箱；
控制模块，分别与捕捉模块和分拣模块相连接，用于接收捕捉模块和分拣模块上传的数据信息并控制对应模块工作；
供电模块，分别与捕捉模块、分拣模块以及控制模块电连接，用于提供各模块运行所需电能。
其工作原理及过程如下：
诱虫组件引诱虫子落入集虫组件内，控制模块根据传感器组件感应到虫子落入的信息控制电击组件放电击晕虫子，击晕后的虫子从集虫组件出口端落至分拣模块的工作台上，摄像组件拍摄虫子图像后将图像数据上传至控制模块，控制模块对虫子类型作出判断，并根据判断结果控制分拣模块将虫子推出本装置或推向收纳箱。
为了更好的实施本方案,还提供如下优化方案：
进一步的,为了方便将电晕后的虫子传送到分拣模块：还包括设置于捕捉模块与分拣模块之间的传送模块；所述传送模块包括一端设置于集虫组件出口端且另一端设置于与分拣模块入口端的传送带以及用于驱动传送带运行的电机，所述被击晕后的虫子从集虫组件出口端掉落至传送带上后，通过控制模块控制电机驱动传送带运行将虫子传送到分拣模块。
进一步的,为了优化控制模块：所述控制模块包括：图像处理单元，与摄像组件相连接，用于接收摄像组件拍摄的虫类图像并对该图像进行灰度处理；比对单元，与图像处理单元相连接，用于提取处理后虫类图像的局部纹理特征，并将该特征与数据库中的虫类信息进行比对，区分出该虫是害虫或益虫；统计单元，用于将比对单元中记录的虫类信息进行统计并分类；所述控制模块根据比对单元的判断结果控制分拣模块将虫子推出本装置或推向收纳箱。
进一步的,为了优化推送组件，方便收集害虫并释放益虫：所述推送组件沿虫子前进方向设置于摄像组件的前方，推送组件包括挡板、以及用于控制挡板转动角度与推动方向的舵机；所述收纳箱沿虫子前进方向设置于挡板的前方。
进一步的,为了优化供电模块，使其更加环保节能：所述供电模块为太阳能充电的供电装置。
较之现有技术而言，本发明的有益效果为：
1.本发明提供一种诱虫识别分拣装置，捕捉模块中设有的电击组件电流较小，只起到击晕虫子的效果，避免过强的电流或其他捕虫方式误伤益虫，破坏当地生态环境；
2.本发明提供一种诱虫识别分拣装置，控制模块对摄像组件拍摄的虫类图像先进行灰度处理，再提取灰度图像的局部纹理特征与数据库样本进行对比，最终确定出最匹配的虫类型，有效减少对虫类型的身份识别错误，降低分析失误；
3.本发明提供一种诱虫识别分拣装置，推送组件根据控制模块的判断结果及命令调整挡板方向，将害虫推入收纳箱，将益虫直接推出本装置外释放，减少该系统对生态环境特别是益虫种类的破坏，保护环境。
方案(二)：
本发明的目的之二在于克服以上缺点，提供一种病虫害的物联网监测分析系统，在实现捕捉、分拣虫类并统计虫类数据的前提下，将虫类数据通过传输层模块上传至服务层模块进行处理与分析，通过分析结果获知虫类发展蔓延的规律并进行虫害预测预报，提前开展虫害防治工作，保障养殖业的可持续发展。
本发明通过如下技术方案实现：
一种病虫害的物联网监测分析系统，其特征在于：包括
感知层模块，即诱虫识别分拣装置，用于捕捉、识别、分拣虫类，并统计采集到的虫类数据；
传输层模块，与感知层模块相连接，用于获取并上传感知层模块统计的虫类数据；
服务层模块，与传输层模块相连接，接收传输层模块上传的虫类数据后进行集中处理与分析，并将数据存储至数据库中形成虫害监测数据。
其工作原理及过程如下：
感知层模块捕捉、识别、分拣虫类，并统计采集到的虫类数据，然后将数据上传至传输层模块中，再通过传输层模块将数据中转上传至服务层模块，服务层模块接收数据后对其进行处理、分析并存储。
为了更好的实施本方案,还提供如下优化方案：
进一步的,为了优化传输层模块：所述传输层模块包括：NB-IOT模块，用于获取感知层模块统计的虫类数据并建立与基站之间的通信；基站，用于接收NB-IOT模块上传的虫类数据并将其转发至服务层模块；所述NB-IOT模块通过RS232协议与感知层模块中的控制模块建立串口通信获得数据信息，并利用CoAP协议将数据上传至基站，基站通过Internet网络将数据转发至服务层模块。
