申请/专利权人：山东农业大学

申请日：2018-11-01

公开（公告）日：2024-02-27

公开（公告）号：CN109212140B

主分类号：G01N33/00

分类号：G01N33/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.02.27#授权;2019.02.12#实质审查的生效;2019.01.15#公开

摘要：本发明涉及一种果树腐烂病的检测装置，包括上盖、气敏检测模块、底座、固定环和显示屏；壳体内部的底座上安装有气敏检测模块和分析模块；气敏检测模块由三个MOS气体传感器和DAC辅助电路组成；分析模块包括一只AD转换芯片TLC1549和单片机；单片机根据预先设定的临界值判定果树健康状态:当检测到的病变酒糟气味化学分子浓度超出临界值,则判定果树处于不健康状态；当检测到的病变酒糟气味化学分子浓度未超出临界值，则判定果树处于健康状态，并将检测结果显示在显示屏上。本发明根据病变酒糟气味化学分子浓度的数值对比分析即能初步检测出果树是否遭遇病害，检测结果准确，操作简单，能在病害源头防止果树腐烂病大规模发生。

主权项：1.一种果树腐烂病的检测装置，其特征在于：包括上盖、气敏检测模块、底座、固定环和显示屏；所述上盖可活动与底座连接成一个壳体；底座底部两侧对称设有固定环，固定环用于连接绑带将底座固定在枝杈上；所述上盖上设有进风窗口、显示屏和调节按钮；壳体内部的底座上安装有气敏检测模块和分析模块；壳体内部的底座上安装有风机；所述底座底部设有底座海绵，底座海绵用于提高底座和枝杈的摩擦力；所述气敏检测模块由三个MOS气体传感器和DAC辅助电路组成，气敏检测模块封装在一个金属网中；所述DAC辅助电路包括一只D／A转换芯片和稳压二极管、运算放大器；所述D／A转换芯片和单片机连接，运算放大器通过稳压二极管和D／A转换芯片连接，DA转换芯片分别连接与三个MOS气体传感器通过导线连接；单片机输出模拟电信号，在稳压二极管的作用下，经运算放大器放大，用作三个MOS气体传感器的加热电压,以加速气体对各个气体传感器的吸附；所述分析模块包括一只A／D转换芯片TLC1549和单片机；单片机通过A／D转换芯片分别连接与三个MOS气体传感器通过导线连接，A／D转换芯片采集三个MOS气体传感器的响应信号电压并传递给单片机STM32；单片机STM32根据预先设定的临界值判定果树健康状态；所述显示屏、调节按钮、MOS气体传感器、风机均通过导线与单片机连接；所述MOS气体传感器为W3C-MOS传感器、W2S-MOS传感器和W2W-MOS传感器；其中W3C-MOS气体传感器用于检测氨类化合物；W2S-MOS传感器用于检测醇类化合物；W2W-MOS用于检测有机硫化物；所述调节按钮用于设定该种果树病变酒糟气味化学分子浓度的健康临界值；显示屏用于显示设定的健康临界值和健康状态。

