本發(fā)明涉及智能檢測技術(shù)與食品安全生產(chǎn)領(lǐng)域，具體涉及一種栗實(shí)象在線檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

由于板栗多生于低山丘陵緩坡及河灘地帶，蟲害較多，被害果實(shí)喪失食用價值和經(jīng)濟(jì)價值。危害板栗的蛀果害蟲最主要是栗實(shí)象。栗實(shí)象全稱栗實(shí)象鼻蟲，又叫栗實(shí)象甲，對板栗的危害率為25%-40%，有的地方高達(dá)70%以上。因此,如何從源頭上對栗實(shí)象在還未對果實(shí)造成危害之前就開展檢測以便進(jìn)行無公害防治,對發(fā)展板栗生產(chǎn),減少栗農(nóng)經(jīng)濟(jì)損失已迫在眉睫。

當(dāng)前，我國對栗實(shí)象的檢測還停留在原始的肉眼觀察階段，缺乏實(shí)時性、科學(xué)性，智能性不高。由于栗實(shí)象成蟲出土羽化后會立即飛往板栗樹取食板栗樹幼嫩組織,經(jīng)過7～10d營養(yǎng)補(bǔ)充,開始在刺苞或葉片上交配。在飛往栗樹及取食幼嫩組織時產(chǎn)生的最顯著的信號是飛往栗樹時的翅膀扇音頻頻率和取食幼嫩組織時的聲頻頻率,因此可用這些信號來對栗實(shí)象進(jìn)行檢測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種檢測效率高的栗實(shí)象在線檢測系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中的諸多缺點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。

本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種栗實(shí)象在線檢測系統(tǒng)，所述栗實(shí)象在線檢測系統(tǒng)包括顯示控制器（又稱上位機(jī)）和栗實(shí)象檢測裝置（又稱下位機(jī)）。上位機(jī)與下位機(jī)雙向連接。上位機(jī)集信息顯示、操作控制于一體，由觸摸式顯示器構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)對話。栗實(shí)象檢測裝置（又稱下位機(jī)）用于檢測栗實(shí)象主要生物特性參數(shù)，并將其與預(yù)先存儲在栗實(shí)象檢測裝置的微控制器內(nèi)的栗實(shí)象生物特性標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對比，診斷出有無該蟲害存在。若有，下位機(jī)的微控制器驅(qū)動報警模塊發(fā)出預(yù)警，并將檢測信息上傳上位機(jī)顯示；同時，將檢測信息存入栗實(shí)象檢測裝置的eepram內(nèi)，以便用戶通過拓展usb接口導(dǎo)出開展后續(xù)分析或進(jìn)行云擴(kuò)展。

所述栗實(shí)象主要生物特性參數(shù)包括栗實(shí)象啃食板栗樹幼嫩組織的聲波信號和栗實(shí)象成蟲飛往板栗樹時翅膀扇動時的音頻信號。

在本發(fā)明中，所述顯示控制器（上位機(jī)）由5.6寸lcd觸摸式彩色顯示屏構(gòu)成，由栗實(shí)象檢測裝置的微控制器直接驅(qū)動，顯示控制器（上位機(jī)）與栗實(shí)象檢測裝置的微控制器通過雙向串口總線通信。lcd屏上設(shè)計有ui操作界面，實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)對話。ui操作界面分為主、子兩層結(jié)構(gòu)，主ui操作界面用來顯示、控制操作，子ui操作界面用來查看蟲害具體方位。

在本發(fā)明中，所述栗實(shí)象檢測裝置包括：微控制器、電源模塊、音頻檢測模塊、聲波檢測模塊、風(fēng)速檢測模塊、報警模塊。電源模塊、音頻檢測模塊、聲波檢測模塊、風(fēng)速檢測模塊和報警模塊均通過串口總線與微控制器相連接。在考慮風(fēng)速、風(fēng)向?qū)σ纛l、聲頻影響的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)多角度、準(zhǔn)確地對栗實(shí)象主要生物特性參數(shù)進(jìn)行檢測。

在本發(fā)明中，所述栗實(shí)象檢測裝置還包括：擴(kuò)展flash數(shù)據(jù)存儲模塊（eepram）、外接usb接口。擴(kuò)展flash數(shù)據(jù)存儲模塊（eepram）、外接usb接口亦均通過串口總線與微控制器相連接。擴(kuò)展flash數(shù)據(jù)存儲模塊（eepram）用于擴(kuò)大檢測數(shù)據(jù)存儲容量；外接usb接口便于用戶導(dǎo)出所存儲參數(shù)，開展云擴(kuò)展或其它后續(xù)研究分析。

