CN221375100U - 一种多节点单反相机控制的田间小麦赤霉病实时监测系统采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多节点单反相机控制的田间小麦赤霉病实时监测系统采集装置，包括箱体，所述箱体的上方设有梯形挡雨棚，梯形挡雨棚的中部设有通风开口，该通风开口内装有防尘网，同时梯形挡雨棚的上方装有太阳能光伏发电板；箱体的内部安装有单反相机、工控机、网络通信设备、蓄电池、电源控制器和散热风扇，其中所述单反相机镜头前方的箱体设有翻盖式盖板，箱体的外侧底部设有底部支架，在底部支架上安装有温湿度传感器，并且底部支架下方装有可伸缩的插入式箱腿。本实用新型适用于小麦田间实时高效监测赤霉病，替代传统人工监测。通过远程实时监测，及早发现小麦赤霉病，为农业生产者提供预警功能，同时提供更精准的农药使用建议。

Description

一种多节点单反相机控制的田间小麦赤霉病实时监测系统采 集装置

技术领域

本实用新型涉及一种多节点单反相机控制的田间小麦赤霉病实时监测系统采集装置，属于物联网、智慧农业、病害监测领域。

背景技术

传统的田间小麦赤霉病监测方法存在一定的局限性。该方法主要依赖于技术人员在实地进行采样调查判断小麦赤霉病的发生情况。技术人员通过对田间小麦植株进行目测调查、症状分析和样本采集，以确定大田环境下的小麦赤霉病病害程度。通过人工统计患病小穗数与全部小穗比例将赤霉病严重度分为五个等级，即从0级(无病)到4级(病小穗数占全部小穗的3/4以上)。然而，这种方法高度依赖技术人员的技术水平和主观判断，易受到主观因素的影响，导致监测结果存在较大的不确定性。此外，结合实地测量的温湿度数据，只能进行简单的推测，过度依赖于人工观察和经验判断。更为关键的是，这些方法需要较长时间来进行观察和分析，需要人工计数，效率较低，使得监测工作既耗时又耗力，无法满足对大范围种植区域进行快速、准确监测和预警的需求。在现代农业智能化技术中，通过在田间架设小麦赤霉病实时监测系统监测采集装置。在小麦进入灌浆期后的第7天、14天、21天和28天，通过实时监测系统采集装置对田间小麦麦穗进行图像采集，实现对小麦赤霉病的实时监测与病害分级。同时，结合田间实时传输的温湿度数据，建立模型或使用专业的决策支持系统，以提前预测可能的赤霉病爆发，并及时发出预警，为田间小麦赤霉病提供更准确的监测和预警服务。这种智能化技术显著提高了监测的效率和准确性，减少了对人工主观判断的依赖，实现了对田间小麦赤霉病的实时监测和远程预警，为农业生产提供了更为可靠的技术支持。

在已有的小麦赤霉病实时监测系统采集装置的研究中，对于远程获取田间小麦表型参数的采集装置研发较少，防尘放水结构设计较差，装置部署不够灵活，相机参数调整仍然需要人工进行。经检索专利申请号202122533359.3公开了一种田间小麦赤霉病监测预警装置，该实用新型需要操作人员在田间控制进行监测，无法实现田间灵活部署。

综上，现有技术缺点包括：

1、需要人员常驻：田间小麦赤霉病监测技术目前存在的一大不足是需要专业人员常驻在农田中，负责执行图像采集和数据收集任务。这种情况限制了监测操作的灵活性，同时也带来了显著的成本效益问题。在实际应用中，这意味着田间小麦的监测过程必须依赖于有限的人力资源，使得病害监测工作无法做到真正的24×7全天候覆盖。

2、数据采集不及时：由于田间小麦赤霉病监测依赖于人工操作，数据采集的频率和及时性可能受到限制。在实际操作中，监测人员不可能时刻都在小麦田中，这可能导致监测数据的更新不及时，尤其是在对监测实时性要求较高的情况下，现有技术存在明显的滞后问题。

3、结构稳定性不足：在面对降雨、降雪等恶劣天气条件时，现有的田间小麦赤霉病监测设备存在结构稳定性不足的问题。设备的外部保护措施不足以抵御恶劣天气对机电设备的损害，可能导致监测设备的性能下降甚至损坏。此外，田间的昆虫和动物也可能对设备造成潜在的损害，影响监测设备的可靠性和稳定性。

