本发明属于智能农业和生物科学技术领域，特别涉及一种空气中真菌孢子显微图像远程采集装置和方法。
背景技术：
空气中真菌孢子显微图像远程采集装置是一种用于植物真菌病害监测和预报的仪器，主要用于远程采集随空气传播、传染的植物病原真菌孢子显微图像，进而测定植物生产环境中的真菌孢子数量，可为植物真菌病害的预测预报提供基础数据，是及早制定正确的防控策略和采取防治措施的一个重要依据。
随着孢子捕捉器的更新和普及，空中气传植物病原真菌孢子多采用孢子捕捉器取样和监测。但在野外田间捕捉真菌孢子过程中，很多情况下孢子捕捉器测点分散、无人值守、数量多且地理位置偏僻。传统的孢子捕捉方法，存在工作量大、效率低、费时费力、需人工定时换取玻片或捕捉带等不足，无法对农田空中孢子的浓度情况进行自动、实时、大尺度快速监测，导致测量结果无法反映大尺度农田真菌孢子的实时和动态变化情况。植保专家热切盼望有一种能够自动捕捉和远程实时统计捕捉结果的解决方案。
发明人罗德平提交的中国申请号为201010178307.2，申请日为2010年5月21日，名称为“一体化智能孢子捕捉装置”的发明提供了一种自动捕捉加孢子图像抓拍的装置，但该捕捉装置采用塑料带为孢子捕捉载体，由于孢子体积只有微米大小，需要光学显微放大100倍以上才能视觉可见，经试验表明，塑料带易变形，导致表面不平整，显微照相时由于光学放大倍数大、景深变小，对塑料带不同区域自动显微成像时易出现无法聚焦，导致图像区域变模糊。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种空气中真菌孢子显微图像远程采集装置和方法，以不易变形的载玻片为孢子捕捉载体，可实现自动完成取载玻片－涂脂－空中孢子捕捉－孢子显微图像采集和远程传输—回收载玻片等功能，以简化装置的复杂性，提高图像的清晰度。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种空气中真菌孢子显微图像远程采集装置，包括箱体6，其特征在于，在箱体6中设置载玻片取片装置1、载物台2、涂脂装置3、孢子捕捉风道装置4、显微成像装置5和太阳能供电模块，其中，所述载玻片取片装置1利用步进电机向载物台2提供载玻片17，所述涂脂装置3利用步进电机控制涂胶头35和刮刀片37将孢子吸附剂均匀涂抹于载物台2上的载玻片17的采集区域，所述孢子捕捉风道装置4包括不带底板的风箱42，风箱42的采集风道进风口40通过管路与箱体6上的进风口9相连，风箱42的采集风道出风口41通过管路与吸风风机10相连，通过步进电机十38控制能够使得风箱42底部与载物台2上的载玻片17贴紧，所述显微成像装置5设置于载物台2的上方，对其上的载玻片17中孢子的显微图像进行图像采集。
所述箱体6下部设置地栓螺孔7和万向轮8，所述进风口9设置有纱网。
所述载玻片取片装置1包括用于放置载玻片17的片库18，片库18的底部悬空，由步进电机一20控制的推片板19作用于所述悬空位置，将从片库18落下的载玻片17水平推出至滑片板22，所述滑片板22由步进电机二21控制转动，使得载玻片17滑到载物台2的玻片槽26中。
所述载物台2安装于丝杠导轨一15上，通过步进电机三16驱动丝杠导轨一15使得载物台2沿x方向移动，所述载物台2上安装有步进电机四23，步进电机四23驱动载物台2沿y方向移动，所述载物台2上安装有限位销25和玻片限位板27，限位销25由步进电机五24控制，在涂抹孢子吸附剂时，步进电机五24推动限位销25卡住载玻片17，玻片限位板27由步进电机六28控制，在采集图像结束后推动载玻片17使其落入回收盒内。
所述涂脂装置3包括横向的丝杠导轨二32和两条纵向的丝杠导轨三33和丝杠导轨四34，涂胶头35设置在丝杠导轨三33上，涂胶头35的后方设置有胶盒36，丝杠导轨三33安装在丝杠导轨二32上，刮刀片37设置在丝杠导轨四34上，步进电机七29控制涂胶头35沿丝杠导轨三33上下运动，步进电机八31控制刮刀片37沿丝杠导轨四34上下运动，步进电机九30控制丝杠导轨三33沿丝杠导轨二32水平运动。