在本發(fā)明中，所述音頻檢測模塊主要包括：帶整形放大電路和帶通濾波器的音頻傳感器、第一多路選擇開關(guān)和鑒頻器，音頻傳感器通過第一多路選擇開關(guān)與鑒頻器相連，鑒頻器與微控制器相連。

音頻檢測模塊通過音頻傳感器采集栗實(shí)象出土羽化后飛往板栗樹上時的翅膀扇動頻率參數(shù)和害蟲方位信息，并將其發(fā)送給所述栗實(shí)象檢測裝置的微控制器中，進(jìn)行處理和對比，分析出栗實(shí)象翅膀扇動頻率的基頻特性。

在本發(fā)明中，所述聲波檢測模塊主要包括：帶整形放大電路和帶通濾波器的聲波傳感器、第二多路選擇開關(guān)和頻譜分析儀，聲波傳感器通過第二多路選擇開關(guān)與頻譜分析儀相連，頻譜分析儀與微控制器相連。

聲波檢測模塊通過聲波傳感器采集栗實(shí)象成蟲在啃食板栗樹上幼嫩組織（如嫩葉等）時的聲波頻率參數(shù)和蟲害方位信息，并將其發(fā)送給所述栗實(shí)象檢測裝置的微控制器中，進(jìn)行處理和對比，分析栗實(shí)象啃食聲波的基波特性。

在本發(fā)明中，所述風(fēng)速檢測模塊包括風(fēng)速傳感器，風(fēng)速傳感器和微處理器相連。

所述風(fēng)速檢測模塊通過風(fēng)速傳感器監(jiān)測被測板栗園的當(dāng)前風(fēng)速和風(fēng)向，并將其發(fā)送給微控制器，建立音頻在空氣中傳播的速度和風(fēng)速間的函數(shù)對應(yīng)關(guān)系以及聲頻傳輸播速度和風(fēng)速間的函數(shù)對應(yīng)關(guān)系，減少風(fēng)速、風(fēng)向?qū)σ纛l檢測、聲頻檢測的影響。

在本發(fā)明中，所述栗實(shí)象在線檢測系統(tǒng)的微處理器為管腳帶a/d轉(zhuǎn)換的ti公司的tms320c28x系列dsp。

在本發(fā)明中，所述電源模塊用于為整個檢測系統(tǒng)供電。所述的栗實(shí)象在線檢測整個系統(tǒng)以12v可充電鋰電池組為核心，采用太陽能和電池混合供電方式，節(jié)能環(huán)保。

本發(fā)明有益效果：本發(fā)明通過把低頻的音頻檢測模塊、聲波檢測模塊與風(fēng)速檢測模塊相結(jié)合，既排除了風(fēng)速風(fēng)向?qū)z測栗實(shí)象主要生物特性參數(shù)的影響，又實(shí)現(xiàn)了多角度全方位無死角監(jiān)測，有效提高了監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時性、準(zhǔn)確性和可靠性；為及時準(zhǔn)確地掌握板栗園栗實(shí)象蟲害情況，利用電磁方法開展對栗實(shí)象無公害化處理提供了技術(shù)支持，有利于提高板栗生產(chǎn)的產(chǎn)量和品質(zhì)。本發(fā)明十分有利用戶及時準(zhǔn)確地掌握板栗園栗實(shí)象蟲害情況，具有誤報率低、智能化程度高、操作簡單、實(shí)時性強(qiáng)等特點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明栗實(shí)象在線檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明的具體實(shí)施例整個系統(tǒng)控制流程圖。

圖3為本發(fā)明的上位機(jī)操作界面示意圖。

圖4為本發(fā)明的栗實(shí)象檢測裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖5為本發(fā)明的栗實(shí)象啃食聲波檢測裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖6為本發(fā)明的栗實(shí)象羽化后翅膀扇動音頻檢測裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖7為本發(fā)明的電源裝置結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