4、装置灵活性差：现有的田间小麦赤霉病监测技术中，监测装置的工作需要一定的电能支持。由于蓄电池难以实现在田间长期工作，而使用电线则需要提前进行电路布线，这导致了监测设备在小麦田间布置时的灵活性不足。这一缺陷限制了监测装置的灵活应用，尤其是在农田布局不规则的情况下，电力供应和设备布置面临一系列的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述田间小麦赤霉病监测领域中存在的问题，提供一种多节点单反相机控制的田间小麦赤霉病实时监测系统采集装置。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：一种多节点单反相机控制的田间小麦赤霉病实时监测系统采集装置，包括箱体，所述箱体的上方设有梯形挡雨棚，所述梯形挡雨棚的中部设有通风开口，该通风开口内装有防尘网，同时梯形挡雨棚的上方装有太阳能光伏发电板；所述箱体的内部安装有单反相机、工控机、网络通信设备、蓄电池、电源控制器和散热风扇，其中所述单反相机镜头前方的箱体设有翻盖式盖板，所述箱体的外侧底部设有底部支架，在底部支架上安装有温湿度传感器，并且底部支架下方装有可伸缩的插入式箱腿。

进一步的，所述箱体的一侧设有半开门，用于便于配置箱体内部硬件和布局；同时所述箱体的前侧正上方还开设有一个圆形孔，用于对接散热风扇。

进一步的，所述太阳能光伏发电板两端最高处安装有两支外置天线，所述外置天线与箱体内部的移动网络通信设备相连接。

进一步的，所述单反相机位于箱体正前方，单反相机所在的箱体位置通过隔板进行隔离。

进一步的，所述单反相机具备USB数据线控制联机拍摄功能，并搭配自动对焦镜头，同时所述单反相机采用球形云台进行固定，以便灵活调整拍摄角度。

进一步的，所述盖板上方通过合页固定，盖板放下后完全覆盖箱体，同时在盖板窗口处设有框架，该框架内可插入保护玻璃。

进一步的，所述箱腿作为箱体在田间的支撑部件，其长度通过调整插销与插销孔进行限位，并配有保险扣，所述箱腿底端设计成锥形，以便在田间固定时轻松插入土地中。

进一步的，所述温湿度传感器的数据线和电源线通过箱体底部的预留穿线孔连接至箱体内部，数据线经过RS485串口转USB与工控机相连接，电源线通过DC12V与电源控制器相连接，以供应电能。

进一步的，所述网络通信设备采用工业4G无线路由器，其位于箱体内的侧上方，其外接天线置于太阳能光伏发电板的最高点；所述工控机以Raspberry Pi 4代B型开发板为核心，其与单反相机使用USB接口连接，与网络通信设备使用RJ45网口连接。

进一步的，所述电源控制器位于工控机左侧，其用于为太阳能光伏发电板进行电压调节和接入备用电源，为装置提供合适的工作电压，所述蓄电池用于存储太阳能光伏发电板转换的电能，为设备在阴雨天或太阳能较差的场景下提供电能。

本装置解决的问题及具备的功能如下：

1、机械稳定，防尘防水：本装置旨在解决田间小麦赤霉病监测设备在实际运行中遇到的机械稳定性、防尘和防水等技术问题。通过设计具有防尘和防水功能的机械结构，有效保护设备免受田间环境中灰尘和湿气的侵害。这不仅确保了多节点单反相机终端在各种不利天气条件下的稳定运行，还考虑了机械结构的安全性，以防范意外事件和人员伤害，尤其是在设备在农田中运行时。

2、灵活调整：本装置解决布置小麦田间的多节点单反相机终端在实际使用中的灵活性问题。通过确保各单反相机终端的准确定位和校准，以便在田间环境中准确捕捉小麦田地的图像并保持一定的视野，本专利使监测设备更具适应性和灵活性。

3、电力供应：为了解决在远程小麦田间环境中电力供应的可靠性问题，本装置提出了一种创新的电力供应机制。该机制旨在确保设备在恶劣环境下持续运行，同时降低能源浪费，为田间小麦赤霉病监测设备提供可靠的电力支持。

4、机械维护：本装置解决了田间小麦监测设备维护的问题，通过设计便于维护的机械结构，降低了维护的复杂性和成本，从而减少了停机时间，使得对设备的控制操作更为便捷和高效。

