【正文】 40 機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 設(shè)計題目: 基于光電技術(shù)的糧倉蟲害檢測系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 2013年5月 20日目錄1 緒論 1 課題研究背景 1 研究現(xiàn)狀 2 糧蟲防治發(fā)展現(xiàn)狀 2 糧蟲誘捕發(fā)展現(xiàn)狀 2 糧蟲識別發(fā)展現(xiàn)狀 3 意義 4 存在的問題 5 本課題的研究工作 6 本章小結(jié) 72 研究方案論證 8 8 10 方案一 11 方案二 11 論證結(jié)果 12 我的工作和研究目標(biāo) 12 本章小結(jié) 133 硬件系統(tǒng)設(shè)計 14 誘捕器的設(shè)計 14 光電傳感器的選擇 16 AD放大器的選擇 17 數(shù)據(jù)采集卡的選擇 19 硬件系統(tǒng)接線圖 22 本章小結(jié) 224 軟件系統(tǒng)設(shè)計 22 LabVIEW 軟件簡介 23 23 25 26 27 報警顯示 27 數(shù)據(jù)存儲 28 歷史數(shù)據(jù)回放 29 本章小結(jié) 305 糧蟲檢測系統(tǒng)仿真測試 31 仿真檢測的意義 31 生成仿真信號 31 顯示系統(tǒng)時間 32 報警顯示 32 數(shù)據(jù)存儲 34 歷史數(shù)據(jù)回放 34 本章小結(jié) 35設(shè)計總結(jié) 36致 謝 38參考文獻(xiàn) 39附錄 40 1基于光電技術(shù)的糧倉蟲害檢測系統(tǒng)設(shè)計糧食是人類最基本的生活消費(fèi)品，一個國家的糧食問題是關(guān)系到國計民生的頭等大事，農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，糧食是基礎(chǔ)的基礎(chǔ)。我國是世界上最大的糧食生產(chǎn)、儲藏及消費(fèi)大國，尤其是河南地處中原腹地，沃野千里，更是糧食大省。民以食為天，做好糧食的儲藏工作對穩(wěn)定發(fā)展，促進(jìn)其它行業(yè)的發(fā)展具有重要意義，糧食和水一樣，是人類的生命之源，一個國家若想實(shí)現(xiàn)繁榮與發(fā)展，解決好糧食問題是必要的前提，因此世界上的任何一個國家都對糧食的生產(chǎn)工作極為重視，尤其是對擁有13億人的中國來說，做好糧食生產(chǎn)儲藏工作具有特殊的重要意義。 為了穩(wěn)定起見，國家每年都要在糧倉儲備一定量的糧食，以預(yù)防可能發(fā)生的自然災(zāi)害以及其它突發(fā)事件。千百年來，由于社會制度的影響、農(nóng)業(yè)科技的落后、各種自然災(zāi)害的影響，歷史上我國的糧食供應(yīng)在大多數(shù)的時間里都處于短缺狀態(tài)，甚至農(nóng)民連肚子都填不飽，經(jīng)常出現(xiàn)饑荒，因此在糧食儲備方面的發(fā)展相對較為落后。然而新中國成立以來，特別是改革開放以來，隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展，我國糧食產(chǎn)量提高顯著，每年都要對一定量的糧食進(jìn)行儲藏，以應(yīng)對突發(fā)狀況，因此國家也很重視糧食的儲藏工作。