全文数据：一种果树腐烂病的检测装置技术领域本发明涉及到一种果树腐烂病的检测装置，属于农业工程中果树预防保护分析装置领域。背景技术在果园管理中，果树病害感染危害严重，且在发生之初具有一定的潜伏性及隐蔽性，所以造成的损失极大。腐烂病亦称腐朽病decay，又称烂皮病、臭皮病等，是果木极易产生的一种常见病，世界各地均有发生。腐烂病通常由几百种土携细菌或真菌引致，需要格外注意。腐烂病是一种常见病，在我国各地多有分布，腐烂病主要危害结果树的枝干，幼树和苗木也可被害。发病初期从外表不易识别，如果掀开枝干的表皮，可见到暗褐色致红褐色湿润的小斑或黄褐色的干斑，有时，内部病变面积已较大了，而从外部仍不好识别。发病时皮层腐烂坏死，用手指按下即下陷。病皮极易剥离，烂皮层红褐色，湿腐状时散发酒糟味。发病后期，病部失水干缩，变黑褐色下陷，并在上产生病菌的分生孢子器，成为再发病的传染源。除侵染枝干外，有时也侵染果实。发病部位腐烂软化，散发酒糟味，病果表皮易剥离。腐烂病主要危害结果树的枝干，腐烂病发病初期从外表不易识别，难以察觉，发病部位皮层腐烂软化，散发酒糟味。本发明正是利用果树腐烂病的这一特点，利用气体传感器对酒糟气味化学分子浓度的响应来检测果树腐烂病。现有技术中，尚没有利用气味化学分子浓度数值对比分析初步检测果树腐烂病，从源头开始预警果园管理者处理病害的果树监测设备。发明内容本发明的目的在于提供一种果树腐烂病的检测装置，能通过分析病变气味化学分子浓度数值初步得出病害结果。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种果树腐烂病的检测装置，包括：上盖、气敏检测模块、底座、固定环和显示屏；所述上盖可活动与底座连接成一个壳体；所述底座底部设有底座海绵，底座海绵用于提高底座和枝杈的摩擦力以增加底座的稳固性；底座底部两侧对称设有固定环，固定环用于连接绑带将底座固定在枝杈上；所述上盖上设有进风窗口、显示屏和调节按钮；壳体内部的底座上安装有气敏检测模块和分析模块；壳体内部的底座上安装有风机；所述气敏检测模块由三个MOS气体传感器和DAC辅助电路组成，气敏检测模块封装在一个金属网中；所述MOS气体传感器为W3C-MOS传感器、W2S-MOS传感器和W2W-MOS传感器；其中W3C-MOS气体传感器用于检测氨类化合物；W2S-MOS传感器用于检测乙醇等醇类化合物；W2W-MOS用于检测有机硫化物；所述DAC辅助电路包括一只DA转换芯片和稳压二极管、运算放大器；所述DA转换芯片和单片机连接，运算放大器通过稳压二极管和DA转换芯片连接，DA转换芯片分别连接与三个MOS气体传感器以导线连接；单片机输出模拟电信号，在稳压二极管的作用下，该电信号在经过运算放大器处理后，用作三个MOS气体传感器的加热电压,以加速气体对各个气体传感器的吸附，提高传感器的灵敏度和响应速度。所述分析模块包括一只AD转换芯片TLC1549和单片机；单片机通过AD转换芯片分别连接与三个MOS气体传感器以导线连接，AD转换芯片采集三个MOS气体传感器的响应信号电压并传递给单片机。单片机根据预先设定的临界值判定果树健康状态:当检测到的病变酒糟气味化学分子浓度超出临界值,则判定果树处于不健康状态；当检测到的病变酒糟气味化学分子浓度未超出临界值，则判定果树处于健康状态，并将检测结果显示在显示屏上。所述显示屏、调节按钮、MOS气体传感器、风机均通过导线与单片机连接；所述调节按钮用于设定该种果树病变酒糟气味化学分子浓度的健康临界值；显示屏用于显示设定的健康临界值和健康状态；检测结果和检测数据存储在与单片机连接的SD储存卡中。使用时，将本发明通过固定环和绑带固定在果树枝杈上；空气由进风窗口进入壳体内；三个MOS气体传感器根据各自对化合物敏感的程度，各个MOS气体传感器中感应器的电阻会发生变化；MOS气体传感器将测得的病变酒糟气味化学分子浓度转化为电信号传输给单片机；单片机根据所设果树健康临界值进行判断：当检测到的病变酒糟气味化学分子浓度数值超出设定的果树健康临界值，判定该处果树处于不健康状态；当检测到的病变酒糟气味化学分子浓度未超出设定的健康临界值，判定该处果树处于健康状态，并将检测结果显示在显示屏上。与现有技术相比，本发明的有益效果是：腐烂病发病初期从外表不易识别，但其发病部位皮层腐烂软化，会散发出酒糟味；利用这一特性,本发明采用MOS气体传感器，根据病变酒糟气味化学分子浓度的数值对比分析即能初步检测出果树是否遭遇病害，检测结果准确，操作简单，能在病害源头防止果树腐烂病大规模发生，将损失降低到最小。附图说明图1为一种果树腐烂病检测装置整体结构主视图。图2为一种果树腐烂病检测装置内部结构图。图3为一种果树腐烂病检测装置后视图。