CN110684641A - 智能孢子捕捉分析仪 - Google Patents

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任斌
刘伟
丁子宾
张路
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王新普
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Abstract

本发明涉及一智能孢子捕捉分析仪，包括服务器、孢子捕捉器；所述服务器与孢子捕捉器信号连接；孢子捕捉器包括箱体、胶带、孢子传送装置、拍照装置；所述胶带安装在孢子传送装置上，所述孢子传送装置带动胶带传动；空气中的孢子黏贴在胶带上；拍照装置安装在胶带的上方，拍照装置拍摄胶带上的孢子图像；所述拍照装置、孢子传送装置信号连接或者电连接；所述孢子传送装置根据拍照装置的指令进行动作；所述拍照装置将采集的孢子图片传送给服务器，所述服务器存储孢子图片信息、并且根据传送的孢子图片信息进行存储、分析。

Description

智能孢子捕捉分析仪
技术领域
本发明涉及一种智能孢子捕捉分析仪。
背景技术
目前国内外都有成熟的孢子捕捉仪，但这些孢子捕捉仪大多只有单一的捕捉功能，捕捉完成后还需要工作人员去田间取回载玻片进行观测，自动化水平较低。
但是国内的托普云农公司研发出了拍照式智能孢子捕捉仪，但其售价昂贵，每台达19.8万元，大多数用户无力承担这么高的价格。并且，由于孢子检测仪的检测范围有限，在温室大棚中批量布置，成本过高。
发明内容
本发明提供一种结构简单、性能多样，成本便宜的孢子捕捉仪，实现上述目的的技术方案如下：
一种智能孢子捕捉分析仪，包括服务器，还包括孢子捕捉器，所述服务器与孢子捕捉器信号连接或电连接；所述孢子捕捉器包括箱体、具有粘性的带状体、孢子传送装置、拍照装置；
其中所述箱体具有进风口和出风口，所述带有孢子的空气通过进风口进入箱体内；
所述具有粘性的带状体安装在孢子传送装置上，所述孢子传送装置带动具有粘性的带状体传动；从进风口进入箱体内的孢子通过具有粘性的带状体进行收集；
所述拍照装置安装在具有粘性的带状体的上方，所述拍照装置拍摄具有粘性的带状体上的孢子图像；
所述孢子传送装置能够将粘贴在具有粘性的带状体上的孢子传送至拍照装置的范围之内；
所述拍照装置、孢子传送装置信号连接或者电连接；所述孢子传送装置根据拍照装置的指令进行动作；所述拍照装置将采集的孢子图片传送给服务器，所述服务器存储孢子图片信息、并且根据传送的孢子图片信息进行存储、分析。
本发明结构简单，能够实时捕捉孢子的数据信息，同时不需要人工亲自采集数据。
附图说明
图1为本发明示意图；
图2为本发明控制器和协处理器的原理示意图；
附图序号说明：箱体1、进风口2、出风口3、过滤网4、胶带5、滚筒一6、滚筒二7、电机8、风机9、风道10、光学显微镜11、电动滑台12、滑块13、显示屏14、支架15、主控器16、光源17；
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细的说明。
图中，智能孢子捕捉分析仪包括服务器、孢子捕捉器；所述服务器与孢子捕捉器信号连接或电连接；所述孢子捕捉器用于收集孢子，服务器用于检测孢子。下面具体的描述每个部分的结构：
所述孢子捕捉器包括箱体1、具有粘性的带状体、孢子传送装置、拍照装置；其中所述箱体1具有进风口2和出风口3，所述带有孢子的空气通过进风口2进入箱体1内；优选进风口2和出风口上3分别设置有过滤网4，过滤网4过滤空气中的杂质，保持箱体1的干净，但不会过滤掉空气中的孢子。箱体1内的空气通过进风口2和出风口3进行循环，保证箱体1内的空气随时更新。
