一種便攜式馬鈴薯晚疫病的檢測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種馬鈴薯葉片晚疫病診斷系統(tǒng)，尤其涉及一種基于特征波長LED燈的馬鈴薯葉片晚疫病的診斷方法。
【背景技術】
[0002]馬鈴薯是茄科、一年生塊莖草本植物，具有產(chǎn)量高、適應性強、營養(yǎng)豐富、糧菜兼用及綜合加工用途廣等特點，廣泛分布于世界各地，成為繼小麥、水稻和玉米之后的世界第四大糧食作物。而且，隨著氣候變暖和馬鈴薯栽培種植區(qū)域化和規(guī)?；陌l(fā)展，馬鈴薯晚疫病普遍發(fā)生，危害呈上升趨勢，已嚴重影響馬鈴薯產(chǎn)量、品質(zhì)和商品率，成為制約馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大因素。
[0003]傳統(tǒng)的植物病害檢測方法主要有人工感官判定和理化檢測兩種，它們都存在一定程度的缺陷。人工感官判定法易受氣候條件、健康狀況、情緒等主觀因素和客觀因素的的影響，從而導致誤判；而理化檢測對操作者的技術要求較高，且步驟繁瑣、對樣本具有破壞性和時效性差。
[0004]近年來，人們已經(jīng)提出了一些植物病害的檢測裝置和方法。如專利號為CN203178188U，提出了一種基于光譜成像技術的植物健康狀況檢測裝置，通過激發(fā)植物葉片色素熒光，同時獲取植物葉片不同波段的熒光和可見光圖像，實現(xiàn)植物健康狀況的檢測；又如專利號為CN101074926A，提出了一種可見和近紅外光譜的植物葉片或冠層灰霉病診斷方法與系統(tǒng)，采集被測植物的光譜信息，應用化學計量學方法建立病害光譜模型，實現(xiàn)對病害的檢測。但光譜成像系統(tǒng)造價昂貴，檢驗過程繁雜，耗時長，無法大規(guī)模推廣使用；可見或近紅外光譜法屬于弱信號檢測，靈敏度較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述缺陷，本發(fā)明要解決的技術問題是如何提供一種檢測裝置能在簡化檢測過程、縮短檢測周期的情況下實現(xiàn)對病害快速有效的無損檢測且造價不高，適合推廣使用。
[0006]本發(fā)明由輸入模塊、檢測探頭、數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)和輸出模塊四個部分組成。
[0007]所述的輸入模塊由鍵盤組成。系統(tǒng)開始采集數(shù)據(jù)時，首先由鍵盤選擇光源的個數(shù)，可通過點亮2種或是3種顏色的LED燈來縮短檢測時間。
[0008]所述的檢測探頭包括LED燈支架、LED光源、聚光筒。525、550、700、770nm是能夠表征晚疫病的4個特征波長，選擇波長與其相近的4種不同波長的LED燈作為光源，并以對稱均布的方式分布在支架上；每個LED燈前加一個聚光筒，使得光源發(fā)出的光能夠照射在待測的馬鈴薯葉片上。
[0009]所述的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)由硅光電池檢測器和微處理器組成。硅光電池檢測器放置在樣本的正上方，其作用是接收樣本反射LED光源回來的光；模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用ADC0809，將光電池接收的光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；微處理器選用單片機，數(shù)據(jù)獲取后，經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號輸入單片機進行運算分析。
[0010]所述的輸出模塊為液晶顯示和蜂鳴報警。經(jīng)單片機運算的檢測結(jié)果由液晶屏顯示出來；若為染病樣本，蜂鳴報警模塊也同時執(zhí)行。
[0011]其中，LED燈和硅光電池通過導線與模數(shù)轉(zhuǎn)換器和單片機連接，所有部件均放置在暗箱中。
[0012]與【背景技術】相比，本發(fā)明具有的有效效果是:
[0013](I)只要利用高光譜成像技術找到可以反映植物病害的特征波長，本發(fā)明的思路就可以應用于病害的快速、準確、穩(wěn)定、實時、非破壞性的檢測。其他植物病害的特征是發(fā)病區(qū)域以葉片為主。
[0014](2)本發(fā)明采用壽命長、價格低的LED作為光源，整個檢測系統(tǒng)就只是一個帶有若干個LED燈的嵌入式單片機的便攜系統(tǒng)，體積小，重量輕，造價低，方便使用，便于攜帶。
[0015](3)本發(fā)明的病害檢測是基于若干個特征波長而不是樣本的全部光譜信息。因此無需計算量大且繁瑣的化學計量學方法，程序簡單，可編寫嵌入進單片機中。
[0016](4)檢測過程中，不使用化學試劑，無需對植物葉片進行破壞，可實現(xiàn)無損檢測，同時也降低了勞動強度，加快了分析速度。
[0017](5)根據(jù)檢測結(jié)果對染病植物進行藥物處理，可以減少由于全面噴灑而造成的藥物用量，降低生產(chǎn)成本并減少污染。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明光路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中，1.LED燈支架、2.LED光源、3.聚光筒、4.硅光電池檢測器。
[0020]圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理框圖。
[0021]圖3為本發(fā)明的軟件主程序流程圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳述，但并不限定本發(fā)明的保護范圍。
