一种作物病害孢子空中悬浮富集检测装置与方法与流程

本发明涉及对空气中传播的农作物病害孢子进行捕捉和检测的装置，尤其是能在孢子尚未传播到农作物区域的传播期就能捕捉悬浮孢子的装置，能及早防治农作物病害。

背景技术

空气传播是作物病害孢子传播的主要途径之一，作物病害孢子一般和粉尘微粒一起进行空气传播运动。目前的孢子捕捉器基本是在地面进行工作，这样的捕捉方法无法捕捉到高空中随粉尘微粒一起运动的作物病害孢子，而且是在孢子的感染期和发病期捕获到的孢子，具有滞后性。如果能在孢子尚未传播到作物区域的传播期就将传播途径中的农作物病害孢子捕捉并识别，就能给予工作人员更多时间制定相关的防治措施，大大减少农作物病害的区域。

中国发明专利申请号为201720032291.1的文献中提出了一种孢子监测显微成像云控制系统，该系统由测报平台、玻片、显微镜、调节电机、调节丝杆、调节滑块和限位开关组成，由调节电机推动玻片到达显微成像工作位，调节电机调节显微镜焦距的同时进行拍照，接着将拍照的结果传输到微型处理器进行图片的清晰度的分析，最后将经筛选的照片上传到云端后台备份。但是该系统只能判断孢子的种类，获取的孢子信息中不包含孢子传播方位的来源，因此无法估算孢子病源的大致区域。同时该设备地理位置受限，无法自由更换检测地点。

技术实现要素：

本发明针对现有孢子监测自动化装置无法捕捉中低空中的孢子和无法判断病害孢子来源的缺陷，提出一种作物病害孢子空中悬浮富集检测装置与方法。

本发明所述的一种作物病害孢子空中悬浮富集检测装置采用的技术方案是：该检测装置由热气球、控制器、飞行装置和孢子捕捉器组成，热气球最下方是动力模块，动力模块连接控制器，控制器底部固定连接孢子捕捉器；孢子捕捉器固定飞行装置，孢子捕捉器从上至下依次是微流控透镜、测报平台、定位装置、辅助风扇和风箱，测报平台横向水平布置且其一侧连接能带动其横向水平移动的推进装置，风箱顶部正中间开有四个出风口、四侧壁底部各开有入风口，每个入风口和一个出风口之间各连接一个风道，出风口的正上方是辅助风扇；飞行装置具有两两一组对角布置的四个涡轮风扇；测报平台由平台面和玻片组成，平台面上沿横向分布多个玻片和多个定位孔；定位装置由定位板、定位块、电磁铁、直流电源和玻璃块组成，定位板的正中间开有上下贯通的透气孔，透气孔的正上方是其中一个玻片；电磁铁的正上方是玻璃块，玻璃块的正上方置放着由磁性材料制成的定位块，定位块向上能伸入所述的定位孔中；控制器包括处理器、gps模块、电子罗盘和dsp数字处理器，处理器还分别连接并控制涡轮风扇、辅助风扇、微流控透镜、直流电源、动力模块和推进装置。

本发明所述的一种作物病害孢子空中悬浮富集检测装置的检测方法采用的技术方案是包括如下步骤：

步骤a：处理器控制动力模块点火，热气球带动飞行装置、孢子捕捉器脱离地面，处理器按照gps模块预设的坐标控制涡轮风扇工作以调整飞行方向；

步骤b：处理器控制辅助风扇工作和直流电源给电磁铁通电，使定位块向上弹起限定测报平台，带有孢子的外部空气经风道向上运动进入位于第一个玻片正下方的透气孔中；

步骤c、微流控透镜透过第一个玻片采集图像，并将图像传输给dsp数字处理器进行处理后发送给处理器。

进一步地，步骤c之后，处理器控制辅助风扇停止并关闭直流电源，定位块退出定位孔，控制推进装置工作，驱动测报平台横向水平移动预设的距离后停止，使第二个玻片位于透气孔的正上方，再接通直流电源后由微流控透镜透过第二个玻片采集图像，如此循环完成多次检测。

与现有的技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明将孢子捕捉器等挂载在热气球下，热气球悬浮在中低空，能够避免孢子捕捉器吸入过多杂物从而影响检测效果，又能捕获到传播扩散中的病害孢子。

2、本发明中的热气球和四翼飞行装置配合使用，充分利用了垂直空间，使检测不受地域的限制，能够减少相同范围内所需装置的数量。

3、本发明采用特殊设计的测报平台，能够根据识别到某块区域捕捉到的作物病害孢子的多少，判断出孢子来向对应的入风口，再与gps和电子罗盘的地理信息进行数据融合，即能估计出作物病害孢子的传播途径，能在孢子尚未传播到农作物区域的传播期就能捕捉悬浮孢子，能及早防治农作物病害。