1998年，第七屆國際儲藏產(chǎn)品工作會議在我國召開，在會議總結(jié)中我國代表向全世界提出提高糧食儲藏科學(xué)技術(shù)和管理，必須向“三低、三高”方向發(fā)展（低損耗、低污染、低成本；高質(zhì)量、高營養(yǎng)、高效益）[1]。然而在糧食的儲藏過程中，會有很多問題造成儲糧的損失，其中最顯著的就是糧食蟲害（以下簡稱糧蟲）造成的損失，據(jù)統(tǒng)計,全世界每年因儲藏物害蟲造成的糧食、豆類、油料的損失約占總儲存量的 5%,經(jīng)濟(jì)損失約達(dá) 億到 億美元。在我國,據(jù)有關(guān)部門調(diào)查,我國國家糧庫儲藏中的糧食損失約為 2%,每年我國國庫的儲糧損失高達(dá) 10多億元[2]，因此，做好糧蟲的預(yù)防工作至關(guān)重要。害蟲是糧食儲存的大敵，蟲害一旦發(fā)生，則影響糧食的品質(zhì)和質(zhì)量，輕則造成糧食質(zhì)量降低，重則使糧食不能食用，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此做好對蟲害的預(yù)防工作很重要，倉庫儲糧時，稍有不慎，很有可能就會引發(fā)糧蟲，因此做好糧蟲的防治工作很重要，要想預(yù)防蟲害，首先要做好實(shí)時檢測工作[3]。為了做好糧食的安全儲藏，國家每年用于糧食儲備方面的財政投入也很大，造成這種狀況的主要原因是對糧蟲的實(shí)時檢測工作很難做到準(zhǔn)確性，這就使得對糧蟲的防治缺乏科學(xué)性。 研究現(xiàn)狀 糧蟲防治發(fā)展現(xiàn)狀 防治糧蟲有很多方法，目前常用的有以下三種方法[4]： （1）化學(xué)方法：主要包括采用熏蒸劑、谷物保護(hù)劑、信息素、各種昆蟲行為抑制劑等； （2）物理方法：主要包括低溫儲藏、密閉儲藏、防蟲包裝、誘捕器等； （3）生物方法：主要包括根據(jù)糧蟲的生理特性研制各種殺蟲劑； 這三種方法各有特點(diǎn)和利弊。在進(jìn)行糧蟲防治時要進(jìn)行合理的選擇防治方法，這就要以對糧蟲的實(shí)時準(zhǔn)確檢測為依據(jù)，目前，在糧蟲系統(tǒng)中主要有三方面工作即糧蟲檢測、糧蟲分析、糧蟲控制，其中檢測是基礎(chǔ)，是進(jìn)行其它兩個工作的基礎(chǔ)，若不能做到準(zhǔn)確檢測，后續(xù)防治工作也就無從談起，只有有效的判斷蟲子的種類、所處的生長周期、害蟲的密度及分布，才能去決策使用何種防治方法，決策使用何種化學(xué)藥劑或是生物、物理防治方法，以及使用量和方法。 糧蟲誘捕發(fā)展現(xiàn)狀 若要對糧蟲進(jìn)行實(shí)時檢測，就要做到對糧蟲的誘捕和識別，目前，最常用的誘捕方法包括以下六種[5]： （1）信息素誘捕：該技術(shù)是幾年來才發(fā)展起來的，多個國家均投入人力和財力進(jìn)行研究，并且取得了很大的進(jìn)展，合成了多種誘捕糧蟲的信息素，我國也在加大這方面的研究，采用信息素誘捕，專一性強(qiáng)、靈敏度高，但是合成信息素的成本相對較高； （2）食物引誘劑誘捕：即利用食物或食物氣味來誘捕糧蟲，利用糧蟲的嗅覺趨食性誘捕，糧蟲對食物比較敏感，這種方法在很早以前就為古人所用，但同時也是一種先進(jìn)的方法，因此被廣泛的應(yīng)用。食物引誘劑不僅能夠引誘成蟲，而且能夠引誘幼蟲，但是存在性能單一性，因?yàn)椴煌募Z蟲對不同食物的敏感性也不同，同時，糧蟲不處在饑餓狀態(tài)時，容易產(chǎn)生厭食。 （3）陷阱誘捕：糧蟲在糧倉內(nèi)具有爬行習(xí)性和鉆孔習(xí)性，糧堆內(nèi)糧蟲隨機(jī)運(yùn)動時會進(jìn)入誘捕器內(nèi)，誘捕器周圍的糧蟲比較容易進(jìn)入，但若放置的時間較長，離誘捕器稍遠(yuǎn)的糧蟲也會進(jìn)入。這種方法成本較低，不需使用誘捕劑，但是該法對不喜歡運(yùn)動的害蟲誘捕效果較差，測出的結(jié)果不穩(wěn)定并缺乏可比性； （4）光電誘捕:利用糧蟲的趨光性進(jìn)行誘捕的一種方法，糧蟲的趨光強(qiáng)度與光的波長有關(guān)，常用的有黑光燈誘捕器和紫外線誘捕器，這種方法只能吸引趨光性糧蟲，對避光性糧蟲無效，主要用來誘捕蛾類糧蟲，但是受環(huán)境的影響很大，測出的結(jié)果不穩(wěn)定； （5）聲音誘捕：糧蟲中的雌性蟲和雄性蟲的發(fā)出的聲音不一樣，根據(jù)這個特點(diǎn)，可以采用聲音誘捕糧蟲。錄下糧蟲的求偶聲音用來招引同伴，誘捕異性害蟲，這種方法在錄制糧蟲聲音時存在一定的難度，并且誘捕到的糧蟲單一性太強(qiáng)。 （6）抽樣誘捕：隨機(jī)在糧倉中取一定量的糧食，進(jìn)行過篩得到糧蟲，然后估算糧蟲的數(shù)量，根據(jù)取樣糧食的糧蟲數(shù)量估算整個糧倉的糧蟲密度，這種檢測方法勞動強(qiáng)度較大，工作條件差，效率低，檢測時塵土飛揚(yáng)，由于是采用抽樣估測，存在很大的隨機(jī)性，檢測出的糧蟲密度誤差較大。上述幾種方法是目前在各國糧倉中應(yīng)用較廣泛的檢測方法，各有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，對不同種類的糧蟲的誘捕效果也不同，誘捕效果單一，隨著糧蟲的進(jìn)化，糧蟲的種類也很復(fù)雜（見文檔糧食倉儲害蟲總結(jié)），種類有上升的趨勢，鑒于此種情況，各種誘捕方式也受到了一定的限制。 糧蟲識別發(fā)展現(xiàn)狀 成功誘捕糧蟲后，需要對糧蟲進(jìn)行識別，以便針對性的進(jìn)行防治，在目前的研究現(xiàn)狀中常用的識別方式有以下幾種[6]：（1）人工識別：對于體積相對較大的糧蟲可以直接用肉眼識別，或借助于顯微鏡、放大鏡、圖像傳感器進(jìn)行判別，并統(tǒng)計數(shù)量。這是一種比較傳統(tǒng)的方法，該種識別方法工作量相對較大，效率也不高，并且不可避免的存在人為誤差，最終給防治決策提供不準(zhǔn)確甚至錯誤的信息；（2）聲音識別：這是近年來才發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，美國在這方面的研究處于領(lǐng)先地位，我國也在加大這方面的研究，聲音識別即采用一些現(xiàn)代技術(shù)，測定和監(jiān)測糧蟲在取食、運(yùn)動、通訊時發(fā)出的聲音。采用這種方法識別時，首先要把糧蟲的聲音變成電訊號, 然后通過電子過濾器把糧蟲發(fā)聲的頻率與環(huán)境聲音的頻率分開, 由于電信號可能較弱，要進(jìn)行信號放大處理, 可以根據(jù)音程的百分比和音程數(shù)量的多少可以分辨出昆蟲的種類和數(shù)量。該種識別方法利用現(xiàn)代設(shè)備來識別糧蟲，雖然容易實(shí)現(xiàn)，但是成本也很高，設(shè)備造價是一個不得不考慮的問題，并且在檢測過程中易受到傳感器噪音、環(huán)境噪音、信號噪音等方面的干擾，有用信號有可能被噪聲信號淹沒，不能分辨出復(fù)合種類、多數(shù)量糧蟲的聲信息。