一种谷类农作物在线病虫害检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于农业技术领域，尤其是涉及一种谷类农作物在线病虫害检测装置。
【背景技术】
[0002] 谷类农作物是人类赖以生存碳水化合物的主要来源，人们熟知的水稻、玉米、小 麦、高粱等就是全球最重要的谷类粮食作物。仅以水稻为例，世界上已有一半以上的人口以 水稻稻米作为主食，据估计，到2025年水稻产量要达到人类所需谷物的60%才能满足人类 的生存需求。我国水稻年种植面积约3000万公顷，占粮食作物种植面积的近1/3,稻谷产量 占全国粮食总产量的45%，随着人口增长，耕地面积逐渐变小，我国面临的粮食问题越来越 突出，其中害虫的危害是导致水稻减产的重要因素，由此给我国造成的直接经济损失高达 百亿元。
[0003] 生物灾害也同样影响我国水稻产量，据记载，我国水稻害虫有78种，经防治后，全 国每年水稻害虫危害仍造成百万吨的损失。常见的水稻田害虫如褐稻虱、白背稻虱、稻纵卷 叶螟、粘虫等，其中稻纵卷叶螟最为猖獗。害虫的繁殖速度及其惊人:寄生在稻杆上的虫卵 成活后，3-5天即可发育成幼虫。10-15天即可成虫。害虫成熟以后将迅速吞噬稻杆内部组 织，将一株稻杆全部吞噬掉大约仅需几天的时间。当害虫在稻杆表面被发现时，往往稻杆已 经死亡。因此，在害虫成虫之前将其发现并扼杀成为消灭害虫、提高谷类农作物产量两个环 节的重中之重。由于害虫虫卵较小，成虫后又在谷类农作物内部寄生，这为我们消灭害虫带 来了很大困难。
[0004] 在当今，农作物的病虫害检测仪器几乎都是以样本抽取、离线检测方式来实现的。 该方法最大的问题是采样样本点数有限、检测及时性差、误判率高并且没有直接获得农作 物的实时数据，对灭虫防治或多或少造成影响，农业专家期盼有一种更为直接的手段为病 虫害防治提供科学依据。本参赛作品正是通过对农业口的调研，由农业专家提出的检测期 望而设计的直接针对农作物在田间生长期在线病虫害本发明的检测机构。本本发明的检测 机构的设计，为农业研究带来了更加先进的检测方式与手段，预计为谷类农作物的检测与 研究带来新的技术革命。
[0005] 本发明的检测机构正是根据农业专家所提出的实际需求而达到农作物生长于田 间的实时检测技术。即通过检测机构在田间执行检测动作，采用X射线透照技术与线扫描探 测技术结合，经对获取的原始数据进行图像处理与变换，准确定位出害虫虫卵、幼虫所在稻 杆的准确位置和数量，为谷类农作物的害虫处理，迈出最为关键的一步。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种可实现自行检测、自动控制和检测数据的有效传输的谷 类农作物在线病虫害检测装置。
[0007] 本发明的技术方案是:本发明的一种谷类农作物在线病虫害检测装置，包括检测 机构总成、机构上平台、车体和控制系统，所述机构上平台固定设置在车体上；
[0008] 所述检测机构总成通过高度变幅调节机构设置在机构上平台的下方，所述检测机 构总成包括变幅平台、X射线发生器、线扫描探测器、中央处理器，所述X射线发生器固定设 置在变幅平台的下方，所述扫描探测器通过探测器调整机构设置在变幅平台的下方，所述 线扫描探测器上设有以太网卡，以太网卡和中央处理器可进行数据交互；
[0009] 所述车体包括行走驱动单元，所述行走驱动单元采用链条传动，通过行走步进电 机输出动力，经链条传动并减速，将驱动力矩作用于行走轮上，带动车体运动，所述车体上 还设有行进支撑结构；
[0010]所述控制系统包括电源电池、遥控器、接收指令及控制器、摄像头，所述遥控器、接 收指令及控制器通过无线信号进行连接，所述X射线发生器、线扫描探测器通过控制线和接 收指令及控制器电连接，所述线扫描探测器通过信号采集线和接收指令及控制器电连接， 所述X射线发生器、线扫描探测器还连接有硬盘录像机，X射线发生器、线扫描探测器通过视 频线和摄像头电连接。
[0011]优选的，所述检测机构总成具有千兆以太数据通讯，CCD高清面扫描成像，微机中 央处理器及其透照图像、CCD图像的数据建模，检测图像识别、典型病虫害的分类识别，数据 远程传输的功能。
[0012]优选的，所述高度变幅调节机构包括升降步进电机、蜗轮蜗杆升降结构和调幅丝 杠，升降步进电机和所述接收指令及控制器电连接，并且和传动蜗轮蜗杆升降结构传动连 接，调幅丝杠的一端与蜗轮蜗杆升降结构传动连接，另一端固定在变幅平台上方，变幅平台 上还设有防止其转动的限位杆，限位杆向上延伸穿过机构上平台。
[0013] 优选的，所述车体上设有变幅连杆，所述变幅连杆包括横向变幅机构总成和纵向 变幅机构总成。
