CN113528330B - 一种物表细菌智能在线监测装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种物表细菌智能在线监测装置与方法。该装置包括，箱体，箱体内设有细菌检测识别模块、检测运动模块和控制执行模块；细菌检测识别模块，包括摄像头，用于拍摄细菌图像，并完成计数；检测运动模块，包括若干培养罐，每个培养罐内设有若干接触碟；用于将待检测的接触碟从培养罐中取出，并移至细菌检测识别模块下方；用于将检测完成的接触碟移至另一培养罐中；控制执行模块，用于控制细菌检测识别模块、检测运动模块，实现多模块运动配合。

Description

一种物表细菌智能在线监测装置与方法

技术领域

本发明属于微生物监测技术领域，具体涉及一种物表细菌智能在线监测装置与方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

目前的细菌监测采用人工肉眼识别，这种方式不仅耗费了大量人力，而且存在由于人工肉眼眼花导致计数不准确的问题，误差很大。而且在细菌监测过程中，接触碟在多个步骤移动中也对外界环境造成了污染。因此，现有的细菌监测不仅整个流程繁琐，而且监测结果不准确。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种物表细菌智能在线监测装置与方法，本发明所述的装置集培养、识别、计数三者于一体，更多的节省了人力、资源及成本，提高计数的准确性。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

第一个方面，本发明提供了一种物表细菌智能在线监测装置。

一种物表细菌智能在线监测装置，包括：

箱体，箱体内设有细菌检测识别模块、检测运动模块和控制执行模块；

细菌检测识别模块，包括摄像头，用于拍摄细菌图像，并完成计数；

检测运动模块，包括若干培养罐，每个培养罐内设有若干接触碟；用于将待检测的接触碟从培养罐中取出，并移至细菌检测识别模块下方；用于将检测完成的接触碟移至培养罐中；

控制执行模块，用于控制细菌检测识别模块、检测运动模块，实现多模块运动配合。

进一步的，所述箱体包括前面板钣金、钣金壳外壳、底部钣金壳、保温面板和内胆，所述前面板钣金、钣金壳外壳以及底部钣金壳将监测装置围成一个密封的细菌培养环境。

进一步的，所述内胆与前面板钣金内衬板之间设有保温面板。

进一步的，所述内胆采用角铝与不锈钢板拼接而成，内胆外部缠绕有加热带。

进一步的，所述细菌检测识别模块包括摄像头、光源及遮光箱，所述摄像头设置在所述装置内部的顶上，所述遮光箱设置在摄像头的正下方。其中，光源与相机同一轴线，且位于相机下方42.57mm的两个对照间隔13.55mm的光源。

进一步的，所述检测运动模块包括培养罐、电动推杆、直线模组，所述培养罐用于放置未检测或者检测完成的接触碟；所述电动推杆用于将培养罐中取出的接触碟向下运动，移至摄像头下方，并将检测完成的接触碟移动到培养罐；所述直线模组用于带动电机推杆水平运动。

进一步的，所述控制执行模块包括控制器、驱动器以及控制面板。

进一步的，所述接触碟包括从上至下依次连接的上盖、密封圈和底壳。

第二个方面，本发明提供了一种物表细菌智能在线监测方法。

一种物表细菌智能在线监测方法，采用第一个方面所述的物表细菌智能在线监测装置，包括：

装置中放入采样后的接触碟，设置要采集的细菌类型、培养温度、超标阈值和最长检测时间；

等待设定的时间，摄像头将信息传输至检测运动模块，检测运动模块开始第一轮监测，检测运动模块从第一培养罐中取出一接触碟；

检测运动模块将该接触碟移动到摄像头下方，摄像头处理分析，得到菌落数；

根据菌落数与超标阈值的关系，结合最长检测时间，得到下一次该接触碟检测的时间间隔；判断第一培养罐中的接触碟是否检测完成；

若是，得到第一培养罐所有接触碟下一次检测的时间间隔，选取最小时间间隔，等待最小时间间隔后，摄像头与检测运动模块通信，并将待检测的接触碟标号传输至检测运动模块；否则，继续从第一培养罐中取出下一个接触碟，循环摄像头得到菌落数、计算下一次接触碟检测的时间间隔的过程；

直线模组开始从第二培养罐中依次取出接触碟，如果需要检测，则将放在摄像头下方，如果不需要检测，将接触碟放在第一培养罐中；

对需要检测的接触碟，计算菌落数量，和下一次检测时间间隔，依次循环；

直到所有接触碟中的菌落数量都已超过超标阈值或者达到最大检测时间，结束检测。

进一步的，所述菌落数的计算采用OpenCV处理获得。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明解决了目前人工肉眼识别肉眼计数的不准确性，减少了工作步骤，降低了接触碟在多个步骤移动中与外界环境造成的污染，使其计数更加省力、方便、准确，检测更加安全。