进一步的,为了优化服务层模块：所述服务层模块是基于CentOS操作系统搭建的Apache Tomcat服务器，包括：CoAP服务器，所述CoAP服务器通过Internet网络与基站建立连接；并通过MQTT协议和WebSocket协议与Java后台服务器进行实时交互数据；Java后台服务器，所述Java后台服务器采用分布式系统，构建多个Java服务器的集群，分别处理各区域上传的图像数据；MySQL数据库，用于通过JDBC接口与Java后台服务器连接用于存储数据。
进一步的,为了方便使用者观察数据信息：所述病虫害的物联网监测分析系统还包括应用层模块，用于展示服务层模块处理后的数据，包括PC端应用软件、小程序、以及APP；所述应用层模块通过TCP或者WebSocket协议建立与服务层模块的通信，并取得相应数据。
进一步的,为了方便使用者对该系统二次开发：所述Java后台服务器还包括用于二次开发的API接口；所述API接口通过TCP或者WebSocket协议与应用层模块建立通信后，通过应用层模块可对该病虫害的物联网监测分析系统进行自定义开发。
较之现有技术而言，本发明的有益效果为：
1.本发明提供一种病虫害的物联网监测分析系统，传输层模块通过NB-IOT模块和基站配合，使得统计的虫类数据能稳定、高效的传送到服务层模块，降低传输不稳定对系统的影响；
2.本发明提供一种病虫害的物联网监测分析系统，述Java后台服务器采用分布式系统，构建多个Java服务器的集群，分别处理各区域上传的图像数据，使得服务器的负载量不断增大，能轻松面对高并发的访问量、请求、数据等，实现负载均衡。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步说明：
图1为实施例1诱虫识别分拣装置的工作状态示意图；
图2为实施例1诱虫识别分拣装置的工作流程示意图；
图3为实施例2病虫害的物联网监测分析系统的系统架构示意图；
图4为实施例2病虫害的物联网监测分析系统的系统连接原理示意图；
图5为控制模块中主控芯片电路示意图；
图6为摄像组件的芯片电路示意图；
图7为供电模块的电路示意图；
图8为NB-IOT模块的电路示意图；
标号说明：1-集虫组件、2-诱虫组件、3-传感器组件、4-电击组件、51-传送带、52-电机、6-摄像组件、7-推送组件、71-挡板、72-舵机、8-收纳箱、9-供电模块、10-工作台。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明内容进行详细说明：
实施例1：
如图1-图2所示，一种诱虫识别分拣装置，其特征在于：包括
捕捉模块，包括用于收集虫类的具有入口和出口的集虫组件1、设置于集虫组件1入口端用于引诱虫类靠近集虫组件1的诱虫组件2、用于检测是否有虫落入集虫组件1内部的传感器组件3、以及设置于集虫组件1内的电击组件4；所述传感器组件3检测到虫子落入集虫组件1内部时，通过控制模块控制电击组件4放电击晕虫子；
分拣模块，设置于集虫组件1的出口端，包括用于拍摄虫类图像的摄像组件6、设置于摄像组件6下方的工作台10、用于调整虫类传送方向的推送组件7以及用于收集被推来的害虫的收纳箱8；所述摄像组件6拍摄通过集虫组件1的出口端的被击晕的虫子的图像并上传给控制模块，控制模块经过对比判断出虫子的类型后，根据判断结果控制推送组件7将虫子推出本装置或推向收纳箱8；
控制模块，分别与捕捉模块和分拣模块相连接，用于接收捕捉模块和分拣模块上传的数据信息并控制对应模块工作；
供电模块9，分别与捕捉模块、分拣模块以及控制模块电连接，用于提供各模块运行所需电能。