4、本发明采用微流控透镜模块，既可避免传统的显微透镜因过多的透镜组造成自动对焦难度大的问题，又能大大减少显微成像系统的体积。

附图说明

图1是本发明所述的一种作物病害孢子空中悬浮富集检测装置的总体结构示意图；

图2是图1中飞行装置4的俯视结构放大图；

图3是图1中孢子捕捉器5内部结构放大图；

图4是图3中测报平台7和推进装置9的的俯视结构放大图；

图5是图3中测报平台7和定位装置10右视结构放大示意图；

图6是图1的控制框图。

附图中各部件的序号和名称：1：热气球，2：动力模块，3：控制器，4：飞行装置，5：孢子捕捉器，6：微流控透镜，7：测报平台，8：辅助风扇，9：推进装置，10：定位装置，11：金属滤网，12：玻片，13：电机，14：定位块，15：电磁铁，16：直流电源，17：玻璃块，18：传动轴，19：传动齿轮，20：从动齿轮，21：调节丝杆，22：平台面,23：透气孔，24：定位孔，25：涡轮风扇，26：中空隔板；27：固定架；28：亚克力板；29风箱；30入风口，31风道；32出风口；33通光孔；34定位板。

具体实施方式

参见图1，本发明所述的一种作物病害孢子空中悬浮富集检测装置由热气球1、控制器3、飞行装置4和孢子捕捉器5组成。热气球1位于最上面，热气球1的球皮采用强化尼龙制成，底部留有大开口供加热的空气注入。热气球1的最下方是动力模块2，动力模块2用尼龙绳挂在球皮的下方，能将将空气加热注入热气球1，为热气球1提供升空的燃气能量。动力模块2底部用螺丝固定连接控制器3，控制器3的作用是控制整个检测装置工作。控制器3底部用螺丝固定连接孢子捕捉器5，孢子捕捉器5最外部是方形的固定架27，固定架27通过螺丝和螺母固定连接飞行装置4，飞行装置4的作用是为整个检测装置提供前进与转向的动力。

当动力模块2将空气加热注入热气球1后，热气球1带着控制器3、飞行装置4和孢子捕捉器5升空，控制器3控制着飞行装置4调整热气球1的飞行轨迹，孢子捕捉器5收到控制器3的控制信号开始按照预设的工作模式进行孢子的采集和监测工作。

参见图2，飞行装置4具有一块横向水平布置的正方形的亚克力板28，亚克力板28的正中间开有正方形的通孔，固定套在正方形的固定架27外。亚克力板28的对角线与固定架27的对角线在水平面上成45^o夹角布置。在亚克力板28的四角处各安装有能够单轴转动的涡轮风扇25，涡轮风扇25的中心轴上下垂直布置。四个涡轮风扇25中的对角线上的两个涡轮风扇25两两为一工作组，分别提供前进和偏向的动力。以亚克力板28的横向水平面为0^o的参考面，每个涡轮风扇25的工作角为-90^o到90^o。

参见图3，孢子捕捉器5内部从上至下依次是微流控透镜6、测报平台7、定位装置10、辅助风扇8、风箱29。微流控透镜6是市购件，用螺丝固定在固定架27上。微流控透镜6下方的测报平台7横向水平布置，测报平台7一侧连接横向水平布置的推进装置9，推进装置9固定连接固定架27，推进装置9与测报平台7同一水平面上，由推进装置9推动测报平台7在同一水平面方向来回移动。测报平台7下方的定位装置10固定连接在横向水平布置的中空隔板26上方，中空隔板26的一侧固定连接固定架27。定位装置10的下方是辅助风扇8，辅助风扇8固定嵌于中空隔板26上。辅助风扇8的正下方是方形的风箱29，风箱29的顶部正中间开有四个出风口32，在风箱29的四侧壁底部各开有入风口30，在每个入风口30处都覆盖金属滤网11，阻止大颗粒杂质进入风箱29内。在每个入风口30和一个出风口32之间各连接一个风道31，每个风道31在风箱29内部都蜿蜒向上后连接对应的一个出风口32。出风口32的正上方是辅助风扇8。