[0023]如圖1所示，該檢測裝置中，4種顏色的LED光源2按照波長從小到大的順序(即525、550、700、770nm)對稱均勻地放置在上平面外圓為140mm的LED燈支架I上。系統(tǒng)開啟采集數(shù)據(jù)時，從鍵盤選擇被點亮的LED光源的個數(shù)，然后LED燈2按照波長從小到大的順序依次點亮，聚光筒3將光線聚集在待測馬鈴薯葉片上。每個波長的LED燈2點亮I秒后開始進行A/D轉(zhuǎn)換器采樣并轉(zhuǎn)換，時間設置為5s，目的是讓硅光光電轉(zhuǎn)換器4充分適應當前波長LED燈2的環(huán)境并有充足的時間來進行采樣和光電轉(zhuǎn)換。
[0024]另外，樣本在不同波長下的反射率是一個相對變量，因此對采集儀器進行校正。由于在這四個特征波長下純黑的反射率基本為0，本發(fā)明僅進行白校正。方法是:分別用四種特征波長的LED燈對標準白板(BaSO4)照射，硅光轉(zhuǎn)換器測到的數(shù)據(jù)即為其反射數(shù)據(jù)；各個波長下樣本的反射數(shù)據(jù)1^余以該波長下白板的反射數(shù)據(jù)Iwt，即為當前波長下的光譜反射本 Rjsample。計算么式為:Rjgample 了 st/lwt。
[0025]結(jié)合圖2，單片機是該檢測裝置的控制中樞，光路系統(tǒng)是最為關鍵的硬件設備，液晶顯示和蜂鳴報警器用于輸出樣本的檢測結(jié)果。光路系統(tǒng)對樣本進行數(shù)據(jù)獲取后，經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號輸入單片機，單片機運算后將檢測結(jié)果顯示輸出到液晶屏上:如果樣本健康，輸出“Health”；如果樣本患晚疫病，則輸出” Disease”且蜂鳴報警。
[0026]圖3為本發(fā)明檢測裝置的軟件主程序流程圖。主要分為三大模塊:主程序、A/D轉(zhuǎn)換程序和液晶顯示程序。其中，為簡化編程，將馬鈴薯晚疫病早期分類的計算融入了 A/D轉(zhuǎn)換模塊當中。A/D轉(zhuǎn)換器將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送入單片機，經(jīng)單片機運算處理后得到采集信號的真實值，并進行馬鈴薯晚疫病分類計算，最后將檢測結(jié)果輸出到液晶屏上。
【主權項】
1.一種便攜式馬鈴薯晚疫病的檢測裝置其特征在于包括輸入模塊、檢測探頭、數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)和輸出模塊四個部分，均放置在暗箱里，以防止各種形式的光對檢測過程造成影響。2.根據(jù)權利要求1所述的便攜式馬鈴薯晚疫病的檢測裝置，其特征在于輸入模塊由鍵盤組成。系統(tǒng)開始采集數(shù)據(jù)時，首先由鍵盤選擇光源的個數(shù)，可通過點亮2種或是3種顏色的LED燈來縮短檢測時間。3.根據(jù)權利要求1所述的便攜式馬鈴薯晚疫病的檢測裝置，其特征在于檢測探頭包括LED燈支架(1)、LED光源(2)、聚光筒(3):能夠表征晚疫病的4個特征波長為525、550、700、770nm，選擇波長與其相近的4種不同波長的LED燈(2)作為光源，并以對稱均布的方式分布在支架(I)上；每個LED燈前加一個聚光筒(3)，使得光源發(fā)出的光能夠照射在待測的馬鈴薯葉片上。4.根據(jù)權利要求1所述的便攜式馬鈴薯晚疫病的檢測裝置，其特征在于數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)由硅光電池檢測器(4)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和微處理器組成:硅光電池檢測器(4)放置在樣本的正上方，其作用是接收樣本反射LED光源回來的光；模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用ADC0809，將光電池接收的光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；微處理器選用單片機，數(shù)據(jù)獲取后，經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號輸入單片機進行運算分析。硅光電池檢測器通過導線與模數(shù)轉(zhuǎn)換器和單片機連接。5.根據(jù)權利要求1所述的便攜式馬鈴薯晚疫病的檢測裝置，其特征在于輸出模塊由液晶顯示和蜂鳴報警組成:經(jīng)單片機運算的檢測結(jié)果由液晶屏顯示出來；若為染病樣本，蜂鳴報警模塊也同時執(zhí)行。6.根據(jù)權利要求3或5所述的便攜式馬鈴薯晚疫病的檢測裝置，其特征在于作為光源的LED燈(2)和硅光電池(4)通過導線與單片機連接，所有部件均放置在暗箱中。
【專利摘要】本發(fā)明為一種便攜式馬鈴薯晚疫病的檢測裝置。該檢測裝置中，4種顏色的LED光源按照波長從小到大的順序(即525、550、700、770nm)對稱均勻地放置在上平面外圓為140mm的LED燈支架上。系統(tǒng)開啟采集數(shù)據(jù)時，從鍵盤選擇被點亮的LED光源的個數(shù)，然后LED燈按照波長從小到大的順序依次點亮，聚光筒將光線聚集在待測馬鈴薯葉片上。每個波長的LED燈點亮1秒后開始進行A/D轉(zhuǎn)換器采樣并轉(zhuǎn)換，時間設置為5s，目的是讓硅光光電轉(zhuǎn)換器充分適應當前波長LED燈的環(huán)境并有充足的時間來進行采樣和光電轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)獲取后，經(jīng)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后輸入單片機，單片機運算后將檢測結(jié)果顯示輸出到液晶屏上：如果樣本健康，輸出“Health”；如果樣本患晚疫病，則輸出”Disease”且蜂鳴報警。
【IPC分類】G01N21/31, G01N21/55
【公開號】CN104977262
【申請?zhí)枴緾N201510386387
【發(fā)明人】胡耀華, 李梅, 徐明珠, 平學文, 員凱, 白志鵬
【申請人】西北農(nóng)林科技大學
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年6月24日