該項(xiàng)技術(shù)有待于繼續(xù)完善，解決存在的問題，并降低成本； （3）圖像識別：也是一種新的識別方式，伴隨著計算機(jī)以及相應(yīng)的軟件而發(fā)展起來的，20世紀(jì)90年代時，我國的邱道尹教授帶領(lǐng)的圖像識別課題組致力基于圖像識別的在線檢測的方法，該法主要利用糧蟲的顏色、形態(tài)等特征，運(yùn)用計算機(jī)視覺、數(shù)字圖像處理、模式識別等技術(shù)來識別害蟲。通過圖像處理、信息融合的方法辨別糧蟲的種類、密度等信息，目前，我校也有老師和學(xué)生在進(jìn)行這方面的研究，利用該法識別準(zhǔn)確度高, 勞動量小, 價格低廉, 檢測效率高, 性能穩(wěn)定可靠。但無法識別糧粒內(nèi)部的糧蟲, 識別的蟲種有限, 圖像處理技術(shù)有待于進(jìn)一步提高。 （4） 近紅外線法：這是一種生物化學(xué)方法，我們都知道，不同的糧蟲體內(nèi)所含的碳、氫、氮元素量也不同，因此，它們產(chǎn)生的紅外光譜也不相同，利用此原理，用近紅外光對糧食進(jìn)行逐粒掃描后，即可識別糧蟲的種類，該法一般都是在儀器檢測室進(jìn)行的, 對完好糧粒和蟲蝕糧粒的鑒別效果較好, 但是效率太低, 對不同成蟲或不同幼蟲的種類鑒別達(dá)不到滿意的效果[7]。 意義由于糧蟲在糧食的儲藏過程中造成的損失很大，因此糧倉管理人員要做好糧蟲的防治工作，若想完成這一艱巨任務(wù)，前提條件是做好糧蟲的實(shí)時檢測工作。在糧食儲藏行業(yè)中儲糧害蟲的檢測一直都是研究中一個熱點(diǎn)，糧蟲種類的正確鑒別和密度的確定是糧食管理人員進(jìn)行害蟲防治的重要依據(jù)。只有做好了實(shí)時檢測，才可以準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)、早期定位糧蟲。如何做好糧蟲的實(shí)時檢測，對于做好防治工作至關(guān)重要，只有對糧倉已發(fā)生的蟲害做到及時準(zhǔn)確的了解，方能對癥下藥，如果可以做到實(shí)時檢測，就可以指導(dǎo)工作人員對糧蟲進(jìn)行及時的預(yù)防和治理，這就使得他們的工作很有針對性，從而避免盲目性的工作，既可以降低糧蟲造成的損失，也不會因盲目防治造成損失，加重對糧食和環(huán)境的污染，這樣，可以節(jié)省大量的人力、財力、物力。糧蟲的檢測和判別是構(gòu)建糧庫糧情檢測系統(tǒng)的關(guān)鍵和基礎(chǔ)，只有有效的判別蟲子的種類、密度、分布、所處的生長周期，才能去決策使用何種化學(xué)藥劑或是生物防治方法以及化學(xué)藥劑的使用量和范圍，因此，進(jìn)行糧蟲檢測主要有以下三點(diǎn)意義： （1）在正常糧食儲藏期間，根據(jù)檢測系統(tǒng)采集到的糧蟲信息，可以及時發(fā)現(xiàn)蟲情、跟蹤蟲情、及時處理，蟲情發(fā)現(xiàn)的越早，用藥量越少，對人體的影響越小，環(huán)保作用越大； （2）在采用化學(xué)和生物方法治理糧蟲時，根據(jù)系統(tǒng)采集的蟲害信息，可以指導(dǎo)工作人員科學(xué)的掌握用藥量和用藥效果，這樣既能有效的解決糧蟲，同時又降低了對糧食和環(huán)境的污染。 （3）該系統(tǒng)采集的資料可以長期保存，對采集到的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分析處理，可以總結(jié)出一些糧蟲活動的規(guī)律，對以后的防治工作具有指導(dǎo)性的作用；