所述孢子捕捉风道装置4采用直角风道设计，使载玻片17与风箱35中含有孢子的气流充分接触以使其黏附更多的孢子，风箱35的底部与载玻片17贴紧时，可使外部气流与箱体内部隔离，防止外部空气污染内部装置，并通过吸风风机10控制风道内气流大小。
所述风箱42安装在丝杠导轨五39上，由步进电机十38带动沿丝杠导轨五39上下运动，所述采集风道进风口40位于风箱42的顶部，采集风道出风口41位于风箱42的侧面。
所述显微成像装置5包括显微镜数字摄像头43、镜筒44和物镜45，所述显微镜数字摄像头43通过usb数据线和嵌入式工控机连接，随时接收来自工控机发出的图像采集信号，通过镜筒44和物镜45可放大100～400倍数，抓拍所述载玻片17上真菌孢子的显微图像。
所述载物台2下方正对所述显微成像装置5安装有显微镜光源12，所述箱体6顶部设置太阳能电板14，且太阳能电板14倾斜角度可调节，内部设置蓄电池13，蓄电池13和太阳能电板14相连以采集清洁的太阳能为整个装置供电。
所述显微镜光源12与控制模块相连接，控制模块通过不同占空比的pwm信号调节输出电流，实现对显微镜光源12发光强度的稳定定量调节。
本发明采用嵌入式工控机控制各电机，工控机封装于所述箱体6内，通过usb接口与无线通信模块相连，实现采集装置的远程图像传输，同时接收来自服务器端的控制命令信号，并根据服务器端的信号，启动或急停各个运动模块。
本发明还提供了利用所述空气中真菌孢子显微图像远程采集装置的采集方法，采用嵌入式工控机控制，其特征在于，包括如下步骤：
步骤s1：工控机上电，软件自动启动，与服务器端建立链接；
步骤s2：系统自检，依次向驱动模块发送握手指令，接收反馈指令，向i/o模块发送指令，接收反馈指令，读取显微镜数字摄像头43设置参数，检测摄像头是否工作正常；
步骤s3：自检完成，向服务器端发送设备状态：驱动模块状态，i/o模块状态，显微镜数字摄像头43参数；
步骤s4：通过限位开关使各运动模块复位，等待服务器端的采集指令；
步骤s5：接收采集指令，载玻片取片装置1运行，取出载玻片17；
步骤s6：载物台2向左移动，载玻片17运送到涂脂装置3处均匀涂抹孢子吸附剂；
步骤s7：载物台2向左移动，载玻片17水平运送到孢子捕捉风道装置4位置处，孢子捕捉风道装置4运行使风箱42底部与载玻片17贴紧，同时开启吸风风机10；
步骤s8：捕捉真菌孢子时间范围为2～24小时，可按实际需求设定捕捉时间；
步骤s9：捕捉结束后，关闭吸风风机10，载物台2向左移动，载玻片17水平运送到显微成像位置5处，开启显微镜光源12；
步骤s10：控制载物台2平面运动，以采集载玻片17上不同位置点上的孢子显微图像，同时启动显微镜数字摄像头43采集显微图像；
步骤s11：工控机将图像数据存储在硬盘中，同时通过无线网络进行图像远程传输到服务器端；
步骤s12：关闭显微镜光源12，控制步进电机六28运动将载玻片17运送到回收位置丢弃，结束采集；
循环步骤s2～s12。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明一种空气中真菌孢子显微图像远程采集装置和方法，载玻片可自动更换，空中孢子捕捉时可设置不同捕捉时间，能对真菌孢子放大100～400倍进行实时采集显微图像，且装备集成无线通信模块，可实现图像信息的远程无线传输。通过太阳能供电，从而实现对真菌孢子的持续监测。及时准确地对空气中真菌孢子进行捕捉和监测，可为植物真菌病害的预测预报提供基础数据，是为及早制定正确的防控策略和采取防治措施的一个重要依据。
附图说明
图1为本发明装置各模块结构示意图。
图2为本发明装置机械主体结构示意图。
图3为本发明载玻片取片装置示意图。
图4为本发明载物台示意图。
图5为本发明涂脂装置示意图。
