CN104977262A - 一种便携式马铃薯晚疫病的检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种便携式马铃薯晚疫病的检测装置。该检测装置中，4种颜色的LED光源按照波长从小到大的顺序(即525、550、700、770nm)对称均匀地放置在上平面外圆为140mm的LED灯支架上。系统开启采集数据时，从键盘选择被点亮的LED光源的个数，然后LED灯按照波长从小到大的顺序依次点亮，聚光筒将光线聚集在待测马铃薯叶片上。每个波长的LED灯点亮1秒后开始进行A/D转换器采样并转换，时间设置为5s，目的是让硅光光电转换器充分适应当前波长LED灯的环境并有充足的时间来进行采样和光电转换。数据获取后，经由模数转换器转换为数字信号后输入单片机，单片机运算后将检测结果显示输出到液晶屏上：如果样本健康，输出“Health”；如果样本患晚疫病，则输出”Disease”且蜂鸣报警。

Description

一种便携式马铃薯晚疫病的检测装置

技术领域

本发明涉及一种马铃薯叶片晚疫病诊断系统，尤其涉及一种基于特征波长LED灯的马铃薯叶片晚疫病的诊断方法。

背景技术

马铃薯是茄科、一年生块茎草本植物，具有产量高、适应性强、营养丰富、粮菜兼用及综合加工用途广等特点，广泛分布于世界各地，成为继小麦、水稻和玉米之后的世界第四大粮食作物。而且，随着气候变暖和马铃薯栽培种植区域化和规模化的发展，马铃薯晚疫病普遍发生，危害呈上升趋势，已严重影响马铃薯产量、品质和商品率，成为制约马铃薯产业发展的一大因素。

传统的植物病害检测方法主要有人工感官判定和理化检测两种，它们都存在一定程度的缺陷。人工感官判定法易受气候条件、健康状况、情绪等主观因素和客观因素的的影响，从而导致误判；而理化检测对操作者的技术要求较高，且步骤繁琐、对样本具有破坏性和时效性差。

近年来，人们已经提出了一些植物病害的检测装置和方法。如专利号为CN203178188U，提出了一种基于光谱成像技术的植物健康状况检测装置，通过激发植物叶片色素荧光，同时获取植物叶片不同波段的荧光和可见光图像，实现植物健康状况的检测；又如专利号为CN101074926A，提出了一种可见和近红外光谱的植物叶片或冠层灰霉病诊断方法与系统，采集被测植物的光谱信息，应用化学计量学方法建立病害光谱模型，实现对病害的检测。但光谱成像系统造价昂贵，检验过程繁杂，耗时长，无法大规模推广使用；可见或近红外光谱法属于弱信号检测，灵敏度较低。

发明内容

针对上述缺陷，本发明要解决的技术问题是如何提供一种检测装置能在简化检测过程、缩短检测周期的情况下实现对病害快速有效的无损检测且造价不高，适合推广使用。

本发明由输入模块、检测探头、数据采集与控制系统和输出模块四个部分组成。

所述的输入模块由键盘组成。系统开始采集数据时，首先由键盘选择光源的个数，可通过点亮2种或是3种颜色的LED灯来缩短检测时间。

所述的检测探头包括LED灯支架、LED光源、聚光筒。525、550、700、770nm是能够表征晚疫病的4个特征波长，选择波长与其相近的4种不同波长的LED灯作为光源，并以对称均布的方式分布在支架上；每个LED灯前加一个聚光筒，使得光源发出的光能够照射在待测的马铃薯叶片上。

所述的数据采集与控制系统由硅光电池检测器和微处理器组成。硅光电池检测器放置在样本的正上方，其作用是接收样本反射LED光源回来的光；模数转换器采用ADC0809，将 光电池接收的光信号转换为数字信号；微处理器选用单片机，数据获取后，经由模数转换的数字信号输入单片机进行运算分析。

所述的输出模块为液晶显示和蜂鸣报警。经单片机运算的检测结果由液晶屏显示出来；若为染病样本，蜂鸣报警模块也同时执行。

其中，LED灯和硅光电池通过导线与模数转换器和单片机连接，所有部件均放置在暗箱中。

与背景技术相比，本发明具有的有效效果是：

(1)只要利用高光谱成像技术找到可以反映植物病害的特征波长，本发明的思路就可以应用于病害的快速、准确、稳定、实时、非破坏性的检测。其他植物病害的特征是发病区域以叶片为主。