图中：1上盖、2调节按钮、3风机、4分析模块、5气敏检测模块、6底座、7显示屏、8电源开关、9电池仓；10进风窗口、11SD储存卡、12底座海绵、13固定环。具体实施方式下面结合附图，详细说明一下本发明的具体实施方式。以下具体实施方式用于说明本发明，但不限制本发明的范围，本发明也可利用果树枝叶散发的脱落酸和水杨酸来判别果树健康状态。本实例所涉及的MOS气体传感器、单片机型号STM32、风机、数模转换芯片DA转换芯片、AD转换芯片等均可市购得到。本发明实施例中，如图1～2，一种果树腐烂病的检测装置，包括：上盖1、气敏检测模块5、分析模块4、底座6、固定环13和显示屏7；所述上盖1可活动与底座6连接成一个壳体；所述底座6底部设有底座海绵12，底座海绵12用于提高底座和枝杈的摩擦力以增加底盘的稳固性；底座6底部两侧对称设有固定环13，固定环13用于连接绑带将底座6固定在枝杈上；所述上盖1上设有进风窗口10、显示屏7和调节按钮2；壳体内部的底座6上安装有气敏检测模块5和分析模块4；壳体内部的底座6上安装有风机3；所述气敏检测模块5由三个MOS气体传感器和DAC辅助电路组成，气敏检测模块5封装在一个金属网中；所述MOS气体传感器为W3C-MOS传感器、W2S-MOS传感器和W2W-MOS传感器；其中W3C-MOS气体传感器用于检测氨类化合物；W2S-MOS传感器用于检测乙醇等醇类化合物；W2W-MOS用于检测有机硫化物；所述DAC辅助电路包括DA转换芯片TLC5615和稳压二极管、运算放大器LM324；所述DA转换芯片TLC5615和单片机连接；在稳压二极管的作用下，输出模拟电信号，该电信号在经过运算放大器LM324处理后，用作三个MOS气体传感器的加热电压,以加速气体对各个气体传感器的吸附，提高传感器的灵敏度和响应速度。所述分析模块4根据所设临界值分析得出检测结果，当检测到的病变酒糟气味化学分子浓度超出设定的这个临界值，系统即认定该处果树处于不健康状态，当检测到的病变酒糟气味化学分子浓度未超出设定的这个临界值，系统即认定该处果树处于健康状态，并将检测结果显示在显示屏7上。所述分析模块4包括AD转换芯片TLC1549和单片机；AD转换芯片TLC1549与单片机STM32相连接，AD转换芯片TLC1549将3个MOS气体传感器的响应信号传递给单片机STM32。枝杈病变区中的空气分子从进风窗口10进入装置内部；在气敏检测模块5作用下检测出病变酒糟气味化学分子浓度，气敏检测模块5将测得的病变酒糟气味化学分子浓度转化为电信号传输给分析模块4。DAC辅助电路由DA转换芯片TLC5615和稳压二极管、运算放大器LM324组成，DAC辅助电路的DA转换芯片TLC5615由单片机直接控制，在稳压二极管的作用下，输出模拟电信号，该电信号在经过运算放大器LM324处理后，用作传感器阵列的加热电压。加热电压的作用是加速气体对传感器的吸附，提高传感器的灵敏度和响应速度。气敏检测模块5所测得的病变酒糟气味化学分子浓度转化为电信号传输给分析模块4；分析模块4分析得出健康状态，并通过单片机STM32显示在显示屏7上。分析模块4由AD转换芯片TLC1549和单片机STM32组成。分析模块4根据预先设定的临界值判定果树健康状态:当检测到的病变酒糟气味化学分子浓度超出设定的临界值，判定该处果树处于不健康状态；当检测到的病变酒糟气味化学分子浓度未超出设定的临界值，判定该处果树处于健康状态，并通过电路将检测结果显示在显示屏7上。测定时空气中的挥发性物质与各个MOS传感器接触后发生反应，MOS传感器电导率发生改变，其与初始电率的比值为相对电导率也随之变化。响应气体浓度越大，相对电导率的值越偏离1越大于1；如果浓度低于检测限或者没有感应气体，相对电导率的值则接近甚至等于1。每种传感器针对被测气体中不同的挥发性物质；当空气中的挥发性物质进入壳体中，MOS气体传感器采集该种挥发性物质，并将信号传输给AD转换芯片TLC1549，电信号经AD转换芯片TLC1549转换后传送至单片机STM32。若W3C-MOS、W2S-MOS、W2W-MOS气体传感器采集的数据高于在单片机STM32中预先设置的数值，系统即判断为果树疑似得腐烂病，显示屏7显示“疑似腐烂病”并发出警报。在上壳中间设有调节按钮2，调节按钮2用于设定该种果树病变酒糟气味化学分子浓度的健康临界值，该种果树病变酒糟气味化学分子浓度的健康临界值可以根据植物生理学知识依据现有技术确定。调节按钮2与分析模块4中的单片机相连接。SD储存卡11用于记录一段时间的检测结果及数据为果树腐烂病的防治提供参考资料，SD储存卡11与单片机相连接，SD储存卡为单独设立，以便更换。本发明由电池9供电。