此终端设备可培养接触碟的个数由培养罐的大小决定，培养时间为48小时，同时其运动方式可实现对接触碟检测的周期性运动。

本发明具有一定的先进性、经济性、实用性和灵活性，其设备最终完成的识别计数数据通过无线通信技术上传云平台，使用者可以远程查看此设备分析出的相应数据。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明的物表细菌智能在线监测装置的轴测图；

图2是本发明的物表细菌智能在线监测装置的爆炸图；

图3是本发明的细菌运动模块的零件结构图；

图4是本发明的物表细菌智能在线监测装置的模块布局图；

图5是本发明的恒温模块培养箱内胆图；

图6是本发明的接触碟爆炸图；

图7是本发明培养罐的结构视图。

其中，1、钣金壳外壳，2、角铝，3、保温内胆，4、箱体，5、检测运动模块，6、底部钣金壳，7、直线模组，8、前面板钣金转接板，9、前面板钣金，10、电源调节开关，11、温度控制器，12、控制面板，13、控制执行模块，14、保温面板，15、光源支架，16、光源，17、培养罐支架，18、培养罐，19、细菌检测识别模块，20、镜头，21、相机，22、把手，23、阻尼铰链，24、电源开关，26、门锁，27、活动面板，28、遮光箱，29、电机推杆，30、接触碟，31、不锈钢板，32、上盖，33、密封圈，34、底壳，35、培养罐夹持卡扣，36、微型气泵，37、气泵推杆连接件，38、吸盘安装座。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

实施例一

本实施例提供了一种物表细菌智能在线监测装置。

一种物表细菌智能在线监测装置，包括：

箱体4，箱体4内设有细菌检测识别模块19、检测运动模块5和控制执行模块13；

细菌检测识别模块19，包括摄像头，用于拍摄细菌图像，并完成计数；其中，摄像头包括镜头20和相机21；

检测运动模块5放置在保温内胆3中，包括若干个培养罐18，每个培养罐18内设有若干接触碟30；用于将待检测的接触碟从培养罐18中取出，并移至细菌检测识别模块19下方；用于将检测完成的接触碟30移至另一培养罐18中；

控制执行模块13，用于控制细菌检测识别模块19、检测运动模块5，实现多模块运动配合。如图1-7所示：

本实施案例包括：箱体、细菌检测识别模块、检测运动模块、控制执行模块四个部分组成。

①箱体由控制面板12，钣金壳外壳1，保温内胆3及保温面板14等部件构成一个具有测温、控温、保温功能于一体的一款保证在36℃±1℃的设备箱体。其中保温内胆5由多块不锈钢板31及角铝2拼接配合而成，使其保证其他模块在内胆中运动和安装的精度。其他钣金均由SPCC(冷轧板)折弯而成。具体的，箱体4：由前面板钣金9、钣金壳外壳1、底部钣金壳6、保温面板14和多个辅助零件组成，保温内胆3采用角铝2与不锈钢板31拼接而成(附图图1)，保温内胆3外部采用加热带多圈缠绕实现加热功能。保温内胆3中放置温控装置实现细菌培养所需温度的控制功能，内胆与相邻的前面板钣金内衬板中填充岩棉等保温材料使其模块具有加热控温保温的功能。

②细菌检测识别模块19由自动变焦镜头和500万像素的工业相机及可调光源16三部分组成，后经过硬件控制和软件处理实现的细菌的自动识别和计数功能。具体的，细菌检测识别模块：由相机21、镜头20、光源16及遮光箱28组成。首先，通过直线模组7在相机21和镜头20的调节下进行拍摄和识别，然后再通过软件处理分析完成计数功能。整个识别环境为暗视野除了便于识别的光源之外不允许外界光源进入，为了避免光源直射接触碟反光影响相机识别所以遮光箱表面采用磨砂工艺处理达到漫反射的状态。光源16安装在光源支架15上，光源支架15安装在保温内胆3的侧壁上。

③检测运动模块5：由直线模组7、电动推杆29、微型气泵36和三者之间配合的转接件组成的一套运动系统。整套模块由直线模组7完成X轴运动，电机推杆29完成Z轴运动再与吸盘和微型气泵36配合从而完成整套接触碟吸附和运动的目的。所述吸盘安装在吸盘安装座38上。