图6为本发明采集风道装置示意图。
图7为本发明显微成像装置示意图。
图8为本发明远程采集装置软件工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和以采集小麦条锈病菌夏孢子、孢子吸附剂选用凡士林为实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，为本发明的一种空气中真菌孢子显微图像远程采集装置各模块结构示意图，装置以嵌入式工控机为控制核心，通过无线通信模块接收服务器端的控制指令，无线通信模块和摄像头与嵌入式工控机通过usb线连接，驱动模块和i/o模块通过通信485总线与嵌入式工控机连接实现信号传输，驱动模块通过pwm信号调节驱动芯片输出不同的脉冲个数，从而实现电机模块的运动，限位开关与驱动模块连接控制电机启停，i/o模块与吸风风机和控制模块相连接，控制模块采用输出电流可调的pt4115芯片，通过输出不同占空比的pwm信号调节输出电流，从而实现显微镜光源发光强度的稳定定量调节。太阳能供电模块为装置各模块供电。
图2为本发明装置机械主体结构示意图；图3为本发明的载玻片取片装置示意图；图4为本发明载物台示意图；图5为本发明涂脂装置示意图；图6为本发明采集风道装置示意图；图7为本发明显微成像装置示意图。
如图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，本发明提供的空气中真菌孢子显微图像远程采集装置包括载玻片取片装置1、载物台2、涂脂装置3、孢子捕捉风道装置4和显微成像装置5和太阳能供电模块；其中，所述远程采集装置安装在箱体6内，箱体6底部设置有地栓螺孔7和万向轮8；所述载玻片取片装置1包括用于放置载玻片17的片库18，片库18的底部悬空，当装置1运行时，步进电机一20首先带动推片板19向前运动作用于所述悬空位置，推动片库18中的载玻片17移动到滑片板22上，此时步进电机二21带动滑片板22倾斜一定角度使载玻片17滑到载物台2上的玻片槽26中；所述涂脂装置3包括横向的丝杠导轨二32和两条纵向的丝杠导轨三33和丝杠导轨四34，涂胶头35设置在丝杠导轨三33上，涂胶头35的后方设置有胶盒36，丝杠导轨三33安装在丝杠导轨二32上，刮刀片37设置在丝杠导轨四34上，步进电机七29控制涂胶头35沿丝杠导轨三33上下运动，步进电机九30控制丝杠导轨三33沿丝杠导轨二32水平运动，步进电机八31控制刮刀片37沿丝杠导轨四34上下运动，用于将凡士林均匀涂抹于载玻片17采集区域；所述孢子捕捉风道装置4包括不带底板的风箱42，风箱42的采集风道进风口40通过软管与箱体6顶部的进风口9相连，风箱42的采集风道出风口41通过软管与吸风风机10相连，当开始采集孢子时，步进电机十38启动使丝杠导轨五39转动带动风箱42下降，使风箱42底部与载玻片17贴紧即停止，此时吸风风机10启动，风道内形成负压，夹杂着孢子的空气从进风口9吸入，从出风口11排出，空气中的孢子随着气流在风箱42内运动与载玻片17发生碰撞并黏附其上；所述显微成像装置5设置于载物台2的上方，包括显微镜数字摄像头43、镜筒44和物镜45，所述显微镜数字摄像头43通过usb数据线和嵌入式工控机连接，随时接收来自嵌入式工控机发出的图像采集信号，根据夏孢子的大小通过镜筒44和物镜45放大200倍，抓拍来自所述载物台2上载玻片中夏孢子的显微图像。所述嵌入式工控机和电路模块装载于箱体6内。所述采集装置采用12v的蓄电池13提供电源，所述蓄电池13和太阳能电板14相连以采集清洁的太阳能为整个装置供电。