本发明还涉及上述检测装置的检测方法，步骤如下：将本发明通过固定环和绑带固定在果树枝杈上；空气由进风窗口进入壳体内；三个MOS气体传感器根据各自对化合物敏感的程度：其中W3C-MOS气体传感器用于检测氨类化合物；W2S-MOS传感器用于检测乙醇等醇类化合物；W2W-MOS用于检测有机硫化物；空气中的挥发性物质与各个MOS传感器接触后发生反应，MOS传感器电导率发生改变；响应气体浓度越大，相对电导率的值越偏离1即越大于1；如果浓度低于检测限或者没有感应气体，相对电导率的值则接近甚至等于1；当空气中的挥发性物质进入壳体中，MOS气体传感器采集该种挥发性物质，并将信号传输给AD转换芯片TLC1549，电信号经AD转换芯片TLC1549转换后传送至单片机；单片机根据所设果树健康临界值进行判断：当检测到的病变酒糟气味化学分子浓度超出临界值,则判定果树处于不健康状态，显示屏显示“疑似腐烂病”并发出警报；当检测到的病变酒糟气味化学分子浓度未超出临界值，则判定果树处于健康状态，并将检测结果显示在显示屏上；检测结果和检测数据存储在与单片机连接的SD储存卡中。本发明的工作原理是:从植物生理学角度，腐烂病危害结果树的枝干，幼树和苗木也可被害。发病初期从外表不易识别，内部病变面积已较大了，而从外部仍不好识别。发病时皮层腐烂坏死，用手指按下即下陷。病皮极易剥离，烂皮层红褐色，湿腐状时散发酒糟味。发病后期，病部失水干缩，变黑褐色下陷，并在上产生病菌的分生孢子器，成为再发病的传染源。发病部位腐烂软化，散发酒糟味，病果表皮易剥离。本发明从病变酒糟气味化学分子浓度的数值对比分析来初步检测出病害，来对病害在源头开始处进行处理；所述底座6和上盖1可活动组成一个完整的壳体，在底座的下方设有若干固定环13，固定环13用于将装置固定于枝杈上，所述上盖中设有进风窗口10，空气分子从进风窗口10进入装置内部，由气敏检测模块5检测出病变酒糟气味化学分子浓度，所测得的病变酒糟气味化学分子浓度转化为电信号传输给分析模块4，分析模块4分析得出健康状态，并通过电路显示在显示屏7上，在上壳中间设有调节按钮2，用于设定该种果树病变酒糟气味化学分子浓度的健康临界值。SD储存卡11用于记录一段时间的检测结果及数据。每个MOS气体传感器都针对空气中不同的挥发性物质，空气中挥发性物质在MOS气体传感器的半导体表面的上发生氧化还原反应导致MOS场效应晶体管的阈值电压变化,MOS气体传感器将采集的气味分子浓度转换成电信号传输给AD转换芯片TLC1549，电信号经AD转换芯片TLC1549转换后传送至单片机STM32。例如，空气中氨类化合物会与W3C-MOS气体传感器的活性材料发生反应导致MOS晶体管的阈值电压变化病输出电信号，电信号经AD转换芯片TLC1549转换后传送至单片机STM32。DAC辅助电路由DA转换芯片TLC5615和稳压二极管、运算放大器LM324组成，DAC辅助电路的DA转换芯片TLC5615由单片机直接控制，在稳压二极管的作用下，输出模拟电信号，该电信号在经过运算放大器LM324处理后，用作传感器阵列的加热电压。不同种果树病变酒糟气味化学分子浓度的健康临界值根据植物生理学知识设定，当检测到的病变酒糟气味化学分子浓度超出设定的这个临界值，系统即认定该处果树处于不健康状态，这个临界值即称为健康临界值。病变酒糟气味化学分子浓度的健康临界值因树种会有差别，故设置调节按钮2来调节健康临界值，以使本发明可以应用于不同树种。本发明通过从气味化学分子浓度数值对比分析即能初步检测出果树腐烂病。验证例：预先在单片机STM32设定的健康阈值0μgL-660μgL对应气体传感器的输送变送电压阈值0V-3.3V，为线性正比关系。本发明用于富士苹果树腐烂病检测。只需根据植物生理知识通过调节按钮2设定健康临界值为500μgL；健康临界值500μgL在三个气体传感器上对应的电压参数分别为：W2S-MOS传感器、W3C-MOS气体传感器、W2W-MOS气体传感器的输送变送电压分别为2.0V—2.5V。当富士苹果树感染腐烂病时，病变部位散发酒糟味，空气分子被风机3吸入进风窗口10进入装置内部，与各个MOS气体传感器接触；当单片机STM32通过AD转换芯片TLC1549采集到来自W2S-MOS传感器、W3C-MOS气体传感器、W2W-MOS气体传感器的输送变送电压都达到2.0V—2.5V,单片机STM32即在显示屏7显示“疑似腐烂病”；若只有一只或两只气体传感器的输送变送电压达到2.0V—2.5V，则不足以判定为患病，单片机STM32不会在显示屏7显示“疑似腐烂病”。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内；不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