所述诱虫组件2可以是黑光灯、杨枝把、淘土取土器等；所述传感器组件3可以是红外对管传感器或其他适用传感器。
所述诱虫识别分拣装置还包括设置于捕捉模块与分拣模块之间的传送模块；所述传送模块包括一端设置于集虫组件1出口端且另一端设置于与分拣模块入口端的传送带51以及用于驱动传送带51运行的电机52，所述被击晕后的虫子从集虫组件1出口端掉落至传送带51上后，通过控制模块控制电机52驱动传送带51运行将虫子传送到分拣模块。
所述控制模块包括：
图像处理单元，与摄像组件6相连接，用于接收摄像组件6拍摄的虫类图像并对该图像进行灰度处理；
比对单元，与图像处理单元相连接，用于提取处理后虫类图像的局部纹理特征，并将该特征与数据库中的虫类信息进行比对，区分出该虫是害虫或益虫；
统计单元，用于将比对单元中记录的虫类信息进行统计并分类；
所述控制模块根据比对单元的判断结果控制分拣模块将虫子推出本装置或推向收纳箱8。
所述推送组件7沿虫子前进方向设置于摄像组件6的前方，推送组件7包括挡板71、以及用于控制挡板71转动角度与推动方向的舵机72；所述收纳箱8沿虫子前进方向设置于挡板71的前方。
所述供电模块9为太阳能充电的供电装置。
实施例2：
如图3-图4所示，本实施例在实施例1的基础上研发了一种病虫害的物联网监测分析系统，能智能分析虫类发展蔓延的规律并进行虫害预测预报，其特征在于：包括
感知层模块，即诱虫识别分拣装置，用于捕捉、识别、分拣虫类，并统计采集到的虫类数据；
传输层模块，与感知层模块相连接，用于获取并上传感知层模块统计的虫类数据；
服务层模块，与传输层模块相连接，接收传输层模块上传的虫类数据后进行集中处理与分析，并将数据存储至数据库中形成虫害监测数据。
所述传输层模块包括：
NB-IOT模块，用于获取感知层模块统计的虫类数据并建立与基站之间的通信；
基站，用于接收NB-IOT模块上传的虫类数据并将其转发至服务层模块；
所述NB-IOT模块通过RS232协议与感知层模块中的控制模块建立串口通信获得数据信息，并利用CoAP协议将数据上传至基站，基站通过Internet网络将数据转发至服务层模块。
所述服务层模块是基于CentOS操作系统搭建的Apache Tomcat服务器，包括：
CoAP服务器，所述CoAP服务器通过Internet网络与基站建立连接；并通过MQTT协议和WebSocket协议与Java后台服务器进行实时交互数据；
Java后台服务器，所述Java后台服务器采用分布式系统，构建多个Java服务器的集群，分别处理各区域上传的图像数据；
MySQL数据库，用于通过JDBC接口与Java后台服务器连接用于存储数据。
所述病虫害的物联网监测分析系统还包括：
应用层模块，用于展示服务层模块处理后的数据，包括PC端应用软件、小程序、以及APP；所述应用层模块通过TCP或者WebSocket协议建立与服务层模块的通信，并取得相应数据。
所述Java后台服务器还包括用于二次开发的API接口；
所述API接口通过TCP或者WebSocket协议与应用层模块建立通信后，通过应用层模块可对该病虫害的物联网监测分析系统进行自定义开发。
所述感知层模块中，控制模块可采用基于ARM Cortex-M7处理器的STM32F765芯片作为主控芯片或选用其他适用芯片作为主控芯片，摄像组件6可采用OV7725摄像头或其他摄像头。
如图4所示，所述诱虫组件2的输入接口OUT1与控制模块的STM32F765芯片通过PA8接口连接，传感器组件3的IN2接口与控制模块的STM32F765芯片通过PA5接口连接，电击组件4的输入接口OUT2与控制模块的STM32F765芯片通过PA4接口连接，电机52的输入接口PUL、DIR与控制模块的STM32F765芯片通过PB8、PB9接口连接，摄像组件6通过USART3_RX、TX的串口通信将数据传输给控制模块的STM32F765芯片，NB-IOT模块的USART0串口与控制模块的STM32F765芯片通过USART0串口连接，供电模块9与上述各模块通过VCC和GND接口连接。
