【正文】 存在的問題 隨著現(xiàn)代傳感器技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能、無線傳輸?shù)雀咝录夹g(shù)的發(fā)展，這些現(xiàn)代信息技術(shù)在儲糧行業(yè)中也得到了廣泛的應(yīng)用，而且目前正朝著標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化、規(guī)范化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。各種新的檢測技術(shù)如雨后春筍般的不斷發(fā)展起來，在研究現(xiàn)狀中已詳細(xì)介紹了糧蟲檢測的現(xiàn)狀，目前，進(jìn)行糧蟲檢測方法有很多種，不同檢測方式的誘捕和識別方式也不一樣，它們各有利弊，例如利用圖像處理技術(shù)檢測糧蟲是近年來發(fā)展起來的一項(xiàng)新的檢測技術(shù)，目前有很多人在研究這項(xiàng)新技術(shù)，我校老師和學(xué)生也在這方面進(jìn)行了一定的研究，雖然采用這種檢測準(zhǔn)確度高、效率高、無環(huán)境污染，但是不同區(qū)域、不同季節(jié)、不同生長周期的糧蟲的圖像都不相同，目前圖像識別技術(shù)尚不能完全滿足糧蟲檢測的要求，還有待于進(jìn)一步完善[8]。 糧蟲檢測中存在的問題可以歸納為以下幾個方面： （1）不同的誘捕和識別方法存在單一性，制約了糧蟲檢測； （2）糧蟲的檢測受季節(jié)性的影響較大，多種因素能夠直接影響到檢測的精度，如糧食中混入的草籽、殘缺的糧食顆粒、糧蟲的不同姿態(tài)等，檢測精度有待于進(jìn)一步提高； （3）一些新的檢測方案的成本偏高，不利于在糧倉中進(jìn)行大范圍的普及； 實(shí)現(xiàn)糧蟲的檢測受到多種因素的制約，然而，糧蟲的種類復(fù)雜，且近年來有上升的趨勢，這就使得一些檢測方法受到了一定的限制，因此，如何做到提高檢測的效率、精度、降低成本，就顯得很有必要性。 本課題的研究工作 鑒于糧蟲檢測存在的各種問題，以及實(shí)現(xiàn)糧蟲實(shí)時檢測的必要性，提出了一些自己的想法，糧蟲的種類雖然多種多樣，但是常見的糧蟲是玉米象、米象，來自農(nóng)村的學(xué)生對這方面相對來說比較了解，每年封倉的糧食，如果一段時間不見太陽，特別是潮濕天氣時，比較容易生蟲，比較多的糧蟲是玉米象（俗稱蚴子）、米象，這就可以有針對性的進(jìn)行防治。為了使防治工作更有目的性，需要檢測糧蟲的密度，由于玉米象、米象較活撥，有上爬性，我認(rèn)為可以采用糧蟲誘捕器進(jìn)行誘捕的方法進(jìn)行檢測，在誘捕器中可以采用食物引誘劑與糧蟲信息素聯(lián)合誘捕糧蟲，糧蟲信息素誘集害蟲具有高效、專一的特點(diǎn)，但只能針對某一種或某一類糧蟲，盡管食物引誘劑不如糧蟲信息素在誘捕糧蟲方面應(yīng)用廣泛，但食物引誘劑具有廣泛性，可同時吸引多種糧蟲，甚至可引誘活潑的、能爬行的幼蟲。食物引誘劑和信息素結(jié)合起來使用，跟傳統(tǒng)措施相比具有如下優(yōu)點(diǎn)[9]： （1）可在較大范圍內(nèi)吸引昆蟲并及早發(fā)現(xiàn)，為防治提供實(shí)質(zhì)性依據(jù)； （2）用量極少，且效果明顯，不會污染環(huán)境； （3）可以正確的監(jiān)控和防治害蟲，而對人和益蟲沒有影響； （4）糧蟲對信息素和食物引誘劑不會像對化學(xué)藥物一樣，即使用的次數(shù)多了或時間長了，糧蟲亦不會產(chǎn)生抗性。 當(dāng)成功誘捕糧蟲后，需要對糧蟲的數(shù)量進(jìn)行檢測，針對上述問題和需求，本課題提出了利用光電技術(shù)來檢測糧倉蟲害的方法，利用光電傳感器接收到的光線強(qiáng)弱的不同可以判斷出糧蟲密度的大小。傳感器接收光線后，把相應(yīng)的光信號轉(zhuǎn)化為電信號，電信號通過信號采集卡進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，傳輸?shù)接嬎銠C(jī)中，利用計算機(jī)上安裝的信號處理軟件，顯示信號的強(qiáng)弱，這樣就可以檢測出糧蟲的密度大小。