參照圖1、圖2所示的栗實(shí)象在線檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖及其系統(tǒng)控制流程圖。在本實(shí)施例中，該栗實(shí)象在線檢測系統(tǒng)包括顯示控制器（又稱上位機(jī)）和栗實(shí)象檢測裝置（又稱下位機(jī)）。顯示控制器（上位機(jī)）與栗實(shí)象檢測裝置的微控制器通過雙向串口總線連接，顯示控制器（上位機(jī)）集信息顯示、操作控制于一體，由觸摸式顯示器構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)對話。下位機(jī)用于檢測栗實(shí)象主要生物特性參數(shù)，并將其與預(yù)先存儲在微控制器內(nèi)的栗實(shí)象生物特性標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對比，診斷出有無該蟲害存在。若有，下位機(jī)的微控制器驅(qū)動下位機(jī)報警模塊發(fā)出語音預(yù)警，并將檢測信息上傳上位機(jī)顯示和驅(qū)動上位機(jī)上紅色閃爍報警器預(yù)警；同時，將檢測信息存入下位機(jī)的eepram內(nèi)，以便用戶通過下位機(jī)的usb接口導(dǎo)出進(jìn)行云擴(kuò)展或開展其它后續(xù)研究分析。

參照圖3，所示顯示控制器（如cjt05601bn系列，又稱上位機(jī)）ui主界面布局示意圖。在本實(shí)施例中，所述顯示控制器上設(shè)計有主、子雙層ui操作界面。ui操作主界面左上側(cè)設(shè)置有文本報警區(qū)，用以顯示如“請注意！已檢測到栗實(shí)象。”的文本預(yù)警信息。ui操作主界面左下角設(shè)置有聲波檢測通道查詢按鈕，用于查詢具體是哪些聲波傳感器檢測到栗實(shí)象，根據(jù)聲波傳感器的安置位置來確立發(fā)現(xiàn)蟲害的具體位置。ui操作主界面正中間上端，設(shè)置有紅色閃爍報警器。ui操作主界面正中間下端，設(shè)置有方位顯示區(qū)，正常情況下為綠色，若某個表示箭頭變紅并閃爍，就代表哪個方位檢測到栗實(shí)象，給用戶一個總體方位提示，但具體蟲害位置依靠聲波檢測通道查詢按鈕和音頻檢測通道查詢按鈕來查看。ui操作主界面右上角設(shè)置有風(fēng)速、風(fēng)向參數(shù)顯示區(qū)；右下角設(shè)置有音頻檢測通道查詢按鈕，用于查詢具體是哪些音頻傳感器檢測到栗實(shí)象，根據(jù)音頻傳感器的具體安置位置來確立發(fā)現(xiàn)蟲害的具體位置。在聲波、音頻這兩個檢測通道查詢按鈕的后臺，子ui界面上分別設(shè)置了兩套并列排列的，與分布在栗園不同位置上的聲波、音頻傳感編號一一對應(yīng)的綠色可變色、可抖動按鍵，當(dāng)其中的某個或某些按鍵由綠色變?yōu)榧t色并不斷地在抖動時，就說明相應(yīng)傳感器近距離檢測到栗實(shí)象，根據(jù)傳感器在園區(qū)具體安置位置來確立發(fā)現(xiàn)蟲害的具體位置。

參照圖4-圖6所示，在本實(shí)施例中，該栗實(shí)象檢測裝置包括：微控制器、電源模塊、聲波檢測模塊、音頻檢測模塊、風(fēng)速檢測模塊、拓展flash數(shù)據(jù)存儲模塊（eepram）、拓展usb接口和報警模塊。聲波檢測模塊、音頻檢測模塊、風(fēng)速檢測模塊、拓展flash數(shù)據(jù)存儲模塊（eepram）、拓展usb接口、報警模塊和電源模塊均通過單向串口與微控制器相連。所述微控制器選用運(yùn)算分析能力強(qiáng)的dsp——tms320c28x系列（如tms320f28335）。電源模塊給整個系統(tǒng)供電。

所述音頻檢測模塊包括帶整形放大電路和帶通濾波器的音頻傳感器、第一多路選擇開關(guān)和鑒頻器。音頻傳感器通過第一多路選擇開關(guān)與鑒頻器相連，鑒頻器與微控制器相連。本實(shí)施例中設(shè)有n個音頻傳感器，分別為音頻傳感器1、音頻傳感器2、┄、音頻傳感器n。

所述聲波檢測模塊包括帶整形放大電路和帶通濾波器的聲波傳感器、第二多路選擇開關(guān)和頻譜分析儀，聲波傳感器通過第二多路選擇開關(guān)與頻譜分析儀相連，頻譜分析儀與微控制器相連。本實(shí)施例中設(shè)有n個聲波傳感器，分別為聲波傳感器1、聲波傳感器2、┄、聲波傳感器n。

