一种基于人工气候箱的多功能植物保护装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于人工气候箱的多功能植物保护装置及其使用方法，属于农业测量仪器和植保机械技术领域，其解决了现有温室大棚技术智能化水平低、环境污染严重、作物养护效率低的问题。本发明专利技术的装置包括人工气候箱、机器视觉系统、土壤湿度传感系统、喷雾系统和滚珠直线导轨组件；所述的人工气候箱包括样品实验室；所述的机器视觉系统包括摄像机和监控计算机；所述的土壤湿度传感系统包括传感器模块；所述的喷雾系统包括喷头；所述的喷头设置在所述的滚珠直线导轨组件上。本发明专利技术能通过精准喷雾系统实现定点定量精确喷施农药和适时适量的科学灌溉供水，提高农药和灌溉用水的利用效率，减小农药在靶标植物上的过量残留，并显著地节约灌溉用水量。

Multifunctional plant protection device based on artificial climate box and using method thereof

The invention discloses a multifunctional plant protection device based on the artificial climate box and use method thereof, belonging to the agricultural machinery and plant protection machinery measuring instrument technical field, which solves the existing greenhouse intelligent technology level is low, serious environmental pollution, the problem of low efficiency of crop maintenance. The device of the invention comprises a machine vision system, artificial climate box, soil moisture sensor system, spray system and ball bearing guide components; artificial climate box comprises a sample laboratory; machine vision system comprises a camera and computer monitoring; soil humidity sensing system comprises a sensor module; the spray system including the nozzle; the nozzle set ball linear guide rail on the assembly. The invention can realize through precise spray system quantitative precision spraying of pesticides and scientific irrigation timely and appropriate water supply, improve the utilization efficiency of pesticides and irrigation water, reduce pesticide in the target plant on the excessive residual, and significantly save irrigation water.