优选具有粘性的带状体为胶带5，所述胶带5安装在孢子传送装置上，所述孢子传送装置带动胶带5传动；从进风口2进入箱体1内的孢子通过胶带5进行收集；
为了拍照方便，所述胶带5为不透明的胶带，当然也可以是普通的透明胶带。
所述拍照装置安装在胶带5的上方，所述孢子传送装置能够将粘贴在胶带5上的孢子传送至拍照装置的范围之内；所述拍照装置拍摄胶带5上粘贴的孢子图像；
所述拍照装置、孢子传送装置信号连接或者电连接；所述孢子传送装置根据拍照装置的指令进行动作；所述拍照装置将采集的孢子图片传送给服务器，所述服务器存储孢子图片信息、并且根据传送的孢子图片信息进行存储、分析。
所述孢子传送装置包括间隔设置的两个滚筒，分别为滚筒一6、滚筒二7，所述滚筒一7连接有电机8，所述电机8带动滚筒一6旋转，所述滚筒上共同卷绕胶带5，所述胶带5在电机8的带动下沿着滚筒进行循环卷绕，所述滚筒二7通过胶带5的拉动跟随滚筒一6同步旋转，所述滚筒一6和滚筒二7之间的胶带5位于拍照装置的下方。
当然每个滚筒也可以单独配置一台电机，两台电机实现同步旋转；至于配置的电机的台数根据实际需要可以选择。
为了方便收集空气中的病菌孢子，在箱体1内还安装风机9，所述风机9动作产生负压，将混有孢子的空气从进风口2吸入箱体1内，同时风机9将吸入的空气吹送到胶带5的位置，所述孢子接触胶带5，胶带5的粘性将孢子粘合在胶带5上，箱体1内的空气通过出风口3排出。
为了精准的控制空气的流动，在箱体1内还设置风道10，所述风道10的两端分别对应风机9和孢子传送装置，所述风道10将风机9产生的负压传送到孢子传送装置，风道10可以将风机9的风力集中。
为了方便控制电机8、风机9的启动，在箱体1内设置协处理器，所述协处理器分别与电机8、风机9信号连接或电连接，所述协处理器控制电机8、风机9的启动，至于协处理器与电机8、风机9的具体电路连接关系采用现有技术即可；优选协处理器型号为Arduinomega2560。
所述箱体1上还安装传感器，所述传感器与协处理器信号连接或电连接，所述协处理器控制传感器的启闭，所述传感器检测箱体1周围环境的温度、湿度，并将感测数据传送给服务器。
所述传感器为AM2305湿敏电容数字温湿度模块，由于孢子繁殖受温湿度影响，故本发明提供温湿度采集数据保存功能，模块采用AM2305温湿度传感器探头，该传感器需供电电压DC：3.3-5.5V，测量范围(温度)-40℃～+80℃，测量范围(湿度)0～99.9％RH，温度精度±0.3℃，湿度精度±2％RH。
所述拍照装置包括主控器16、光学显微镜11；所述主控器16分别与服务器、协处理器、光学显微镜11信号连接或电连接；所述主控器16能够分别向服务器、光学显微镜11、协处理器发送指令；
当协处理器收到主控器发送的指令时，协处理器启动电机8，电机8带动胶带5移动，使胶带5上黏附的孢子移动到光学显微镜11底下，所述主控器16发送指令给光学显微镜11，光学显微镜11接收到指令后进行拍照操作。
优选主控器为树莓派3B+。
本发明中，光学显微镜11采用高质量八百万像素索尼IMX219传感器，可以捕捉3280×2464像素静态图片，并支持1080p30，720p60和640×480p90帧摄像功能。
本发明中，所述主控器可以控制光学显微镜信11的拍照时间、次数、频率等参数，减少人工的劳作，实现远程控制；
优选在箱体1内设置电动滑台12，所述电动滑台12的滑块13与光学显微镜11连接，所述电动滑台12能够带动光学显微镜11上下、左右的移动，调整光学显微镜11的高度和水平位置；从而调整光学显微镜的焦距；其中也可以通过蓝牙或者按键来实现电机运行。
所述电动滑台为XY两维SGX滚珠丝杆单线轨直线精密滑台，可以进行垂直和水平移动，移动精度达到0.03mm，可以与专业光学显微镜调焦精度相当。