综上，与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

(1)本实用新型的硬件框架可用于架设在小麦田间进行赤霉病的监测，相比于传统的监测模式，本实用新型可实现多角度拍摄，有助于农民及农业专家更全面地观察田间小麦赤霉病的情况，及早发现病害问题，从而采取及时的措施，提高小麦产量。

(2)本实用新型采用半封闭箱体设计，盖板和玻璃的结合，可以有效保护单反相机和其他设备免受恶劣天气、灰尘和异物的影响。在恶劣天气条件下，设备仍能正常运行，提供稳定的田间小麦图像采集。通过安装温湿度传感器，该框架能够实时测量田间小麦的温湿度数据。

(3)本实用新型配备太阳能供电和移动网络通信设备，使本实用新型适用于偏远地区或没有稳定电源供应的农田环境，这有助于扩展设备的适用范围，增加了应用领域的多样性和稳定性。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1为本实用新型主要部件结构示意图。

图2为本实用新型的主视图。

图3为本实用新型的翻盖式盖板示意图。

图4为本实用新型的伸缩插入式箱腿示意图。

图中标记为：1-外置天线，2-太阳能光伏发电板，3-防尘网，4-梯形防雨板，5-箱体，6-直流散热风扇，7-网络通信设备，8-蓄电池，9-单反相机箱内隔板，10-单反相机，11-工控机，12-球形云台，13-电源控制器，14-温湿度传感器，15-限位插销，16-可伸缩插入式箱腿，17-半开门，18-翻盖式盖板，19-插销孔，20-保险扣，21-保护玻璃。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

如图1-4所示，一种多节点单反相机控制的田间小麦赤霉病实时监测系统采集装置，包括箱体，箱体的上方的梯形挡雨棚，梯形挡雨棚上方的太阳能光伏发电板，以及箱体内部的单反相机、工控机、网络通信设备、蓄电池、电源控制器和散热风扇。

设备箱体是核心组成部分，旨在满足不同田间环境的需求并提供适宜的工作条件。该箱体采用非固定形式的设计，可以根据具体的使用场景进行架设，同时有效隔绝雨雪等恶劣天气的影响，确保设备正常运行。箱体上方为梯形挡雨棚装置3，可以有效阻挡雨水，并进行雨水的引流，避免雨水流入箱体内。

箱体的一侧为半开门装置17，可以用来配置箱体内部硬件和布局。在箱体顶部，安装了太阳能光伏发电板2，其倾角可以根据设备所在纬度进行调整，通常在20度到45度之间，以充分利用太阳能资源来为设备供电。太阳能光伏发电板2两端最高处安装两支外置天线1，外置天线1与箱体内部的移动网络通信设备7相连接，太阳能光伏发电板2的下的梯形防雨板4中部设有通风开口，并且开口处配备了防尘网3，有效防止灰尘和异物进入箱体内，同时保持良好的通风和散热效果。

箱体的外部侧面配备了三个可伸缩的插入式箱腿16，作为箱体在田间的主要支撑部件，其长度可以通过调整插销15与插销孔19进行限位，拔下保险扣20，抽出插销即可进行箱腿的伸缩，箱腿底端设计成锥形，以便在田间固定时可以轻松插入土地中，稳定的支撑箱体设备。此外，箱体前侧正上方开设一个圆形孔，用于对接安放散热风扇6，有助于设备内部散热，确保设备在适宜的工作温度范围内正常运行。

单反相机10位于设备箱体正前方半封闭处，相机所在的箱体位置通过隔板9进行隔离，使得在调整相机俯仰角度时可以让箱体内部其他器械依旧处于封闭保护状态，相机具备USB数据线控制联机拍摄功能，并搭配自动对焦镜头。相机采用球形云台12进行固定，以便灵活调整拍摄角度。相机前侧箱体设计为局部可翻盖式盖板18，盖板上方通过合页固定。该结构设计允许在不使用相机时将盖板放下，完全覆盖箱体，从而有效保护相机模组。当需要使用相机时，可以轻松将盖板抬起，方便操作人员迅速调整相机角度，同时可以作为挡雨棚保护相机。翻盖式盖板18开合处保留了框架，可以插入保护玻璃21，确保在恶劣天气条件下仍然能够保持箱体的密封性。该结构设计提供了对相机的有效保护和便捷操作，适用于田间环境中长期部署的需求。