要想實(shí)現(xiàn)上述的方案，首先要設(shè)計一個合理的誘捕器，確保能夠成功誘捕到糧倉中的糧蟲；其次要做好光電傳感器、信號放大器、數(shù)據(jù)采集卡的選擇，保證能夠采集到有用的信號；再次設(shè)計一個方案能夠?qū)⒉杉ú杉降男盘杺鬏數(shù)接嬎銠C(jī)，盡可能的做到精度高、傳輸快；最后選擇合適的信號處理軟件對信號進(jìn)行處理，使處理后的信號能夠反應(yīng)蟲害密度的大小。只有做好以上幾個方面的研究工作，基于光電技術(shù)的糧倉蟲害檢測系統(tǒng)方能實(shí)現(xiàn)從理論到實(shí)踐的可能性。利用這種方式進(jìn)行檢測，雖然存在一定的誤差，但是操作簡單，成本也比較低，便于粗略的檢測糧蟲。利用光電技術(shù)檢測糧蟲是一種新技術(shù)，是根據(jù)利用光電技術(shù)檢測粉塵濃度而聯(lián)想到的，利用光電技術(shù)來檢測粉塵濃度已經(jīng)得到了很好的發(fā)展，并且取得了不錯的效果，我認(rèn)為這種技術(shù)如果能夠得到很好的發(fā)展，等技術(shù)成熟后，會是檢測糧蟲的一種很好的方法。 本章小結(jié)本章主要論述了該設(shè)計課題的研究背景以及與課題有關(guān)的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，包括糧蟲防治現(xiàn)狀、誘捕現(xiàn)狀、檢測識別現(xiàn)狀，通過論述和比較得出了進(jìn)行該課題設(shè)計的重要性和意義。并且對一些傳統(tǒng)的檢測方法存在的問題進(jìn)行了簡單的論述，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的檢測方式存在著這樣那樣的問題，這就很有必要研究新的糧蟲檢測方案。針對這種狀況，提出了一些自己的方案，即利用光電技術(shù)進(jìn)行糧倉蟲害檢測。該設(shè)計課題所提出的方法和傳統(tǒng)的檢測方法相比具有以下以下優(yōu)點(diǎn)： 成本相對較低，僅需要一個數(shù)據(jù)采集卡、單片機(jī)以及一些連接設(shè)備，利用相應(yīng)的軟件即可顯示檢測到的糧蟲濃度，便于在糧倉內(nèi)大范圍的使用。 跟傳統(tǒng)的檢測方案相比，勞動強(qiáng)度小，檢測設(shè)備體積小、重量輕、便于攜帶，大大減輕了工人的勞動強(qiáng)度，所使用的LabVIEW使用界面設(shè)置一目了然，通過觀察上面的按鈕就可以看出該如何操作和使用，對工人的技術(shù)水平要求低。 利用光電技術(shù)進(jìn)行糧蟲檢測，可以對歷史數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)存儲，這樣通過調(diào)用查看歷史數(shù)據(jù)，就可以總結(jié)出糧倉發(fā)生蟲害的一般規(guī)律，并采取一定的措施進(jìn)行提前防治。 如果能夠做到信號的及時采集和精確傳輸，所測得的糧蟲密度的精度相對也較高。2 研究方案論證 整體研究方案該方案是基于光電技術(shù)進(jìn)行糧蟲檢測，設(shè)計一個糧蟲誘捕檢測系統(tǒng)，完成如下功能：在誘捕器內(nèi)放置誘捕劑在糧倉內(nèi)完成對糧蟲的誘捕工作，誘捕到的糧蟲掉落在透光板上，用兩個普通的電燈泡在上面照射，透光板下部的光電傳感器接收光線，并將光信號轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號，電信號經(jīng)過AD放大器放大后被數(shù)據(jù)采集卡采集。采集到的信號通過無線傳輸傳到計算機(jī)上并通過相應(yīng)的軟件進(jìn)行處理，通過信號的強(qiáng)弱來判斷糧蟲密度的大小。該檢測系統(tǒng)主要包括硬件和軟件兩大部分，硬件是基礎(chǔ)，軟件是靈魂。硬件主要包括誘捕器、光源、光電傳感器、AD放大器、數(shù)據(jù)采集卡、計算機(jī)，軟件主要完成對采集到的信號進(jìn)行處理，采用Lab VIEW 軟件進(jìn)行處理，通過觀察處理后的信號，可以很直觀的看出采集到的信號的強(qiáng)弱，由此來判斷糧蟲密度的大小。