参见图4和图3，推进装置9固定连接于固定架27，推进装置9由电机13、传动轴18、传动齿轮19、从动齿轮20、调节丝杆21组成，电机13的输出轴带动传动齿轮19转动，传动齿轮19同轴套在传动轴18上，在传动轴18的两端固定连接从动齿轮20，从动齿轮20固定连接横向布置的调节丝杆21的一端，横向布置的调节丝杆21的另一端连接测报平台7。当电机13转动时，带动传动轴18和固定于传动轴18上的传动齿轮19一起转动，与此同时位于传动轴18两端的从动齿轮20带动调节丝杆21同时转动，调节丝杆21带动测报平台7实现横向水平移动。

测报平台7由平台面22和玻片12组成，平台面22通过螺纹孔连接推进装置9的调节丝杆21。平台面22上沿横向均匀分布多个玻片12和多个定位孔24，玻片12固定连接于平台面22，每个玻片12的旁侧有两个定位孔24，两个定位孔24相对玻片12的中心对称布置。每个玻片12上都开有四个通光孔33。在玻片12上，除四个通光孔33处的其余区域都涂有遮光涂层，仅保留四个通光孔33的圆形区域可通光。本发明中玻片12的数量可为4至10个。

当玻片12位于工作位置时，玻片12上的四个通光孔33与图3中四个出风口32的布置相同，直径相同，上下正对。四个出风口32在四个通光孔33的正下方。

参见图5，测报平台7下方的定位装置10由定位板34、定位块14、电磁铁15、直流电源16和玻璃块17组成，定位板34的正中间开有上下贯通的透气孔23。工作位置时，透气孔23的正上方是图4中的玻片12，正对着玻片12，而玻片12的正上方是微流控透镜6。透气孔23的两侧各设有一个电磁铁15，每个电磁铁15的正上方是玻璃块17，玻璃块17的正上方置放着由磁性材料制成的一块定位块14，玻璃块17起着承载和隔绝作用。定位块14向上伸出定位板34外，与图4中的定位孔24正好相配合，能伸入定位孔24中。每个电磁铁15通过电源线连接直流电源16。

参见图6和图1，控制器3由电源电路供电，控制器3包括处理器、gps模块、电子罗盘和dsp数字处理器等，处理器分别连接gps模块、电子罗盘和dsp数字处理器，处理器还分别连接并控制涡轮风扇25、辅助风扇8、微流控透镜6、直流电源16、动力模块2以及电机13。电源电路负责给整个检测装置供电。

参见图1-6，本发明所述的一种作物病害孢子空中悬浮富集检测装置工作时，首先，控制器3中的处理器通过信号线控制动力模块2点火，热气球1里的空气被加热，其密度减小，热气球1的升力变大，带动飞行装置4、孢子捕捉器5脱离地面。

处理器按照gps预设的坐标，向涡轮风扇25发送控制信号，使负责偏向动力的一组涡轮风扇25调整飞行方向，使负责前进动力的另一组涡轮风扇25切换成工作模式。同时处理器向gps读取当前坐标位置，并且和预设的坐标对比。当到达预设的坐标位置后，处理器向涡轮风扇25发送控制信号，使其切换成待机模式。

处理器通过信号线控制辅助风扇8工作，然后控制直流电源16给电磁铁15通电，通电的电磁铁15产生磁场力，使定位块14受磁力作用向上弹起，悬浮卡在定位孔24中，限定了测报平台7的模向水平移动，使电机13无法驱动测报平台7移动。在辅助风扇8的作用下，带有孢子外部空气经风道31向上运动，进入透气孔23中，透气孔23此时位于第一个玻片12的正下方，定位块14此时正好卡在第一个玻片12旁侧的两个定位孔24中，微流控透镜6在第一个玻片12的正上方。

处理器向微流控透镜6发送控制信号，控制它的变焦对焦，微流控透镜6透过第一个玻片12采集图像，且每隔一段时间将当前图像传输给dsp数字处理器进行处理后发送给处理器。其中包括哪个方位孢子数最多的结果。同时处理器向gps和电子罗盘读取当前的坐标和磁场方向，gps模块和电子罗盘能够与玻片12所采集的信息进行数据融合来估计被捕获病害孢子的传播途径，将这三者做一个实时的数据融合，便能估计出作物病害孢子的传播途径，并结果记录，完成第一次检测。

之后，处理器控制辅助风扇8停止工作，并关闭直流电源16，电磁铁15断电后，定位块14下落退出定位孔24。此时，处理器控制电机13转动，驱动测报平台7向横向水平移动预设的距离后停止，此时第二个玻片12位于透气孔23的正上方。紧接着又接通直流电源16，定位块14向上弹起顶第二个玻片12旁侧的两个定位孔24中，然后由微流控透镜6透过第二个玻片12采集图像，控制器3完成第二次检测。如此循环，直至完成多次检测。