所述STM32F765芯片，如图5所示，基于ARM Cortex-M7处理器，采用90mm工艺，工作频率高达216MHz，采用6级流水线和浮点单元，性能提升的同时保持着高效。有着64位AXI系统接口、指令和数据高速缓存、64位指令紧耦合存储器(ITCM)、双32为数据紧耦合存储器(DTCM)等优势。
本系统通过使能IO口的高低电平分别控制诱虫灯的开关，使能TIM4_CH1定时器并设定相应预分频系数，给出对应PWM方波脉冲信号由PB8输入到电机驱动模块PUL中，以及控制相应高低电平PB9信号到DIR中控制方向，进而控制步进电气驱动模块使传送带启动。使能TIM4_CH2定时器设置相应寄存器、PWM波输出模式等相关参数，使得IO口输出相应控制舵机72的方波脉冲，以实现控制挡板71的工作，使害虫进入吸虫收纳箱8，益虫扫出装置外。通过设置IO口PA5为输入模式IN，以实现监测是否有害虫进入装置，再通过使能IO口PA4为输出模式OUT控制电击组件4将虫电晕。通过SDIO接口使能SD卡存储的功能，用于存储样本图像数据。通过配置USART3串口及相应中断进行串口通信，拿到OV7725摄像头图像处理的数据。通过配置USART0串口及相应中断进行串口通信将数据传输给NB-IoT模块。
如图6所示，所述OV7725摄像头在80FPS下可以处理640×480，8-bit灰度图或者320×240，16-bit RGB565彩色图像；当分辨率低于320×240可以达到120帧。大多数算法运行在30帧一下。本系统使用LBP特征提取进行图像处理，提取局部图像的纹理特征作为依据进行识别，通常情况下可以使帧率稳定在30帧左右。
如图8所示，所述NB-IOT模块中，VSIM、SIMCLK、SIM_DAT、SIM_RST用于连接SIM卡并进行联网通信，USART0_RX、USART0_TX用于和主控MCU的串口USART0_TX、USART0_RX进行串口通信拿到底层控制终端的数据包。NB-IOT模块通过CoAP协议进行数据透传，将数据通过天线发送以附近的NB-IOT基站作为中转将数据发送至CoAP服务器中，这样就完成了一次数据透传。
电机52通过12-24V电压输入，接四线电机，实现对输出功率放大。控制模块通过DIR(方向信号)、CP、PUL(脉冲信号，通过控制终端给出PWM波控制)与电机相接，进而控制传送带的启动与停止。
如图7所示，供电模块9中通过适配器将220V电压稳压至12V，再通过稳压模块，将12V电压稳压至3.3V与5V，分别给STM32F765芯片、电机、OV7725摄像头等供电。
上述具体实施方式只是对本发明的技术方案进行详细解释，本发明并不只仅仅局限于上述实施例，凡是依据本发明原理的任何改进或替换，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种诱虫识别分拣装置，其特征在于：包括
捕捉模块，包括用于收集虫类的具有入口和出口的集虫组件（1）、设置于集虫组件（1）入口端用于引诱虫类靠近集虫组件（1）的诱虫组件（2）、用于检测是否有虫落入集虫组件（1）内部的传感器组件（3）、以及设置于集虫组件（1）内的电击组件（4）；所述传感器组件（3）检测到虫子落入集虫组件（1）内部时，通过控制模块控制电击组件（4）放电击晕虫子；
分拣模块，设置于集虫组件（1）的出口端，包括用于拍摄虫类图像的摄像组件（6）、设置于摄像组件（6）下方的工作台（10）、用于调整虫类传送方向的推送组件（7）以及用于收集被推来的害虫的收纳箱（8）；所述摄像组件（6）拍摄通过集虫组件（1）的出口端的被击晕的虫子的图像并上传给控制模块，控制模块经过对比判断出虫子的类型后，根据判断结果控制推送组件（7）将虫子推出本装置或推向收纳箱（8）；