温湿度传感器14位于设备底部支架处，靠近地面，更加接近被测物体以减少误差，同时处于箱体5下方，箱体5可以对其进行保护，其数据线和电源线通过箱体底部的预留穿线孔连接至箱体内部。数据线经过RS485串口转USB与工控机11相连接，而电源线通过DC12V与电源控制器13相连接，以供应电能。该布局使温湿度传感器14能够有效测量环境参数，并将数据传输给工控机，同时确保了电源供应的可靠性，适用于各种应用场景。

网络通信设备7位于设备箱体1内的侧上方，其外接天线1置于太阳能光伏发电板的最高点，网络信号较好，是一款高性能工业4G无线路由器，集成了4GLTE、Wi-Fi、以太网端口和VPN等技术，为设备提供互联网连接和高速数据访问。其根据田间场景选择4G为主要的通信方式，作为连接以太网的网关，用于为装置提供网络通信服务。

工控机11位于设备箱体内，以Raspberry Pi 4代B型开发板作为核心，与单反相机10使用USB接口连接来发送命令实现单反相机的控制功能和接收单反相机照片的功能，与移动网络通信设备7使用RJ45网口连接来收发命令、传输照片到服务器。电源控制器一块13位于工控机11左侧，作用为太阳能电压调节和接入备用电源，其可以接主电源和作为备用电源的其他电源适配器进行变压，为装置提供合适的工作电压。

蓄电池8位于设备箱体内靠近箱腿一侧，用于存储太阳能电板2转换的电能，为设备在阴雨天等太阳能较差的场景下提供电能。

下面以监测田间小麦赤霉病为例，本装置具体的监测过程如下：

选择合适的位置：操作人员首先需要仔细观察小麦，在田间选择一个合适的监测位置，这需要考虑小麦的生长状态、田地的大小和形状，以及需要监测的具体区域。选择合适的位置是确保监测有效性的关键一步。

放置设备：确定监测位置，操作人员可以将本实用新型的装置布置在待检测区域上。首先将箱体下部的三个可伸缩的插入式箱腿16插入到土地中进行固定，然后拔下箱腿伸缩架构上的保险扣20，其次抽出限位插销15，随后将伸缩箱腿结构对应到不同的限位孔19，通常将单反相机设置在离地面约1.3米的高度，以确保相机能够拍摄到小麦田间的麦穗和周围环境。调整好后将限位插销15插回限位孔19进行固定，同时将保险扣20插回限位插销15上进行固定，通过以上操作可以将该装置稳定的放置在田间。

调试设备：接下来，操作人员需要调整单反相机10的位置和角度，以实现最佳的监测效果。相机位于设备箱体的单反相机箱内隔板9封闭处前部，打开翻盖式盖板18,通过调整球形云台12来调整单反相机10，固定好相机位置后将保护玻璃21插入盖板下的框架中，该球形云台12允许用户调整相机的倾斜角度，通常设置为45度角朝下。这个角度的选择有助于捕捉小麦田间的麦穗部分，以及可能出现赤霉病的迹象。随后将太阳能光伏发电板2调整到合适的最佳采光角度，从而利用太阳能为设备进行供电。然后打开箱体侧边的半开门17,将太阳能光伏发电板2和电源控制器13的电源输入端口相连接，将蓄电池8和电源控制器13的外接蓄电池端口相连接，将电源控制器13的DC12V电源输出接口分别与直流散热风扇6、移动网络通信设备7、温湿度传感器14、工控机11相连接；将电源控制器13的DC5V电源输出接口与单反相机10相连接；工控机11的网络接口与移动网络通信设备7相连接；温湿度传感器14通过RS485转USB接口与工控机11相连接。

准备就绪：操作人员将设备连接完成后打开电源控制器13的启动装置，关闭箱体侧边的半开门17，准备开始监测工作，太阳能光伏发电板2正常工作为设备供电，直流散热风扇6开始工作，向箱体5外侧吹方，外部气体从箱体上侧防尘网3处进入，形成内外的气体循环，为箱体内部提供良好的散热条件，防尘网3同时可以防止灰尘昆虫等异物的进入。当遇到雨雪天气时，箱体上方由太阳能光伏发电板2进行保护，因自然风吹入的雨水可以顺着梯形防雨板4流下，打开的翻盖式盖板18同时也可以起到遮雨的作用。

