一種作物動態紅外熱成像信息采集箱的設計

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、動態響應快、檢測范圍廣等優勢。但靜態紅外熱成像技術易受環境溫濕度影響，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紅外熱成像信息采集箱，以彌補靜態熱成像技術的不足，獲取最利于診斷作物病害的信息。

關鍵詞 動態紅外熱成像;信息采集;控制系統

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，作物生長的環境條件遠比露地栽培條件苛刻和復雜，經常暴發大面積的作物病害，引發減產、品質下降，使得農業生產遭受重大損失。紅外熱成像技術具有圖像直觀、動態響應快、檢測范圍廣的優點，可提前實現對作物病害的診斷[1-3]。為克服靜態紅外熱成像技術易受環境溫濕度因素的影響，設計了一種作物動態紅外熱成像信息采集箱，實現不同溫度、不同角度高度的連續拍攝，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、旋轉載物平臺、降溫系統以及控制系統。隔板將箱體分為上下兩部分，下部空間布置溫度控制系統，溫度控制系統由熱風加溫系統、降溫系統組成;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，用于檢測光箱環境，并反饋給控制系統。本采集箱的控制系統以PLC為基礎，并配有觸摸顯示屏。

采集箱工作時，PLC根據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測光箱內的溫濕度，并通過熱風加溫系統與降溫系統達到設定的環境要求，最終實現作物不同角度與高度的變溫拍攝。

2 控制系統硬件設計

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組態軟件，通過該組態軟件設計人機交互界面，包括設備調試界面、設備運行界面、參數設計界面和數據統計界面，如圖3所示。

3.2 下位機PLC的設計

根據運行過程，程序首先自動檢測原始位置并進行自動調節，到達初始位置后根據設置角度、高度、溫度等參數進入工作環節，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測作物病蟲害過程的存在的缺陷，設計了一種作物動態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，可根據工作要求對系統進行控制程序的設計，實現了作物活體在不同角度高度下的變溫拍攝，摒棄了環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與光合參數的關系[J].新疆農業科學，2012（6）：999-1006.

（責任編輯：趙中正）