控制模块，分别与捕捉模块和分拣模块相连接，用于接收捕捉模块和分拣模块上传的数据信息并控制对应模块工作；
供电模块（9），分别与捕捉模块、分拣模块以及控制模块电连接，用于提供各模块运行所需电能；
所述诱虫识别分拣装置还包括设置于捕捉模块与分拣模块之间的传送模块；所述传送模块包括一端设置于集虫组件（1）出口端且另一端设置于与分拣模块入口端的传送带（51）以及用于驱动传送带（51）运行的电机（52），所述被击晕后的虫子从集虫组件（1）出口端掉落至传送带（51）上后，通过控制模块控制电机（52）驱动传送带（51）运行将虫子传送到分拣模块；
所述控制模块包括：
图像处理单元，与摄像组件（6）相连接，用于接收摄像组件（6）拍摄的虫类图像并对该图像进行灰度处理；
比对单元，与图像处理单元相连接，用于提取处理后虫类图像的局部纹理特征，并将该特征与数据库中的虫类信息进行比对，区分出该虫是害虫或益虫；
统计单元，用于将比对单元中记录的虫类信息进行统计并分类；
所述控制模块根据比对单元的判断结果控制分拣模块将虫子推出本装置或推向收纳箱（8）；
所述推送组件（7）沿虫子前进方向设置于摄像组件（6）的前方，推送组件（7）包括挡板（71）、以及用于控制挡板（71）转动角度与推动方向的舵机（72）；所述收纳箱（8）沿虫子前进方向设置于挡板（71）的前方。
2.根据权利要求1所述的一种诱虫识别分拣装置，其特征在于：所述供电模块（9）为太阳能充电的供电装置。
3.一种包含权利要求1或2所述诱虫识别分拣装置的病虫害的物联网监测分析系统，其特征在于：包括
感知层模块，即诱虫识别分拣装置，用于捕捉、识别、分拣虫类，并统计采集到的虫类数据；
传输层模块，与感知层模块相连接，用于获取并上传感知层模块统计的虫类数据；
服务层模块，与传输层模块相连接，接收传输层模块上传的虫类数据后进行集中处理与分析，并将数据存储至数据库中形成虫害监测数据。
4.根据权利要求3所述的一种病虫害的物联网监测分析系统，其特征在于：所述传输层模块包括：
NB-IOT模块，用于获取感知层模块统计的虫类数据并建立与基站之间的通信；
基站，用于接收NB-IOT模块上传的虫类数据并将其转发至服务层模块；
所述NB-IOT模块通过RS232协议与感知层模块中的控制模块建立串口通信获得数据信息，并利用CoAP协议将数据上传至基站，基站通过Internet网络将数据转发至服务层模块。
5.根据权利要求3所述的一种病虫害的物联网监测分析系统，其特征在于：所述服务层模块是基于CentOS操作系统搭建的Apache Tomcat服务器，包括：
CoAP服务器，所述CoAP服务器通过Internet网络与基站建立连接；并通过MQTT协议和WebSocket协议与Java后台服务器进行实时交互数据；
Java后台服务器，所述Java后台服务器采用分布式系统，构建多个Java服务器的集群，分别处理各区域上传的图像数据；
MySQL数据库，用于通过JDBC接口与Java后台服务器连接用于存储数据。
6.根据权利要求3所述的一种病虫害的物联网监测分析系统，其特征在于：还包括：
应用层模块，用于展示服务层模块处理后的数据，包括PC端应用软件、小程序、以及APP；所述应用层模块通过TCP或者WebSocket协议建立与服务层模块的通信，并取得相应数据。
7.根据权利要求5所述的一种病虫害的物联网监测分析系统，其特征在于：所述Java后台服务器还包括用于二次开发的API接口；
所述API接口通过 TCP或者WebSocket协议与应用层模块建立通信后，通过应用层模块可对该病虫害的物联网监测分析系统进行自定义开发。
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