设备运行：工控机11通电后开机开始运行，同时通过相连接的移动网络通信设备7接入以太网。单反相机13和温湿度传感器14准备就绪，等待工控机11接收云服务器订阅的指令，当收到指令后单反相机10执行拍照命令，随后将拍摄后的图片通过移动网络通信设备7上传到云服务器。

关闭设备：操作人员将电源控制器13关机，随后关闭箱体侧方半开门17，抽出保护玻璃21，关闭翻盖式盖板18。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本领域的普通技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型的保护范围，凡采用等同替换等方式所获得的技术方案，均落于本实用新型的保护范围内。本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种多节点单反相机控制的田间小麦赤霉病实时监测系统采集装置，包括箱体，其特征在于，所述箱体的上方设有梯形挡雨棚，所述梯形挡雨棚的中部设有通风开口，该通风开口内装有防尘网，同时梯形挡雨棚的上方装有太阳能光伏发电板；所述箱体的内部安装有单反相机、工控机、网络通信设备、蓄电池、电源控制器和散热风扇，其中所述单反相机镜头前方的箱体设有翻盖式盖板，所述箱体的外侧底部设有底部支架，在底部支架上安装有温湿度传感器，并且底部支架下方装有可伸缩的插入式箱腿。

2.根据权利要求1所述的一种多节点单反相机控制的田间小麦赤霉病实时监测系统采集装置，其特征在于，所述箱体的一侧设有半开门，用于便于配置箱体内部硬件和布局；同时所述箱体的前侧正上方还开设有一个圆形孔，用于对接散热风扇。

3.根据权利要求1所述的一种多节点单反相机控制的田间小麦赤霉病实时监测系统采集装置，其特征在于，所述太阳能光伏发电板两端最高处安装有两支外置天线，所述外置天线与箱体内部的移动网络通信设备相连接。

4.根据权利要求1所述的一种多节点单反相机控制的田间小麦赤霉病实时监测系统采集装置，其特征在于，所述单反相机位于箱体正前方，单反相机所在的箱体位置通过隔板进行隔离。

5.根据权利要求1所述的一种多节点单反相机控制的田间小麦赤霉病实时监测系统采集装置，其特征在于，所述单反相机具备USB数据线控制联机拍摄功能，并搭配自动对焦镜头，同时所述单反相机采用球形云台进行固定，以便灵活调整拍摄角度。

6.根据权利要求1所述的一种多节点单反相机控制的田间小麦赤霉病实时监测系统采集装置，其特征在于，所述盖板上方通过合页固定，盖板放下后完全覆盖箱体，同时在盖板窗口处设有框架，该框架内可插入保护玻璃。

7.根据权利要求1所述的一种多节点单反相机控制的田间小麦赤霉病实时监测系统采集装置，其特征在于，所述箱腿作为箱体在田间的支撑部件，其长度通过调整插销与插销孔进行限位，并配有保险扣，所述箱腿底端设计成锥形，以便在田间固定时轻松插入土地中。

8.根据权利要求1所述的一种多节点单反相机控制的田间小麦赤霉病实时监测系统采集装置，其特征在于，所述温湿度传感器的数据线和电源线通过箱体底部的预留穿线孔连接至箱体内部，数据线经过RS485串口转USB与工控机相连接，电源线通过DC12V与电源控制器相连接，以供应电能。

9.根据权利要求1所述的一种多节点单反相机控制的田间小麦赤霉病实时监测系统采集装置，其特征在于，所述网络通信设备采用工业4G无线路由器，其位于箱体内的侧上方，其外接天线置于太阳能光伏发电板的最高点；所述工控机以Raspberry Pi 4代B型开发板为核心，其与单反相机使用USB接口连接，与网络通信设备使用RJ45网口连接。

10.根据权利要求1所述的一种多节点单反相机控制的田间小麦赤霉病实时监测系统采集装置，其特征在于，所述电源控制器位于工控机左侧，其用于为太阳能光伏发电板进行电压调节和接入备用电源，为装置提供合适的工作电压，所述蓄电池用于存储太阳能光伏发电板转换的电能，为设备在阴雨天或太阳能较差的场景下提供电能。