一种检测植株根系生长状况的装置的制作方法

本发明涉及植物无土栽培，植物生长状况监测装置领域，具体涉及一种检测植株根系生长状况的装置。

背景技术：

新兴的植物工厂栽培技术中使用了无土栽培技术，其中雾培技术是无土栽培技术里面最为先进的技术。雾培技术对根系增加的氧气量达到了98％以上，而且在喷雾中添加植物生长所需的营养元素可以进一步地促进植物生长。

雾培技术相较于基质栽培、营养液栽培和潮溪栽培等技术，栽培形式更多，它不仅适宜于平面栽培，也适宜于平面多层、圆柱体和多面体等多种立体栽培形式，还能用于垂直栽培甚至是太空栽培。

根系是植物吸收养分和水分的主要器官，对植物的生长发育起着重要作用，植物根系在生长介质中的形态分布会影响植物对养分和水分的吸收，进而影响植物的生长，因此获取植物的根系图像，构建植物根系的三维模型对植物根系生长状况的研究很有必要。

使用雾培技术时植物根系放置在一个带有喷雾系统的不透明箱体中，如果要观察根系的生长状况，构建植物根系三维模型可先将植物移到容器外再使用相应的设备(如摄像头，激光扫描仪)对根系进行观测，观测完再将植物放回容器。将植物移到容器外的过程中容易损坏植物根系，而且操作过程比较麻烦，也可以采用x线扫描分析设备对植物根系拍摄根系x光照片，无需将雾培植物移出容器，但所需的设备复杂。

技术实现要素：

针对目前观察雾培植物根系易损坏根系，操作过程麻烦，使用的设备复杂等缺点，本发明提供了一种检测植株根系生长状况的装置，该装置通过获取雾培植物的根系生长图像，构建植物根系三维图像，通过植株根系三维图像可以进一步分析植株根系生长情况。

一种检测植株根系生长状况的装置，包括：

内壁带螺旋导轨的容器；

运行在所述导轨上的图像获取装置；

所述的图像获取装置包括设于支撑架上的驱动装置和采集控制系统；

所述的支撑架带有滑轮，所述的滑轮嵌入导轨；

所述的驱动装置驱动支撑架在导轨上运动；

所述的采集控制系统包括摄像头、照明装置、控制模块，所述的摄像头朝向容器内部，所述控制模块根据接收的指令，控制驱动装置和摄像头工作。

所述的支撑架为径向双层结构，所述的驱动装置位于靠近导轨的底层，所述的采集控制系统位于上层，支撑架的两层为可拆卸结构。

所述的滑轮有4个，通过轮轴相连，分别安装在支撑架的底层的四周，保证支撑架的平稳运动。

所述的摄像头固定安装在支撑架的上层，摄像头的镜头正对植物根系。

优选的，所述摄像头为ccd摄像头，因为ccd摄像头灵敏度高，噪声小，成像质量高，能为三维图像的构建提供高质量的照片。

所述的控制模块包括驱动模块、控制芯片和无线网络模块，所述的无线网络模块包括信号发射电路和信号接收电路，摄像头与信号发射电路的输入端相连，信号发射电路将接收到的图像信息传输给外设电子设备。

所述的照明装置为小灯，安装在摄像头的旁边，为摄像头提供光源。

优选的，所述的照明装置为四个小灯，安装在支撑架的上层的四个角上，随着图像获取装置整体的运动而移动，为摄像头提供光源。

所述的驱动模块包括驱动芯片，驱动芯片受控于控制芯片，驱动芯片控制驱动装置中的电机运动，从而实现对滑轮动作的控制。

优选的，控制芯片选用飞思卡尔mk60dn512zvlq10。

优选的，驱动芯片型号选用l298n。

为了构建完整的根系三维模型，需要摄像头在不同的位置拍摄根系照片，摄像头拍摄照片时滑轮停止运动，停留一定的时间。

小车行驶距离和停留的拍照时间在外设电脑中编程控制，将编写好的程序通过无线传输送入控制芯片，由控制芯片通过驱动芯片驱动电机运动。拍照完成后，控制芯片发出相应的信号，从而控制滑轮带动装置回到初始位置。

优选的，所述的容器带有顶盖，所述的采集控制系统还包括延时启动开关，预先设定延迟启动时间，为人工将固定有植株的容器的顶盖放回预留一定时间。

所述的图像获取装置设有保护罩，在图像获取装置不使用时，套在图像获取装置上，防止雾滴对图像获取装置造成损害。

本发明使用时，在关闭喷雾系统的条件下，打开固定有植株的容器顶盖，取下图像获取装置的保护罩，按下延时启动开关后经过一定时间的延时放回容器顶盖。此时，照明装置点亮栽培容器内部，支撑架带动摄像头在圆筒状栽培容器内壁安装的螺旋形导轨上移动，并在固定位置拍摄植株根系图像，获取植株根系多角度图像信息，拍摄完毕自动复位到初始位置。根系图像通过无线网络模块传输至电脑，从而用于根系三维图像的构建。