[0014] 优选的，所述横向变幅机构总成包括变幅齿轮箱、变幅调距齿条、变幅步进电机， 所述变幅步进电机可带动变幅齿轮箱内齿轮的正转反转，变幅齿轮箱内齿轮与变幅调距齿 条啮合连接，齿轮正转或反转时，可调节车体的左右间距，所述变幅步进电机和所述接收指 令及控制器电连接；
[0015] 所述纵向变幅机构包括可伸缩杆，利用螺钉固定前后杆的相对位置，可调节车体 的前后间距。
[0016] 优选的，所述行走步进电机的功率大于34.5W。
[0017]优选的，所述行进支撑结构可为水田检测行走滑板或导向轮。
[0018] 优选的，所述车体两端可拆卸的安装防倾翻辅助轮。
[0019] 优选的，所述两个行走轮分别由两个行走步进电机传动。
[0020] 优选的，线扫描探测器检测出的原始图像信息能通过无线信号发射器传送到中央 处理器上，中央处理器通过图像点运算；图像边缘检测、提取及轮廓跟踪对采集到的原始图 像进行处理。
[0021] 本发明具有的优点和积极效果是：
[0022] 1)检测机构前部行进支撑结构可拆卸，有水田水田检测行走滑板与旱田万向轮两 种选择，水路两用，提高检测机构的适用范围，在机构上形成一机多用。
[0023] 2)检测机构结构中利用多种机械运动副，实现检测机构对变幅连杆宽度与长度、X 射线发生器、线扫描探测器相对距离与变幅平台高度的自我调节，实现线扫描分辨率最高、 检测范围最大等优点。
[0024] 3)检测机构利用两个行走步进电机实现差动控制，转向灵活，优化了检测时检测 机构的行走路线，使之在检测工作中适用性更强。
[0025] 4)利用计算机对整个检测机构进行操控和数据采集，对所检测的图像进行快速有 效处理，时效性强。
[0026] 5)实现了利用高能射线的穿透性以及易扫描成像的特点，对谷类农作物内部病虫 害以图像的方式展现出来，在检测方法上创新。
[0027] 6)实现了谷类农作物图形图像处理软件系统。建立相应的数学模型，利用对应的 算子处理，既可在显示器上显示出谷类农作物的黑白图像和彩色图像，并包括图形的边缘 增强、图形放大、灰度变换等功能。
[0028] 7)检测机构具有可缩小的性能，最小可达180_X 320mm X 600mm，便于运输和机械 系统的维护及其机械部件的更换。
【附图说明】
[0029] 图1是检测机构总成和升降平台的结构示意图。
[0030] 图2是本发明的总装配图。
[0031] 图3是水田检测行走滑板的结构示意图。
[0032] 图4是防倾翻辅助轮的结构示意图。
[0033]图5是横向变幅结构三维原理图。
[0034]图6是行走驱动单元的结构示意图。
[0035]图7是系统控制原理框图。
[0036]图8是控制系统原理接线图。
[0037]图9是系统控制程序图。
[0038]图10是本发明得到的检测图像。
[0039]图11是阶跃性边缘和屋顶状边缘处一阶及二阶导数变化规律。
[0040]图12是高斯拉普拉斯算子的脉冲函数和传递函数。
[0041]图13是(a)轮廓提取原始图像;（b)轮廓提取的结果。 图14是行走步进电机的参数分析过程。 图15是用MATLAB模拟L1-F的曲线。
[0042] 图中：
[0043] 1-检测机构总成，2-机构上平台，3-变幅平台，4-X射线发生器，5-线扫描探测器， 6_升降步进电机，7-蜗轮蜗杆升降结构，8-调幅丝杠，9-限位杆，10、11-探测器调整机构， 12-变幅连杆，12a-横向变幅机构总成，12b-纵向变幅机构总成，12.1 -变幅齿轮箱，12.2-变 幅调距齿条，12.3-变幅步进电机，13-水田检测行走滑板，14-行走步进电机，15-行走轮， 16-导向轮，17-防倾翻辅助轮，18-遥控器，19-接收指令及控制器，20-电源电池，21-摄像 头，22-中央处理器。
【具体实施方式】
[0044]下面结合附图对本发明做详细说明。
[0045]本发明的一种谷类农作物在线病虫害检测装置，如图1所示，包括检测机构总成1 和机构上平台2,检测机构总成1通过高度变幅调节机构设置在机构上平台2的下方，所述检 测机构总成1包括变幅平台3、X射线发生器4、线扫描探测器5,所述X射线发生器4固定设置 在变幅平台3的下方，所述扫描探测器5通过水平距离调节装置设置在变幅平台3的下方。 [0046]所述高度变幅调节机构包括升降步进电机6、蜗轮蜗杆升降结构7和调幅丝杠8,调 幅丝杠8的一端与蜗轮蜗杆升降结构7传动连接，另一端固定在变幅平台3上方，变幅平台3 上还设有防止其转动的限位杆9,限位杆9向上延伸穿过机构上平台2;
[0047] X射线发生器4与线扫描探测器5可以