： 糧蟲信息素食物引誘劑普通燈泡誘蟲劑 誘捕器帶孔圓柱管誘蟲器透光板 信號采集模塊光信號轉(zhuǎn)化為 電信號帶尖端圓錐面?zhèn)鞲衅鞣糯笪⑷跣盘朅D放大器 數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)信號采集波形圖表糧情幅值顯示前面板 報警指示燈Lab VIEW軟件 信號處理模塊采集程序存儲程序 程序框圖回放程序 信號輸出模塊觀察Lab VIEW 處理后的信號，判斷糧蟲密度大小將處理后的信號保存在默認(rèn)文件夾中，以便隨時調(diào)用 檢測系統(tǒng)總體框圖 進(jìn)行糧蟲檢測的框圖主要包括以下三個模塊：信號采集模塊、信號處理模塊、信號輸出模塊。通過光源照射誘捕器的透光板，透光板上有誘捕到的糧蟲，光線穿過透光板，由光電傳感器接收，采集到有用的光信號，經(jīng)過光電傳感器后由光信號轉(zhuǎn)化為便于處理的電信號，再傳輸傳到計算機(jī)，由計算機(jī)上的信號處理軟件對接收到的信號進(jìn)行一定的處理，處理成比較容易識別的信號，這樣就可以顯示出強(qiáng)弱不同的電信號，根據(jù)電信號的強(qiáng)弱就可以估測糧蟲密度的大小。 信號采集模塊是整個測量系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是能夠進(jìn)行信號處理和信號輸出的前提，信號采集就是將被測對象的各種參量，通過各種傳感元件適當(dāng)轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)過信號調(diào)理、放大、AD轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)炔襟E，最后送到計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或存儲記錄的過程。信號采集系統(tǒng)追求的最重要的目標(biāo)是精度和速度，對任何的測試都要有一定的精度要求，否則就失去了測試的意義，提高采集的速度不僅提高了工作效率，同時擴(kuò)大了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的適用范圍[10]。信號處理模塊是系統(tǒng)的核心部分，透射光被光電元件接收后轉(zhuǎn)化為電壓信號，此電壓信號被數(shù)據(jù)采集卡采集，經(jīng)放大和誤差修正后，通過無線電傳輸?shù)桨惭b有LabVIEW 軟件的計算機(jī)，計算機(jī)將接收到的相關(guān)信號存儲在一個文件夾中，在LabVIEW 中載入存儲的信號，就可以對接收到的信號進(jìn)行處理。 信號輸出模塊是系統(tǒng)的顯示輸出部分，在糧蟲檢測系統(tǒng)中，用LabView 對信號進(jìn)行處理，可以很直觀的看出信號的強(qiáng)弱，并以此判斷糧蟲密度的大小。當(dāng)信號比較強(qiáng)時，說明透射的光線較強(qiáng)，則糧蟲的密度相對較小，反之糧蟲的密度較大，糧蟲的密度大小跟信號的強(qiáng)弱成反比例關(guān)系，設(shè)置一個峰值為糧蟲險情值，當(dāng)超過這一值時，就會進(jìn)行糧蟲險情預(yù)警。在LabView的程序框圖中，采用生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式和tdms選項(xiàng)編寫一個寫入程序，將顯示過的歷史信號存儲在一個文件中，以便隨時調(diào)用。 在該檢測系統(tǒng)中，用數(shù)據(jù)采集卡完成對信號的采集后，需要將信號傳輸?shù)窖b有LabVIEW的個人計算機(jī)，一套合理的傳輸系統(tǒng)不但可以快速完成對采集到的信號的傳輸，提高傳輸效率，而且提高了傳輸?shù)木?，從而提高檢測精度。 方案一方案一中的傳輸系統(tǒng)采用USB數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，USB是一個外部總線標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了電腦與外部設(shè)備的連接，支持即插即用和熱插拔?