权利要求：1.一种果树腐烂病的检测装置，其特征在于：包括上盖、气敏检测模块、底座、固定环和显示屏；所述上盖可活动与底座连接成一个壳体；底座底部两侧对称设有固定环，固定环用于连接绑带将底座固定在枝杈上；所述上盖上设有进风窗口、显示屏和调节按钮；壳体内部的底座上安装有气敏检测模块和分析模块；壳体内部的底座上安装有风机；所述气敏检测模块由三个MOS气体传感器和DAC辅助电路组成，气敏检测模块封装在一个金属网中；所述DAC辅助电路包括一只DA转换芯片和稳压二极管、运算放大器；所述DA转换芯片和单片机连接，运算放大器通过稳压二极管和DA转换芯片连接，DA转换芯片分别连接与三个MOS气体传感器通过导线连接；单片机输出模拟电信号，在稳压二极管的作用下，经运算放大器放大，用作三个MOS气体传感器的加热电压,以加速气体对各个气体传感器的吸附；所述分析模块包括一只AD转换芯片TLC1549和单片机；单片机通过AD转换芯片分别连接与三个MOS气体传感器通过导线连接，AD转换芯片采集三个MOS气体传感器的响应信号电压并传递给单片机STM32；单片机STM32根据预先设定的临界值判定果树健康状态。所述显示屏、调节按钮、MOS气体传感器、风机均通过导线与单片机连接；所述调节按钮用于设定该种果树病变酒糟气味化学分子浓度的健康临界值；显示屏用于显示设定的健康临界值和健康状态。2.如权利要求1所述的一种果树腐烂病的检测装置，其特征在于：所述底座底部设有底座海绵，底座海绵用于提高底座和枝杈的摩擦力。3.如权利要求1所述的一种果树腐烂病的检测装置，其特征在于：所述MOS气体传感器为W3C-MOS传感器、W2S-MOS传感器和W2W-MOS传感器；其中W3C-MOS气体传感器用于检测氨类化合物；W2S-MOS传感器用于检测乙醇等醇类化合物；W2W-MOS用于检测有机硫化物。4.如权利要求1所述的检测装置在检测果树腐烂病中的应用，其特征在于：步骤如下：将本发明通过固定环和绑带固定在果树枝杈上；空气由进风窗口进入壳体内；三个MOS气体传感器根据各自对化合物敏感的程度：其中W3C-MOS气体传感器用于检测氨类化合物；W2S-MOS传感器用于检测乙醇等醇类化合物；W2W-MOS用于检测有机硫化物；空气中的挥发性物质与各个MOS传感器接触后发生反应，MOS传感器电导率发生改变；响应气体浓度越大，相对电导率的值越偏离1即越大于1；如果浓度低于检测限或者没有感应气体，相对电导率的值则接近甚至等于1；当空气中的挥发性物质进入壳体中，MOS气体传感器采集该种挥发性物质，并将信号传输给AD转换芯片TLC1549，电信号经AD转换芯片TLC1549转换后传送至单片机；单片机根据所设果树健康临界值进行判断：当检测到的病变酒糟气味化学分子浓度超出临界值,则判定果树处于不健康状态，显示屏显示“疑似腐烂病”并发出警报；当检测到的病变酒糟气味化学分子浓度未超出临界值，则判定果树处于健康状态，并将检测结果显示在显示屏上；检测结果和检测数据存储在与单片机连接的SD储存卡中。

百度查询： 山东农业大学 一种果树腐烂病的检测装置

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