具体的，包括：培养罐18(附图图4)、电机推杆29、直线模组7、及相关部件组成。将采集好的接触碟30放置在培养罐18中，由微型气泵36连接的吸盘吸附接触碟30后向下运动，使接触碟30撑开培养罐上的夹持卡扣35从培养罐18中取出，在电动推杆29的带动下向下运动，再由直线模组7带动电机推杆29和微型气泵36，吸盘及吸盘上吸附的接触碟30作横向运动到达识别点位后暂停；由细菌检测识别模块19进行识别，识别结束后继续横向运动到达第二个培养罐的点位再通过电机推杆29向上运动，使接触碟30撑开培养罐体上的夹持卡扣35进入罐体中由此进行重复的识别动作。接触碟的数量为13个，每识别完所有的接触碟30为一个周期，整个循环动作呈U形可以实现周期性运动检测识别。其中，吸盘设置在直线模组7上方安装的电动推杆29顶端吸盘安装座38上用来吸附接触碟底面上。培养罐18通过培养罐支架17固定，培养罐支架17通过螺栓安装在保温内胆3的侧壁上。

④控制执行模块13:由以上模块的控制器及驱动器和外部的控制面板组成，达到对上述多个模块之间的相互控制实现多模块运动配合达到预期的运动、识别、计数等功能的实现。具体的，执行控制模块由前面板上的控制面板，屏幕及整台终端设备的软件，硬件系统为主导从而实现整台设备各个模块的联动。主要作用于直线模组7、电动推杆29、相机21、镜头20变焦及整台设备的温度控制，最终以物联网上传平台的形式让使用者远程获知设备所分析的数据。

本实施例的物表细菌智能在线监测装置还包括：电源调节开关10、温度控制器11把手22、阻尼铰链23、电源开关24、门锁26、活动面板27、底壳34、气泵推杆连接件37等。其中，电源调节开关10和温度控制器11均安装在控制面板12上；把手22安装在钣金壳外壳1上，阻尼铰链23采用螺钉连接固定活动面板27，电源开关24安装在控制面板12上，门锁26通过螺钉连接固定活动面板27和前面板钣金9上，活动面板27通过螺钉连接固定在阻尼铰链23和前面板钣金9上，底壳34与上盖33通过密封圈33进行过盈配合，气泵推杆连接件37与直线模组7的滑块通过螺栓连接，吸盘安装座38在直线推杆的顶端与直线推杆螺栓连接。

实施例二

本实施例提供了一种物表细菌智能在线监测方法。

一种物表细菌智能在线监测方法，采用实施例一所述的物表细菌智能在线监测装置，包括：

装置中放入采样后的接触碟，设置要采集的细菌类型、培养温度、超标阈值和最长检测时间；

等待设定的时间，摄像头将信息传输至检测运动模块，检测运动模块开始第一轮监测，检测运动模块从第一培养罐中取出一接触碟；

检测运动模块将该接触碟移动到摄像头下方，摄像头处理分析，得到菌落数；

根据菌落数与超标阈值的关系，结合最长检测时间，得到下一次该接触碟检测的时间间隔；判断第一培养罐中的接触碟是否检测完成；

若是，得到第一培养罐所有接触碟下一次检测的时间间隔，选取最小时间间隔，等待最小时间间隔后，摄像头与检测运动模块通信，并将待检测的接触碟标号传输至检测运动模块；否则，继续从第一培养罐中取出下一个接触碟，循环摄像头得到菌落数、计算下一次接触碟检测的时间间隔的过程；

直线模组开始从第二培养罐中依次取出接触碟，如果需要检测，则将放在摄像头下方，如果不需要检测，将接触碟放在第一培养罐中；

对需要检测的接触碟，计算菌落数量，和下一次检测时间间隔，依次循环；

直到所有接触碟中的菌落数量都已超过超标阈值或者达到最大检测时间，结束检测。

摄像头采用图像识别算法，分为两部分，一部分是使用开源的OpenCV软件框架，对摄像头拍摄菌落生长的图片进行处理分析，计算出菌落的总数。

另一部分是控制摄像头监测菌落生长情况，针对每次采集的菌落生长数量自动调整下一次采集的间隔时间，举例说明：将采样后的接触碟放入设备中，设置好要采集的细菌类型、生长温度、超标阈值数量n(120个)、最长监测时间t(48h)等参数，第一次监测时间为t/6＝8h，即设备就绪后，摄像头等待8小时开始监测，得到菌落数为x。