所述風(fēng)速檢測模塊包括風(fēng)速傳感器，風(fēng)速傳感器和微處理器相連。

聲波傳感器自帶低噪聲整形放大電路和帶通濾波器。

音頻傳感器自帶整形放大電路和帶通濾波器。

在本實(shí)施例中，當(dāng)系統(tǒng)開啟后,dsp微控制器接收聲波傳感器和音頻傳感器采集來的信號。若被測環(huán)境中無風(fēng)時，以設(shè)定的時間(如60s。用戶可根據(jù)實(shí)際情況自主地來設(shè)定刷新時間間隔長短。)為單位，聲波信號經(jīng)聲波傳感器自帶的低噪聲整形放大、帶通濾波器后，可得到?jīng)]有噪聲的栗實(shí)象啃食板栗樹幼嫩組織的聲波基波信號，該聲波信號經(jīng)第二多路選擇開關(guān)、頻譜分析確認(rèn)后輸入微控制器。同時，低頻的音頻傳感器采集的信號經(jīng)音頻傳感器自帶的整形放大電路和帶通濾波器后，通過第一多路選擇開關(guān)，經(jīng)鑒頻器后可直接得到栗實(shí)象翅膀扇動時的音頻信號送入微控制器。微控制器將這兩路栗實(shí)象生物特性參數(shù)信號（即栗實(shí)象啃食板栗樹幼嫩組織的聲波信號和栗實(shí)象翅膀扇動時的音頻信號）與預(yù)先預(yù)置在微控制器內(nèi)的栗實(shí)象生物特性標(biāo)準(zhǔn)值相比較，在允許誤差范圍內(nèi)（如5%的頻率誤差），判斷出有無檢測到栗實(shí)象若被測環(huán)境中有風(fēng)時，板栗樹枝之間、樹葉與樹枝之間、樹葉之間就會拍打、搖晃振動和摩擦，產(chǎn)生噪聲，對音頻檢測和聲頻檢測產(chǎn)生影響。為從已疊加了噪聲的音頻和聲頻信號中成功地提取出主要生物特性參數(shù)，為此，微處理器將根據(jù)風(fēng)速（風(fēng)級）的大小分別采取不同的方法來分離和提取主要生物特性參數(shù)。當(dāng)風(fēng)速傳感器測得的風(fēng)速較小（如三級風(fēng)及以下）時，這時噪聲信號頻率比主要生物特性參數(shù)小得多，對音頻檢測和聲頻檢測信息夠不成大的影響。微處理器將自動采用傅立葉變換，通過對音頻和聲頻傳感器的輸入信號進(jìn)行分析，就能很好地分析原信號，提取出音頻檢測和聲頻檢測信息中栗實(shí)象的主要生物特性參數(shù)，判斷出有無檢測到栗實(shí)象；當(dāng)風(fēng)速傳感器測得的風(fēng)速較大（如四—六級風(fēng)）時，這時噪聲信號頻率與主要生物特性參數(shù)相近，這時利用傅立葉變換，分析和提取出主要生物特性參數(shù)將存在很大誤差。因此，微處理器將自動采用最小二乘法來對音頻和聲頻傳感器的輸入信號進(jìn)行分析，在觀測矩陣的基礎(chǔ)上利用2范數(shù)最小的終止準(zhǔn)則，通過求解線性方程，辨識出相近信號組成的特征參數(shù)（如幅值、相角等）。從而有效地辨識和提取出音頻檢測和聲頻檢測信息中栗實(shí)象的主要生物特性參數(shù)，判斷出有無檢測到栗實(shí)象。

在上述各種情況下，若檢測到栗實(shí)象，下位機(jī)的微控制器驅(qū)動報警模塊發(fā)出預(yù)警，并將檢測信息上傳上位機(jī)顯示；同時，上位機(jī)的ui操作主界面的紅色閃爍報警器閃爍、文本報警區(qū)提示“請注意！已檢測到栗實(shí)象?！钡奈谋绢A(yù)警信息；圖3中的方位顯示區(qū)顯示大致方位。報警時間設(shè)定為60s(用戶可根據(jù)實(shí)際情況自主地來設(shè)定報警時間長短。)，60s后系統(tǒng)自動關(guān)閉報警器。若想要查看栗實(shí)象的具體蟲害位置，將通過點(diǎn)擊ui操作主界面上的“聲波檢測通道查詢按鈕”和“音頻檢測通道查詢按鈕”，進(jìn)入對應(yīng)的子ui界面。查看子ui界面上所設(shè)置的兩套并列排列的綠色可變色、可抖動按鍵，哪個或哪些按鍵由綠色變?yōu)榧t色并不斷地抖動時，就說明相應(yīng)傳感器近距離檢測到栗實(shí)象，根據(jù)傳感器在園區(qū)安裝位置就能確定蟲害的具體發(fā)生地點(diǎn)。