；诠怆娂夹g(shù)的糧倉蟲害檢測系統(tǒng)設(shè)計中，為了將采集到的信號及時的傳輸?shù)絺€人計算機(jī)，可以采用USB數(shù)據(jù)傳輸模式，就是將采集到的信號先存儲在插槽型的數(shù)據(jù)采集卡中，當(dāng)需要調(diào)用采集到的數(shù)據(jù)時，將采集卡的USB端口與計算機(jī)相連，這樣就可以直接讀取采集卡中的數(shù)據(jù)。在利用USB技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，檢測信號被數(shù)據(jù)采集卡采取到，可以選擇使用一個帶有USB插槽的數(shù)據(jù)采集卡，該數(shù)據(jù)采集卡可以直接和PC機(jī)相連。計算機(jī)USB接口USB通信接口模塊數(shù)據(jù)采集卡 USB數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) 方案二方案二中的傳輸系統(tǒng)采用藍(lán)牙技術(shù)進(jìn)行無線傳輸，藍(lán)牙技術(shù)最近幾年取得了很大的發(fā)展，它的發(fā)展取代了現(xiàn)有計算機(jī)外設(shè)、掌上電腦等的有線電纜連接，從目前的應(yīng)用來看，由于藍(lán)牙在小體積和低功耗方面的突出表現(xiàn)，它幾乎可以被集成到任何數(shù)字設(shè)備中，特別是針對一些移動設(shè)備和便攜式設(shè)備。SIG制定藍(lán)牙技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)包括：全球范圍適用、可同時傳輸語音和數(shù)字、具有靈活的組網(wǎng)功能、具有很好的抗干擾能力、體積小、功耗低、開放的接口標(biāo)準(zhǔn)、低成本等。藍(lán)牙傳。 藍(lán)牙無線傳輸技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)把采集到的信號傳輸?shù)接嬎銠C(jī)，信號傳輸質(zhì)量的好壞直接影響到檢測系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)。藍(lán)牙無線傳輸模塊硬件電路的設(shè)計涉及輸入信號的范圍、采樣精度。分辨率、最高采樣頻率、最大傳輸速率等很多問題。其中最重要的是所用元器件的選型，特別是主要元器件的選擇，信號采集藍(lán)牙無線傳輸模塊主要包括信號采集卡和無線傳輸模塊，基于數(shù)據(jù)采集卡良好的性能和藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)采集卡和藍(lán)牙技術(shù)結(jié)合使用，采集卡實(shí)現(xiàn)多路信號的通道選擇、A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲，采用藍(lán)牙模塊ROK 101 008 作為無線傳輸模塊的無線數(shù)據(jù)收發(fā)器，按照藍(lán)牙HCI通信協(xié)議以HCI數(shù)據(jù)分組的形式實(shí)現(xiàn)信號的無線收發(fā)[11]。 上述兩種方案簡單介紹了兩種不同的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，方案一采用USB數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，方案二采用藍(lán)牙無線傳輸技術(shù)，這兩種傳輸技術(shù)目前都取得了相當(dāng)成熟的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。但針對于基于光電技術(shù)糧倉蟲害檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)，兩種傳輸方案相比，方案一更能夠精確的將數(shù)據(jù)