将阈值分为4个范围：1～n/4(1～30个),n/4～n/2(30～60个),n/2～3n/4(60～90个)，3n/4～n(90～120个)当监测菌落数等于0时，下一次监测间隔时间仍为8h；当监测菌落数大于0且小于n/4时，下一次监测间隔时间调整为t/12＝4h；当监测菌落数大于等于n/4且小于n/2时，下一次监测间隔时间调整为t/24＝2h；当监测菌落数大于等于n/2且小于3n/4时，下一次监测间隔时间调整为t/48＝1h；当监测菌落数大于等于3n/4且小于n时，下一次监测间隔时间调整为t/96＝0.5h；当监测菌落数大于等于n时，即可结束监测过程。如果菌落数不超标，则按照计算的间隔时间进行监测，直到达到最长监测时结束。

当监测菌落数量等于0时，得出下一次间隔时间为：

y＝t/6 ①

当监测菌落数量大于0时，得出下一次间隔时间的计算公式为：

y＝t/(6*2([x/(n/4)]+1)) ②

其中，x为当前监测的菌落数量，n为超标的阈值数量，t为最长监测时间，[]为取整，/为除，*为乘。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种物表细菌智能在线监测装置，其特征在于，包括：

细菌培养模块，用于培养细菌；

细菌检测识别模块，包括摄像头，用于拍摄细菌图像，并完成计数；

检测运动模块，包括若干培养罐，每个培养罐内设有若干接触碟；用于将待检测的接触碟从培养罐中取出，并移至细菌检测识别模块下方；用于将检测完成的接触碟移至培养罐中；

控制执行模块，用于控制细菌培养模块、细菌检测识别模块、检测运动模块，实现多模块运动配合；

所述细菌培养模块包括前面板钣金、钣金壳外壳、底部钣金壳、保温面板和内胆，所述前面板钣金、钣金壳外壳以及底部钣金壳将监测装置围成一个密封的细菌培养装置；

所述内胆采用角铝与不锈钢板拼接而成，内胆外部缠绕有加热带；

所述检测运动模块包括培养罐、电动推杆、直线模组，所述培养罐用于放置未检测或者检测完成的接触碟；所述电动推杆用于将培养罐中取出的接触碟向下运动，移至摄像头下方，并将检测完成的接触碟移动至另一培养罐；所述直线模组用于带动电机推杆水平运动；

所述控制执行模块包括控制器、驱动器以及控制面板。

2.根据权利要求1所述的物表细菌智能在线监测装置，其特征在于，所述内胆与前面板钣金内衬板之间设有保温面板。

3.根据权利要求1所述的物表细菌智能在线监测装置，其特征在于，所述细菌检测识别模块包括摄像头、光源及遮光箱，所述摄像头设置在所述装置内部的顶上，所述遮光箱设置在摄像头的正下方，且遮光箱用于放置被检测的接触碟。

4.根据权利要求1所述的物表细菌智能在线监测装置，其特征在于，所述接触碟包括从上至下依次连接的上盖、密封圈和底壳。

5.一种物表细菌智能在线监测方法，其特征在于，采用权利要求1-4任一项所述的物表细菌智能在线监测装置，包括：

装置中放入采样后的接触碟，设置要采集的细菌类型、培养温度、超标阈值和最长检测时间；

等待设定的时间，摄像头将信息传输至检测运动模块，检测运动模块开始第一轮监测，检测运动模块从第一培养罐中取出一接触碟；

检测运动模块将该接触碟移动到摄像头下方，摄像头处理分析，得到菌落数；

根据菌落数与超标阈值的关系，结合最长检测时间，得到下一次该接触碟检测的时间间隔；判断第一培养罐中的接触碟是否检测完成；

若是，得到第一培养罐所有接触碟下一次检测的时间间隔，选取最小时间间隔，等待最小时间间隔后，摄像头与检测运动模块通信，并将待检测的接触碟标号传输至检测运动模块；否则，继续从第一培养罐中取出下一个接触碟，循环摄像头得到菌落数、计算下一次接触碟检测的时间间隔的过程；

直线模组开始从第二培养罐中依次取出接触碟，如果需要检测，则将放在摄像头下方，如果不需要检测，将接触碟放在第一培养罐中；

对需要检测的接触碟，计算菌落数量，和下一次检测时间间隔，依次循环；

直到所有接触碟中的菌落数量都已超过超标阈值或者达到最大检测时间，结束检测。

6.根据权利要求5所述的物表细菌智能在线监测方法，其特征在于，所述菌落数的计算采用OpenCV处理获得。