在本實(shí)施例中，對傅立葉變換和最小二乘法等運(yùn)算處理方法的編程采用matlab來實(shí)現(xiàn)，利用matlab生成dsp的c程序并導(dǎo)入本實(shí)施例dsp所創(chuàng)建的工程中，編譯下載在dsp中，以解決matlab程序與dsp間的不兼容。當(dāng)風(fēng)速傳感器測得的風(fēng)速更大（如七級及以上風(fēng)）時，這時栗實(shí)象既不會啃食板栗樹幼嫩組織，也沒有能力展開翅膀往樹上飛了。這時微處理器自動關(guān)機(jī)。

在本實(shí)施例中，利用風(fēng)速檢測模塊采集板栗園區(qū)內(nèi)風(fēng)速風(fēng)向信息，并送入微控制器進(jìn)行處理與分析，可極大地降低檢測的誤報率。微控制器輸出，一方面把數(shù)據(jù)存儲在擴(kuò)展flash數(shù)據(jù)存儲模塊（eepram）中、便于用戶通過拓展usb接口導(dǎo)出所存儲參數(shù)，開展云擴(kuò)展或其它后續(xù)研究分析。另一方面，向上位機(jī)輸出顯示，并驅(qū)動報警器發(fā)出報警信號。

在本實(shí)施例中，栗實(shí)象檢測裝置中的傳感器（音頻傳感器和聲波傳感器）布置情況如下：在一定面積的板栗種植園內(nèi)(如一畝地)的中間位置放置本在線檢測系統(tǒng)，并以此為原點(diǎn)，把園區(qū)分為上下左右四個區(qū)域，在每個區(qū)域內(nèi)以原點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)，采用扇形分布式結(jié)構(gòu)，音頻傳感器和聲波傳感器成對地、較均勻地將已編號的聲波傳感器（如cry2110/2112等系列，16或32個）、音頻傳感器(如mp34dt02tr系列，16或32個)安放在樹枝和樹干上，聲波傳感器的敏感部件緊貼樹枝或夾住樹枝，音頻傳感器背靠樹干振動面朝外，分別用來采集板栗種植園內(nèi)中栗實(shí)象啃食板栗樹幼嫩組織的聲信號和羽化后的栗實(shí)象成蟲飛往板栗樹時翅膀扇動時的音頻信號。在四個區(qū)域的約中間位置各放置1個風(fēng)速檢測傳感器（如lvfsc系列）。

參見圖7所示，在本實(shí)施例中，所述電源模塊給整個系統(tǒng)供電，給電源模塊的供電采用太陽能混合供電方式。一是通過220vac電源經(jīng)過12v充電器，給12v鋰電池充電；二是由太陽能供電。由于光伏板輸出受光線強(qiáng)弱入射角度影響波動較大，直接使用對鋰電池?fù)p壞較大，為此，在光伏板與鋰電池之間要增設(shè)防逆流和過充控制器。當(dāng)充電電壓范圍和12v電池的額定電壓范圍接近時，可使充電過程工作在最大功率點(diǎn)附近，其充電效率更高。為此根據(jù)光伏板面板的填充因子，選用最大功率點(diǎn)電壓為vmpp≈18v的光伏板。

在本實(shí)施例中，微控制器所驅(qū)動的負(fù)載較多，為減少各負(fù)載工作時的相互干擾、提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，根據(jù)各功能模塊的工作電壓不同，本發(fā)明電源模塊將對功能模塊供電采用獨(dú)立供電方式。所述12v可充電鋰電池的輸出電壓被分成三路：其中：第一路經(jīng)高效率線性三端線性穩(wěn)壓管(如ams1117-3.3)降穩(wěn)壓后分成兩路，一路經(jīng)濾波后輸出3.3v，給dsp的i/o供電，另一路經(jīng)調(diào)壓電路調(diào)節(jié)10k電位器高壓、濾波器濾波后輸出1.9v，給dsp的內(nèi)核供電；第二路經(jīng)dc-dc隔離電源模塊b1205s-2wr3降穩(wěn)壓、濾波后輸出5v，給聲波檢測模塊、報警模塊和風(fēng)速檢測模塊等供電；第三路經(jīng)調(diào)壓電路lm2576-adj，調(diào)節(jié)10k電位器，經(jīng)穩(wěn)壓、濾波后輸出3v，給低功耗音頻檢測模塊等供電。

雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實(shí)施例對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對之作一些修改或改進(jìn)，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。