所述拍照装置的周围设置有光源17，所述光源17与协处理器信号连接或电连接，所述协处理器控制光源的开启，当箱体1内的光线不足时，协处理器将光源17打开进行光线补足。所述光源17由白光灯珠、多副透镜和光圈组装而成，可调节亮度、通光量、可适应各种环境下的需求。
本发明中，所述服务器包括通信模块、图像处理模块、数据库、预警模块：所述数据库分别与通信模块、图像处理模块信号连接；
同时所述通信模块与拍照装置信号连接；所述通信模块用于接收光学显微镜11发送的照片和/或传感器数据；并将接收的照片和传感器数据存储入数据库；
所述图像处理模块用于处理通信模块接收到的每一副照片，得出照片中孢子的种类和数量，并发送至数据库；
所述预警模块还与图像处理模块信号连接，所述预警模块根据设定的预警阈值和图像处理模块计算的图像数据结果判断孢子种类和数量是否有异常；判断环境温湿度与传感器传送数据是否有异常，如果有异常，预警信息发出信号，服务器的管理员收到信号后查看异常数据，并根据接收的异常数据的来源给使用本装置的用户发送消息，让用户及时采取防范措置进行预防。
优选箱体1上还设置有显示屏14，所述显示屏14与服务器、光学显微镜11信号连接或电连接，所述服务器、光学显微镜11的内容通过显示屏14显示出来。
本装置一般都是放置在田间、地头，为了方便放置本装置，在本装置的底部安装支架15，可以适用于不同地形，同时可以保持本装置的干净。
本装置可以使用220V市电或24V电池16供电。
下面再描述下本装置的使用方法：
风力不足的情况下，首先通过协处理器开启风机9，风机9工作产生负压，负压将混有孢子的空气从进风口2吸入箱体1内，同时风机9将吸入的空气吹送到孢子传送装置的位置，所述孢子接触胶带5，并且胶带5的粘性将孢子粘合在胶带5上；
启动主控器16，当协处理器收到主控器16发送的指令时，协处理器启动电机8，电机8带动胶带5移动，使胶带5上黏附的病菌孢子移动到光学显微镜11底下；
当黏附有孢子的胶带5传送至光学显微镜11底下时，主控器16启动光学显微镜11进行拍照，光学显微镜按照设定的时间间隔进行拍照，每拍一张照片，胶带5将移动一段距离，保证视野更换。拍完的照片将存储至服务器中；
所述服务器接收到拍摄的图片后，图像处理模块进行工作，对图像中的孢子的种类、是否病害等内容进行识别，实现孢子的类型判断、对病情进行相关性分析，分析农作物潜在的病害；
传感器检测箱体1周围环境的温度、湿度，并可以将上述信息、甚至本装置的运行状态及时传送给服务器；
初次使用本装置时、可通过显示屏14的界面输入拍照的时间和次数以及间隔的时间，完成配置后，系统就可以按照要求完成信息的采集发送到服务器端；
在电脑端可将图像从服务器端自动抓取下来分析处理，得到这一图像时间下、孢子的单位面积个数与孢子种类。
同时处理后的数据如若异常(数目相较于田间无病害时过多，或出现新孢子种类)，提醒用户注意防范；
本发明具有如下优点：
远程控制：将所采集到的孢子原图像通过光学显微镜拍摄后上传至远端服务器，同时可以传输远端控制指令，如更改胶带移动频率等；显微镜拍摄的图片除了可以自动传输给服务器之外，服务器还能够单独控制显微镜的传输工作。
预警：通过预警触发，向智能孢子捕捉分析仪的使用者发出预警信息，最终实现在温室中对农作物病情的预警。
智能孢子捕捉分析仪的硬件设备(胶带、电机、温湿度传感器模块、对焦装置、风机、电源管理、显示器和蓝牙)通过主控器与协处理器的通信，定时向协处理器发送指令实现协处理器对电机、风机等硬件的控制，实现对孢子的捕捉，同时通过显微镜捕获的图像并上传至服务器实现了图像的传递；至此孢子捕捉，信息获取上传自动化实现。
以上仅为本发明实施例的较佳实施例而已，并不用以限制本发明实施例，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能孢子捕捉分析仪，包括服务器，其特征在于：还包括孢子捕捉器，所述服务器与孢子捕捉器信号连接或电连接；所述孢子捕捉器包括箱体、具有粘性的带状体、孢子传送装置、拍照装置；
