周瑩 田小建 朱文靜

摘 要 紅外熱成像技術在作物病蟲害檢測方面具有圖像直觀、動態(tài)響應快、檢測范圍廣等優(yōu)勢。但靜態(tài)紅外熱成像技術易受環(huán)境溫濕度影響，存在人為因素造成的經驗性誤差。基于此，設計了一種作物動態(tài)紅外熱成像信息采集箱，以彌補靜態(tài)熱成像技術的不足，獲取最利于診斷作物病害的信息。

關鍵詞 動態(tài)紅外熱成像;信息采集;控制系統(tǒng)

中圖分類號：TN215 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.32.087

目前，在設施栽培的過程中，作物生長的環(huán)境條件遠比露地栽培條件苛刻和復雜，經常暴發(fā)大面積的作物病害，引發(fā)減產、品質下降，使得農業(yè)生產遭受重大損失。紅外熱成像技術具有圖像直觀、動態(tài)響應快、檢測范圍廣的優(yōu)點，可提前實現(xiàn)對作物病害的診斷[1-3]。為克服靜態(tài)紅外熱成像技術易受環(huán)境溫濕度因素的影響，設計了一種作物動態(tài)紅外熱成像信息采集箱，實現(xiàn)不同溫度、不同角度高度的連續(xù)拍攝，通過圖像信息處理分析，可以快速獲取作物病害信息，及時采取預防措施，消除作物病害。

1 整體結構設計

作物動態(tài)紅外熱成像信息采集箱整體結構如圖1所示，其主要組成部分包括光箱、紅外熱成像儀、溫濕度傳感器、熱風加溫系統(tǒng)、旋轉載物平臺、降溫系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)。隔板將箱體分為上下兩部分，下部空間布置溫度控制系統(tǒng)，溫度控制系統(tǒng)由熱風加溫系統(tǒng)、降溫系統(tǒng)組成;上部空間為圖像采集空間，旋轉載物平臺布置在箱體中間位置，該平臺配有伺服電機，可驅動載物平臺定角度旋轉。在箱體的側面固定直線導軌，紅外熱成像儀布置在導軌的滑塊上，在電機驅動下實現(xiàn)上下運動。溫濕度傳感器布置于箱體的上方，用于檢測光箱環(huán)境，并反饋給控制系統(tǒng)。本采集箱的控制系統(tǒng)以PLC為基礎，并配有觸摸顯示屏。

采集箱工作時，PLC根據(jù)設定值控制電機驅動載物平臺的轉動與紅外熱成像儀的上下移動，利用溫濕度傳感器監(jiān)測光箱內的溫濕度，并通過熱風加溫系統(tǒng)與降溫系統(tǒng)達到設定的環(huán)境要求，最終實現(xiàn)作物不同角度與高度的變溫拍攝。

2 控制系統(tǒng)硬件設計

本采集箱選用的主要硬件設備包括三菱PLC、觸摸屏、伺服電機及驅動器減速電機、熱風機、雙三管制冷器、溫濕度傳感器和紅外熱成像儀，其整個控制系統(tǒng)由若干個完整回路構成，組成示意圖如圖2所示。

3 控制系統(tǒng)軟件設計

3.1 上位機觸摸屏的設計

上位機軟件設計采用MCGS組態(tài)軟件，通過該組態(tài)軟件設計人機交互界面，包括設備調試界面、設備運行界面、參數(shù)設計界面和數(shù)據(jù)統(tǒng)計界面，如圖3所示。

3.2 下位機PLC的設計

根據(jù)運行過程，程序首先自動檢測原始位置并進行自動調節(jié)，到達初始位置后根據(jù)設置角度、高度、溫度等參數(shù)進入工作環(huán)節(jié)，當載物平臺的旋轉角度、紅外熱成像儀的高度以及箱體內部的溫度達到設定值時，啟動紅外熱成像儀拍攝圖像。PLC的輸入和輸出端口地址分配見表1。

4 結語

針對紅外熱成像技術在監(jiān)測作物病蟲害過程的存在的缺陷，設計了一種作物動態(tài)紅外熱成像信息采集箱，該箱體利用可編程控制器、溫濕度傳感器、電機、旋轉編碼器等硬件，可根據(jù)工作要求對系統(tǒng)進行控制程序的設計，實現(xiàn)了作物活體在不同角度高度下的變溫拍攝，摒棄了環(huán)境對檢測結果的影響，獲取作物的信息更為精準，為真正實現(xiàn)作物病害早診斷提供有利條件和有力保障。

參考文獻：

[1] 周建民，周其顯，劉燕德.紅外熱成像技術在農業(yè)生產中的應用[J].農機化研究，2010（2）：1-4.

[2] 陳斌，田桂華.紅外熱成像技術在植物病害檢測中的應用研究進展[J].江蘇農業(yè)科學，2014（9）：1-4.

[3] 程麒，黃春燕，王登偉，等.基于紅外熱圖像的棉花花鈴期水分脅迫指數(shù)與光合參數(shù)的關系[J].新疆農業(yè)科學，2012（6）：999-1006.

（責任編輯：趙中正）