(2)本发明采用寿命长、价格低的LED作为光源，整个检测系统就只是一个带有若干个LED灯的嵌入式单片机的便携系统，体积小，重量轻，造价低，方便使用，便于携带。

(3)本发明的病害检测是基于若干个特征波长而不是样本的全部光谱信息。因此无需计算量大且繁琐的化学计量学方法，程序简单，可编写嵌入进单片机中。

(4)检测过程中，不使用化学试剂，无需对植物叶片进行破坏，可实现无损检测，同时也降低了劳动强度，加快了分析速度。

(5)根据检测结果对染病植物进行药物处理，可以减少由于全面喷洒而造成的药物用量，降低生产成本并减少污染。

附图说明

图1为本发明光路系统的结构示意图。

图中，1.LED灯支架、2.LED光源、3.聚光筒、4.硅光电池检测器。

图2为本发明的结构原理框图。

图3为本发明的软件主程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详述，但并不限定本发明的保护范围。

如图1所示，该检测装置中，4种颜色的LED光源2按照波长从小到大的顺序(即525、550、700、770nm)对称均匀地放置在上平面外圆为140mm的LED灯支架1上。系统开启采集数据时，从键盘选择被点亮的LED光源的个数，然后LED灯2按照波长从小到大的顺序依次点亮，聚光筒3将光线聚集在待测马铃薯叶片上。每个波长的LED灯2点亮1秒后开始进行A/D转换器采样并转换，时间设置为5s，目的是让硅光光电转换器4充分适应当前波长LED灯2的环境并有充足的时间来进行采样和光电转换。

另外，样本在不同波长下的反射率是一个相对变量，因此对采集仪器进行校正。由于在这四个特征波长下纯黑的反射率基本为0，本发明仅进行白校正。方法是：分别用四种特征波长的LED灯对标准白板(BaSO₄)照射，硅光转换器测到的数据即为其反射数据；各个波 长下样本的反射数据I_st除以该波长下白板的反射数据I_wt，即为当前波长下的光谱反射率R_sample。计算公式为：R_sample＝I_st/I_wt。

结合图2，单片机是该检测装置的控制中枢，光路系统是最为关键的硬件设备，液晶显示和蜂鸣报警器用于输出样本的检测结果。光路系统对样本进行数据获取后，经由模数转换器转换的数字信号输入单片机，单片机运算后将检测结果显示输出到液晶屏上：如果样本健康，输出“Health”；如果样本患晚疫病，则输出”Disease”且蜂鸣报警。

图3为本发明检测装置的软件主程序流程图。主要分为三大模块：主程序、A/D转换程序和液晶显示程序。其中，为简化编程，将马铃薯晚疫病早期分类的计算融入了A/D转换模块当中。A/D转换器将转换后的数字信号送入单片机，经单片机运算处理后得到采集信号的真实值，并进行马铃薯晚疫病分类计算，最后将检测结果输出到液晶屏上。

Claims (6)

1.一种便携式马铃薯晚疫病的检测装置其特征在于包括输入模块、检测探头、数据采集与控制系统和输出模块四个部分，均放置在暗箱里，以防止各种形式的光对检测过程造成影响。

2.根据权利要求1所述的便携式马铃薯晚疫病的检测装置，其特征在于输入模块由键盘组成。系统开始采集数据时，首先由键盘选择光源的个数，可通过点亮2种或是3种颜色的LED灯来缩短检测时间。

3.根据权利要求1所述的便携式马铃薯晚疫病的检测装置，其特征在于检测探头包括LED灯支架(1)、LED光源(2)、聚光筒(3)：能够表征晚疫病的4个特征波长为525、550、700、770nm，选择波长与其相近的4种不同波长的LED灯(2)作为光源，并以对称均布的方式分布在支架(1)上；每个LED灯前加一个聚光筒(3)，使得光源发出的光能够照射在待测的马铃薯叶片上。

4.根据权利要求1所述的便携式马铃薯晚疫病的检测装置，其特征在于数据采集与控制系统由硅光电池检测器(4)、模数转换器和微处理器组成：硅光电池检测器(4)放置在样本的正上方，其作用是接收样本反射LED光源回来的光；模数转换器采用ADC0809，将光电池接收的光信号转换为数字信号；微处理器选用单片机，数据获取后，经由模数转换的数字信号输入单片机进行运算分析。硅光电池检测器通过导线与模数转换器和单片机连接。

5.根据权利要求1所述的便携式马铃薯晚疫病的检测装置，其特征在于输出模块由液晶显示和蜂鸣报警组成：经单片机运算的检测结果由液晶屏显示出来；若为染病样本，蜂鸣报警模块也同时执行。

6.根据权利要求3或5所述的便携式马铃薯晚疫病的检测装置，其特征在于作为光源的LED灯(2)和硅光电池(4)通过导线与单片机连接，所有部件均放置在暗箱中。