【技术实现步骤摘要】
一种基于人工气候箱的多功能植物保护装置及其使用方法
本专利技术涉及农业测量仪器和植保机械
，具体地说，涉及一种基于人工气候箱的多功能植物保护装置及其使用方法。
技术介绍
人工气候箱是一种能够模拟和创造自然环境的科学仪器，它可以根据试验需要设定相应的光照强度、光照周期、温度、湿度等环境参数，根据靶标植物需要配置光谱植物生长灯，将这些因素进行有机的组合，便可模拟出自然界可能出现的各种气象类型来研究气象因素与靶标植物特性之间的关系，最后得到规律性结果来指导生产与精密仪器的研究开发。现有人工气候箱仅能提供植物生长所需要的环境，不能对培养的靶标植物进行病虫害监测及进行相应的管理措施。随着务农人员的减少以及人力成本的增加，传统的主要依靠人力的农业模式越来越难以为继，减少人力在种植过程中的工作量，增加农业自动化程度，提高生产效率，已经是当前农业继续发展的迫切需求。现在的温室大棚能够有效地调节农林作物生长的环境参数(温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度等)，提高了温室大棚的自动化程度。但温室大棚的智能化、自动化、以及网络化水平较低。传统的农林病虫害监控预测主要是靠人工记数或目测观察的方法获取，速度慢、主观性强、误判率高、实时性差、劳动强度大，而且某些特征难以定量描述，严重制约了信息管理技术的发展。我国植保机械发展落后、传统施药方式和灌溉方式不科学造成农药利用率低、农产品农药残留超标、环境污染、水资源严重浪费等问题。同时传统的通过农林业生产者根据主观经验确定用水量的灌溉方式，造成严重的水资源浪费。
技术实现思路
1、要解决的问题针对现有温室大棚技术智能化水平低、环境污染严重、作物养护效率低的问题；本专利技术提供一种基于人工气候箱的多功能植物保护装置及其使用方法，通过对监控系统的二次开发，实现了基于图像处理技术的在线实时监测，针对在人工气候箱中规模化培养的靶标植物的生长状况和病虫害发生情况，利用图像处理技术可对靶标植物进行无损、快速、实时监测，不仅可以检测靶标植物的叶片面积、叶片周长、茎秆直径、叶柄夹角等形态结构参数，获取不同生长阶段靶标植物形态结构特征，促进研制适宜其各生长阶段施药的智能植保机械；还可以根据叶片空洞及叶片边缘的残缺，来测定靶标植物虫害的受害程度，以及通过叶片的颜色(枯黄、失绿等)、形状(枯萎、卷曲等)和叶片纹理的变化来监测靶标植物病害的发生情况，为建立靶标植物病虫害诊断的专家系统提供理论数据，利用土壤湿度传感器监测培养土水分信息，分析靶标植物在不同生长阶段的需水量，为实际种植生产灌溉提供理论依据，并通过精准喷雾系统实现定点定量精确喷施农药和适时适量的科学灌溉供水，提高农药和灌溉用水的利用效率，减小农药在靶标植物上的过量残留，并显著地节约灌溉用水量。2、技术方案为解决上述问题，本专利技术采用如下的技术方案。一种基于人工气候箱的多功能植物保护装置，包括人工气候箱，还包括机器视觉系统、土壤湿度传感系统、喷雾系统和滚珠直线导轨组件；所述的人工气候箱包括样品实验室和托板支撑架，所述的托板支撑架安装固定于所述的样品实验室侧壁上；所述的托板支撑架设置有种植靶标植物的花盆；所述的机器视觉系统包括摄像机和监控计算机；所述的摄像机设置在所述的样品实验室的内壁顶部及侧部；所述的摄像机通过无线WiFi与所述的监控计算机连接；所述的土壤湿度传感系统包括传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块；所述的传感器模块设置于所述的花盆的土壤中；所述的处理器模块一端与所述的传感器模块连接，单向接收来自传感器模块的信息，另一端与所述的无线通信模块双向连接；所述的无线通信模块通过无线WiFi与所述的监控计算机连接；所述的能量供应模块分别与所述的传感器模块、处理器模块以及无线通信模块连接，为三者提供能量；所述的喷雾系统包括喷头；所述的喷头设置在所述的滚珠直线导轨组件上；所述的滚珠直线导轨组件固定在所述的样品实验室内、所述的托板支撑架的上方。优选地，所述的喷雾系统还包括喷雾台架、水管、软管、集水槽、供液箱和泵；所述的喷雾台架固定在所述的人工气候箱底部；所述的供液箱固定在所述的喷雾台架上；所述的集水槽上设置有滤网，集水槽固定在所述的托板支撑架的下方、所述的喷雾台架的上方；所述的集水槽底部通过所述的软管与所述的供液箱连接；所述的泵设置在所述的喷雾台架上、所述的供液箱一侧，与所述的供液箱相连；所述的喷头通过所述的水管与所述的泵连接；所述的供液箱包括水箱和药箱；所述的泵通过两根管道分别与水箱和药箱相连；两根所述的管道汇合处设置有换向阀；所述的水管上还设置有压力变送器、压力表、电动调节阀以及传感器；所述的电动调节阀、换向阀和传感器均通过PLC与监控计算机连接。优选地，所述的滚珠直线导轨组件包括横向导轨和纵向导轨；所述的纵向导轨包括平行的两根；两根所述的纵向导轨上均设置有纵向滑块；所述的横向导轨两端分别固定在所述的纵向滑块上；所述的横向导轨上设置有横向滑块；所述的喷头固定在所述的横向滑块上。优选地，所述的监控计算机与设定的邮箱网络连接，所述的设定的邮箱与手机APP连接，当所述的设定的邮箱收到来自所述的监控计算机发来的报警图片和信息时，能推送至手机APP。优选地，所述的横向滑块上固定设置有喷头底座；所述的喷头固定在所述的喷头底座上。优选地，所述的横向滑块和所述的纵向滑块均通过电机驱动。优选地，所述的滚珠直线导轨组件还包括运动控制卡，所述的运动控制卡与驱动所述的横向滑块和所述的纵向滑块的电机连接，并通过WiFi控制接口、路由器与监控计算机连接。优选地，所述的横向导轨和纵向导轨上均设置有螺栓盖；所述的横向滑块和纵向滑块两端均设置有端盖，端盖上设有刮油片和油嘴。优选地，所述的横向导轨和纵向导轨上均设置有滑槽，所述的滑槽内设置有钢珠，所述的横向滑块和所述的纵向滑块的两侧套在所述的钢珠上；所述的钢珠上下侧设置有钢珠保持器。上述一种基于人工气候箱的多功能植物保护装置的使用方法，包括如下步骤：步骤1，将靶标植物置于托板支撑架上的花盆中，设定靶标植物生长所需的温度、湿度、光照强度、光照周期等生长环境参数；步骤2，通过摄像机实时监测靶标植物的长势，并将获取的图像信息发送至监控计算机；通过传感器模块实时监测所述的花盆中不同培养土深度的水分信息，将该信息发送至监控计算机；步骤3，步骤2中所述的监控计算机对接收的图像信息通过图像处理技术提取靶标植物的形态结构参数及病虫害发生信息、对接收的不同培养土深度的水分信息进行分析；步骤4，上述步骤3中监控计算机所接收信息若表明靶标植物发生了病虫害，监控计算机将病虫害发生信息反馈至PLC和运动控制卡，所述的运动控制卡触发电机驱动横向滑块和纵向滑块，所述的纵向滑块带动横向导轨纵向移动，所述的横向滑块带动喷头移送至靶标植物发生病虫害区域上方，所述的PLC控制换向阀打开与药箱连接的管道、控制电动调节阀开启水管、控制泵启动，实现喷雾系统对病虫害区域进行定点定量喷施农药，所述的传感器用于反馈农药流量，促使PLC对喷施量进行实时调节；步骤5，通过集水槽收集步骤4中滴落的药液，并将收集的药液过滤后通过软管导入到供液箱中，对药液进行重复利用，实现绿色节约型试验；步骤6，上述步骤3中监控计算机所接收信息若表明培养土水分含量低于靶标植物生长所需要的含水量，监本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于人工气候箱的多功能植物保护装置，包括人工气候箱(1)，其特征在于：还包括机器视觉系统、土壤湿度传感系统、喷雾系统(4)和滚珠直线导轨组件(5)；所述的人工气候箱(1)包括样品实验室(101)和托板支撑架(102)，所述的托板支撑架(102)安装固定于所述的样品实验室(101)侧壁上；所述的托板支撑架(102)设置有种植靶标植物的花盆；所述的机器视觉系统包括摄像机(201)和监控计算机(202)；所述的摄像机(201)设置在所述的样品实验室(101)的内壁顶部及侧部；所述的摄像机(201)通过无线WiFi与所述的监控计算机(202)连接；所述的土壤湿度传感系统包括传感器模块(301)、处理器模块(302)、无线通信模块(303)和能量供应模块(304)；所述的传感器模块(301)设置于所述的花盆的土壤中；所述的处理器模块(302)一端与所述的传感器模块(301)连接，单向接收来自传感器模块(301)的信息，另一端与所述的无线通信模块(303)双向连接；所述的无线通信模块(303)通过无线WiFi与所述的监控计算机(202)连接；所述的能量供应模块(304)分别与所述的传感器模块(301)、处理器模块(302)以及无线通信模块(303)连接，为三者提供能量；所述的喷雾系统(4)包括喷头(401)；所述的喷头(401)设置在所述的滚珠直线导轨组件(5)上；所述的滚珠直线导轨组件(5)固定在所述的样品实验室(101)内、所述的托板支撑架(102)的上方。...