其中所述箱体具有进风口和出风口，所述带有孢子的空气通过进风口进入箱体内；
所述具有粘性的带状体安装在孢子传送装置上，所述孢子传送装置带动具有粘性的带状体传动；从进风口进入箱体内的孢子通过具有粘性的带状体进行收集；
所述拍照装置安装在具有粘性的带状体的上方，所述拍照装置拍摄具有粘性的带状体上的孢子图像；
所述孢子传送装置能够将粘贴在具有粘性的带状体上的孢子传送至拍照装置的范围之内；
所述拍照装置、孢子传送装置信号连接或者电连接；所述孢子传送装置根据拍照装置的指令进行动作；所述拍照装置将采集的孢子图片传送给服务器，所述服务器存储孢子图片信息、并且根据传送的孢子图片信息进行存储、分析。
2.根据权利要求1所述的智能孢子捕捉分析仪，其特征在于：所述具有粘性的带状物为胶带。
3.根据权利要求2所述的智能孢子捕捉分析仪，其特征在于：
所述孢子传送装置包括间隔设置的两个滚筒，分别为滚筒一、滚筒二，所述滚筒一连接有电机，所述电机带动滚筒一旋转，所述滚筒上共同卷绕胶带，所述胶带在电机的带动下沿着滚筒进行循环卷绕，所述滚筒二通过胶带的拉动跟随滚筒一同步旋转，所述滚筒一和滚筒二之间的胶带位于拍照装置的下方。
4.根据权利要求3所述的智能孢子捕捉分析仪，其特征在于：所述箱体内还安装风机，所述风机动作产生负压，将混有孢子的空气从进风口吸入箱体内，同时风机将吸入的空气吹送到胶带的位置，所述孢子接触胶带，胶带的粘性将孢子粘合在胶带上，箱体内的空气通过出风口排出。
5.根据权利要求4所述的智能孢子捕捉分析仪，其特征在于：还包括协处理器，所述协处理器分别与电机、风机信号连接或电连接，所述协处理器控制电机、风机的启动；
所述拍照装置包括主控器、光学显微镜；所述主控器分别与服务器、协处理器、光学显微镜信号连接或电连接；所述主控器能够分别向服务器、光学显微镜、协处理器发送指令；
当协处理器收到主控器发送的指令时，协处理器启动电机，电机带动胶带移动，使胶带上黏附的孢子移动到光学显微镜底下，所述主控器发送指令给光学显微镜进行拍照操作。
6.根据权利要求5所述的智能孢子捕捉分析仪，其特征在于：
所述箱体上还安装传感器，所述传感器与协处理器信号连接或电连接，所述协处理器控制传感器的启闭，所述传感器检测箱体周围环境的温度、湿度，并将感测数据传送给服务器。
7.根据权利要求6所述的智能孢子捕捉分析仪，其特征在于：所述服务器包括通信模块、图像处理模块、数据库、预警模块：
所述数据库分别与通信模块、图像处理模块信号连接；
同时所述通信模块与拍照装置信号连接；所述通信模块用于接收拍照装置发送的照片和/或传感器数据；并将接收的照片和传感器数据存储入数据库；
所述图像处理模块用于处理通信模块接收到的每一副照片，识别照片中孢子的种类和数量，并发送至数据库；
所述预警模块还与图像处理模块信号连接，所述预警模块根据设定的预警阈值和图像处理模块计算的图像数据结果判断孢子种类和数量是否有异常；判断环境温湿度与传感器传送数据是否有异常，如果有异常，则发送预警信息给管理员。
8.根据权利要求6所述的智能孢子捕捉分析仪，其特征在于：还包括电动滑台，所述电动滑台的滑块与光学显微镜连接，所述电动滑台根据指令运行带动光学显微镜上下移动，调整光学显微镜的焦距；
和/或所述进风口和出风口上分别设置有过滤网。
9.根据权利要求7所述的智能孢子捕捉分析仪，其特征在于：
还包括风道，所述风道的两端分别对应风机和孢子传送装置，所述风道将风机产生的负压传送到孢子传送装置。
10.根据权利要求7所述的智能孢子捕捉分析仪，其特征在于：所述拍照装置的周围设置有光源，所述光源与协处理器信号连接或电连接，所述协处理器控制光源的开启。
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