为了自动完成取载玻片－涂脂－空中夏孢子捕捉－孢子显微图像采集—回收载玻片等操作功能，具体实施如下：所述载物台2安装于丝杠导轨一15上，通过步进电机三16驱动丝杠导轨一15使得载物台2沿x方向移动，自动完成取载玻片－涂脂－空中夏孢子采集等功能；同时，所述载物台2上还安装有步进电机四23，能使载物台2沿y方向移动。步进电机16和23接收来自所述工控机输出的脉冲信号驱动载物台2实现x、y方向的平面运动，以采集载玻片上不同位置点上的孢子显微图像。所述载物台2上安装有限位销25和玻片限位板27，限位销25由步进电机五24控制，在涂抹凡士林时，步进电机五24推动限位销25卡住载玻片17，用于防止在涂抹凡士林时，载玻片被涂胶头35黏住带走，玻片限位板27由步进电机六28控制，在采集图像结束后推动载玻片17使其落入回收盒内。
本发明提供的空气中真菌孢子显微图像远程采集装置，所述嵌入式工控机通过usb接口与无线通信模块相连接，实现采集装置的远程图像传输。所述无线通信模块不仅接收来自工控机发出的传输图像信号，还可接收来自服务器端的控制命令信号，并根据服务器端的信号，启动或急停各个运动模块，例如服务器端发现长时间没有接收到孢子图片，可暂停载物台的移动以便节省电量。
本发明提供的空气中真菌孢子显微图像远程采集装置，所述孢子捕捉风道装置4采用直角风道设计，使载玻片17与风箱35中含有孢子的气流充分接触以使其黏附更多的孢子。风箱35的底部与载玻片17贴紧时，可使外部气流与箱体内部隔离，防止外部空气污染内部装置。同时，还可通过吸风风机10控制风道内气流大小。
本发明提供的空气中真菌孢子显微图像远程采集装置，所述片库18采用垂直堆叠存放，最大可存放载玻片100片，用于采集装置连续在野外田间长时间远程采集孢子图像数据。
本发明提供的空气中真菌孢子显微图像远程采集装置，所述采集装置需长期在环境较为恶劣的野外田间工作，考虑到需防尘、防水和防潮的使用要求，采用304不锈钢材质，将箱体6设计成带门的密封结构箱体，防止箱体生锈腐蚀造成箱体漏水损坏内部设备，所述箱体顶部的进风口9设置有纱网。长期野外使用的装置还要考虑抗风设计，所以箱体底部预留有地栓螺孔，便于需要时地脚固定。
如图8所示，本发明提供的空气中真菌孢子显微图像远程采集装置的软件工作流程步骤如下：
步骤s1：工控机上电，软件自动启动，与服务器端建立链接；
步骤s2：系统自检，依次向驱动模块发送握手指令，接收反馈指令，向i/o模块发送指令，接收反馈指令，读取显微镜数字摄像头43设置参数(曝光时间，增益)，检测摄像头是否工作正常；
步骤s3：自检完成，向服务器端发送设备状态：驱动模块状态，i/o模块状态，显微镜数字摄像头43参数(曝光时间，增益)；
步骤s4：通过限位开关使各运动模块复位，等待服务器端的采集指令；
步骤s5：接收采集指令，载玻片取片装置1运行，取出载玻片17；
步骤s6：载物台2向左移动，载玻片17运送到涂脂装置3处均匀涂抹凡士林；
步骤s7：载物台2向左移动，载玻片17水平运送到孢子采集风道位置4处，孢子捕捉风道装置4运行使风箱42底部与载玻片17贴紧，同时开启吸风风机；
步骤s8：捕捉夏孢子设定为2小时；
步骤s9：捕捉结束后，关闭吸风风机10，载物台2向左移动，载玻片17水平运送到显微成像位置5处，开启显微镜光源12；
步骤s10：控制载物台2平面运动，以采集载玻片17上不同位置点上的夏孢子显微图像，同时启动显微镜数字摄像头43采集显微图像；
步骤s11：工控机将图像数据存储在硬盘中，同时通过无线网络进行图像远程传输到服务器端；
步骤s12：关闭显微镜光源12，控制步进电机六28运动将载玻片17运送到回收位置丢弃，结束采集。循环步骤s2～s12，自动换取载玻片、涂凡士林、孢子捕捉、显微成像和图像远程传输等功能。实现自动完成取载玻片－涂脂－空中孢子采集－孢子显微图像采集和远程传输—回收载玻片等功能。
本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所述技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明说的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。