【技术特征摘要】
1.一种基于人工气候箱的多功能植物保护装置，包括人工气候箱(1)，其特征在于：还包括机器视觉系统、土壤湿度传感系统、喷雾系统(4)和滚珠直线导轨组件(5)；所述的人工气候箱(1)包括样品实验室(101)和托板支撑架(102)，所述的托板支撑架(102)安装固定于所述的样品实验室(101)侧壁上；所述的托板支撑架(102)设置有种植靶标植物的花盆；所述的机器视觉系统包括摄像机(201)和监控计算机(202)；所述的摄像机(201)设置在所述的样品实验室(101)的内壁顶部及侧部；所述的摄像机(201)通过无线WiFi与所述的监控计算机(202)连接；所述的土壤湿度传感系统包括传感器模块(301)、处理器模块(302)、无线通信模块(303)和能量供应模块(304)；所述的传感器模块(301)设置于所述的花盆的土壤中；所述的处理器模块(302)一端与所述的传感器模块(301)连接，单向接收来自传感器模块(301)的信息，另一端与所述的无线通信模块(303)双向连接；所述的无线通信模块(303)通过无线WiFi与所述的监控计算机(202)连接；所述的能量供应模块(304)分别与所述的传感器模块(301)、处理器模块(302)以及无线通信模块(303)连接，为三者提供能量；所述的喷雾系统(4)包括喷头(401)；所述的喷头(401)设置在所述的滚珠直线导轨组件(5)上；所述的滚珠直线导轨组件(5)固定在所述的样品实验室(101)内、所述的托板支撑架(102)的上方。2.根据权利要求1所述的一种基于人工气候箱的多功能植物保护装置，其特征在于：所述的喷雾系统(4)还包括喷雾台架(402)、水管(403)、软管(404)、集水槽(405)、供液箱(406)和泵(407)；所述的喷雾台架(402)固定在所述的人工气候箱(1)底部；所述的供液箱(406)固定在所述的喷雾台架(402)上；所述的集水槽(405)上设置有滤网，集水槽(405)固定在所述的托板支撑架(102)的下方、所述的喷雾台架(402)的上方；所述的集水槽(405)底部通过所述的软管(404)与所述的供液箱(406)连接；所述的泵(407)设置在所述的喷雾台架(402)上、所述的供液箱(406)一侧，与所述的供液箱(406)相连；所述的喷头(401)通过所述的水管(403)与所述的泵(407)连接；所述的供液箱(406)包括水箱和药箱；所述的泵(407)通过两根管道分别与水箱和药箱相连；两根所述的管道汇合处设置有换向阀；所述的水管(403)上还设置有压力变送器(408)、压力表(409)、电动调节阀(410)以及传感器(411)；所述的电动调节阀(410)、换向阀和传感器(411)均通过PLC与监控计算机(202)连接。3.根据权利要求2所述的一种基于人工气候箱的多功能植物保护装置，其特征在于：所述的滚珠直线导轨组件(5)包括横向导轨(501)和纵向导轨(502)；所述的纵向导轨(502)包括平行的两根；两根所述的纵向导轨(502)上均设置有纵向滑块(503)；所述的横向导轨(501)两端分别固定在所述的纵向滑块(503)上；所述的横向导轨(501)上设置有横向滑块(504)；所述的喷头(401)固定在所述的横向滑块(504)上。4.根据权利要求3所述的一种基于人工气候箱的多功能植物保护装置，其特征在于：所述的监控计算机(202)与设定的邮箱网络连接，所述的设定的邮箱与手机APP连接，当所述的设定的邮箱收到来自所述的监控计算机(20...

【专利技术属性】
技术研发人员：张慧春，焦祥，郑加强，周宏平，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32