本发明的优点在于：

(1)图像获取装置可在容器内部多角度自动获取根系图像，从而有利于构建完整根系三维模型。

(2)无需将植株移动至容器之外，使用时只需打开容器顶盖，按下启动按钮，再将容器顶盖放回即可。不会因为移动植株而破坏植株的根系。

(3)无线网络模块可将植株根系照片传输至电脑，方便快捷。

附图说明

图1为本发明一种检测植株根系生长状况的装置示意图；

图2为图1中的植株根系图像获取装置的结构示意图。

其中，1、容器；2、螺旋导轨；3、图像获取装置；4、双层支撑架；5、电机；6、齿轮箱；7、齿轮连接杆；8、轮轴；9、滑轮；10、摄像头；11、无线网络模块；12、照明装置；13、驱动模块；14、控制芯片；15、电池模块；16、延时启动开关。

具体实施方式

本发明用于植物工厂植株根系生长状况的检测，主要针对雾培植株的根系生长状况的检测。下面结合实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，一种检测植株根系生长状况的装置，包括：容器1，容器1的内壁带有螺旋导轨2，容器1带有顶盖(图中未示出)；运行在螺旋导轨2上的图像获取装置3。

如图2所示，图像获取装置3包括驱动装置和采集控制系统，驱动装置位于双层支撑架4的靠近导轨的底层，采集控制系统位于双层支撑架4的上层。双层支撑架4为可拆卸结构，可采用卡扣连接、螺纹连接、沟槽连接等连接方式中的一种。

驱动装置包括电机5、齿轮箱6、齿轮连接杆7、轮轴8、滑轮9。

滑轮9嵌入螺旋导轨2，与带螺旋导轨2的容器1形成不可拆卸转移的整体。

滑轮9有4个，通过轮轴8相连，分别安装在双层支撑架4的底层的四周，保证双层支撑架4的运动平稳；电机5通过联轴器与齿轮箱6相连，轮轴8穿过齿轮箱6的低速轴通孔；电机5产生的动力通过联轴器传送给齿轮箱6，齿轮箱6的低速轴带动轮轴8转动，从而带动滑轮9在螺旋导轨2上运动；齿轮箱6有2个，通过齿轮连接杆7连接，实现同步运动。

采集控制系统包括摄像头10、无线网络模块11、照明装置12、驱动模块13、控制芯片14、电池模块15、延时启动开关16，采集控制系统可整体进行拆卸转移，固定到其他容器内壁的双层支撑架4的底层上进行根系照片拍摄。

摄像头10、无线网络模块11、照明装置12、驱动模块13、控制芯片14、电机5的电输入端分别与电池模块15的电输出端相连。

摄像头10固定安装在双层支撑架4的上层，摄像头10的镜头正对植物根系，摄像头10为ccd摄像头，因为ccd摄像头灵敏度高，噪声小，成像质量高，能为三维图像的构建提供高质量的照片。

无线网络模块11包括信号发射电路和信号接收电路，摄像头10与信号发射电路的输入端相连，将图像信息传送给信号发射电路，信号发射电路将接收到的图像信息传输给外设电子设备。

照明装置12为四个小灯，安装在双层支撑架4的上层的四个角上，随着图像获取装置3整体的运动而移动，为摄像头10提供光源。

驱动模块13中的驱动芯片型号为l298n，控制芯片14为飞思卡尔mk60dn512zvlq10。驱动芯片受控于控制芯片，驱动芯片控制驱动装置中的电机5运动，从而实现对滑轮9动作的控制。

为了构建完整的根系三维模型，需要摄像头10在不同的位置拍摄根系照片，摄像头10拍摄照片时滑轮9停止运动，停留一定的时间。预先设定的位置信息通过无线传输存入控制芯片14，由控制芯片14通过驱动模块13驱动电机5运动，从而实现对滑轮9动作的控制。

图像采集装置3移动到终点拍摄完成后，控制芯片14发出相应的信号，从而控制滑轮9带动装置回到初始位置。

图像获取装置3设有保护罩，在图像获取装置3不使用时，套在图像获取装置3上，防止雾滴对图像获取装置3造成损害。

使用前，可根据植株根系大小用程序预先设定好小车前进距离和拍照停留时间，将编好的程序通过无线传输送入控制芯片14，通过控制芯片14控制驱动模块13。使用时，先关闭喷雾系统，然后移开固定有植株的容器1的顶盖，取下图像获取装置3的保护罩，按下延时启动开关16，经过一定时间的延时放回容器1的顶盖。此时，双层支撑架4带动摄像头10开始移动，同时照明装置12点亮，为摄像头10提供一个光线充足的照明环境。滑轮9在驱动模块13的控制下在固定位置停留一定的时间，同时由摄像头10对根系进行拍照，拍照完成后滑轮9在驱动模块13的控制下向下一个指定拍照地点移动，移动到终点拍摄完成后驱动模块13发出相应的信号，控制滑轮9带动图像获取装置3回到初始位置。图像获取装置3内置的无线网路模块11可以和电脑建立连接，进行照片传输。使用完毕后，套回保护罩。

上述的对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过改造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。