植物病害遠程診斷儀的製作方法

2024-04-05 08:09:05

專利名稱：植物病害遠程診斷儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及植物病害診斷領域，特別是涉及一種能夠進行植物病害遠程田間及時
診斷的植物病害遠程診斷儀。
背景技術：
農田作物病害智能診斷系統是運用專家系統、計算機視覺、通信、嵌入式等技術，從作物病體中準確獲取病害信息並診斷出病因的智能系統，是實現作物病害診斷技術升級和智能化的重要手段。通過以智能診斷系統為核心的遠程診斷系統的診斷諮詢，可以實現田間作物與遠地專家系統的"零"距離接觸，從而得到及時準確的診斷結果，用於指導農業生產。該系統能有效提高作物病害診斷效率，保證農產品的產量和質量，提高農業生產率，對實現農業生產的信息化和智能化具有深遠的意義。 國外農業專家系統的應用始於20世紀70年代後期，最早是美國伊利洛伊大學的植物病理學家和計算機學家共同開發的大豆病害診斷專家系統PLAN T/ds， 20世紀80年代中葉有了迅速的發展。我國智能診斷系統起步較晚，於1993年研製出了基於神經網絡技術的中國第一套作物病蟲害診斷專家系統PIDS。近幾年出現的病害診斷系統多採用圖像處理分析技術，通過分析處理田間獲取的作物病體圖像信息進行病因診斷。但上述系統都只具備分析診斷功能，進行異地診斷的工作過程繁瑣，效率低。

發明內容
本發明的目的是提供一種解決了以往作物病害診斷系統缺乏專門的病害信息遠
程採集設備的問題、具有較高信息採集效率和準確度的植物病害遠程診斷儀。 為達到上述目的，提供一種依照本發明實施方式的植物病害遠程診斷儀，其包
括 主處理器，具有用於對圖像進行格式轉換和預處理的視頻處理前端和用於進行數字輸出的視頻處理後端； 數據採集模塊，與所述視頻處理前端連接，用於採集植物病體圖像數據； 無線發送模塊，與所述數據採集模塊相連，用於將所採集的植物病體圖像數據發
送到伺服器以診斷病因以及得出診斷結果； 數據顯示模塊，與所述視頻處理後端連接，用於接收並顯示伺服器反饋的診斷結果。 優選地，所述植物病害遠程診斷儀還包括環境參數採集模塊，與所述視頻處理前端連接，用於採集環境參數。 優選地，所述植物病害遠程診斷儀還包括鍵盤模塊，使用所述主處理器的外部中斷接口 ，實現六個獨立中斷的鍵盤。 優選地，所述植物病害遠程診斷儀還包驅動模塊，用於對所述主處理器、數據採集模塊、無線發送模塊以及數據顯示模塊進行驅動。
優選地，所述驅動模塊包括數據採集驅動子單元，用於驅動所述數據採集模塊，其 中所述數據採集端驅動子單元採用V4L2架構。 優選地，所述驅動模塊還包括數據顯示驅動子單元，用於驅動所述數據顯示模塊， 其中數據顯示驅動子單元採用幀緩衝設備架構。 優選地，所述主處理器採用DM355處理器，其具有串口 、 USB、 GPIO、 1IC、ASP、SPI、 P麗、DDR/SRAM接口以及NAND接口 。 優選地，所述無線發送模塊採用CDMA無線數傳模塊。 優選地，所述環境參數採集模塊採用SHTlx/SHT7x溫溼度傳感器。 本發明提供的植物病害遠程診斷儀硬體系統採用高性能匿355數字媒體片上系
統作為處理器，保證了系統的運行速度。同時利用片內集成的JPEG編碼協處理器實現圖片
的硬體壓縮，從而大大降低圖片壓縮時間損耗；通過採用CMOS傳感器，採集植物病害部位
的彩色高清圖片，為診斷算法提供了豐富的病害信息，保證了診斷正確率；實現了病害信息
的採集、編碼、發送以及診斷結果的接收、顯示的一體化，提高了作物病害遠程診斷效率。採
用模塊化的設計，各模塊可隨時進行升級或替換，因此具有很好的通用性，能夠應用於多種
場合的植物圖像信息和環境參數的採集和傳輸。


圖1是根據本發明實施方式的植物病害遠程診斷儀的硬體結構示意圖； 圖2是根據本發明實施方式的植物病害遠程診斷儀的軟體層次結構圖； 圖3是根據本發明實施方式的植物病害遠程診斷儀的圖像採集驅動子單元結構
示意圖； 圖4是根據本發明實施方式的植物病害遠程診斷儀進行植物病害診斷的方法流 程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施 例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。 下面分別對本發明所提供的植物病害遠程診斷儀的硬體系統與軟體系統兩部分
作出詳細描述。
— 硬體系統 本發明的植物病害遠程診斷儀硬體系統採用TI(美國德州儀器)公司生產的 TMS320DM355數字視頻片上系統(簡稱DM355)作為主處理器，它是一款專為低功耗可攜式 數字媒體應用設計的高集成度的DSP晶片。DM355處理器採用ARM926EJ-S核。ARM926EJ-S 是一個32位的處理器核，提供216MHz或270MHz的時鐘速率，並採用了兩級流水線技術。 ARM9著重保證作業系統的運作，管理外圍接口的工作。DM355內集成了一個MPEG/JPEG協 處理器，實現數字圖像的JPEG/MPEG硬體壓縮編碼。其內部還包括一個視頻處理子系統 (VPSS)，分為視頻處理前端(VPFE)和視頻處理後端(VPBE)。視頻處理前端提供與CMOS攝 像頭和視頻解碼器的接口 ，並對圖像進行格式轉換和預處理。視頻處理後端實現硬體的OSD 支持和複合的NTSC/PAL或數字LCD輸出。此外，該晶片還擁有豐富的片內外設如串口 、
4USB、 GPIO、 IIC、 ASP、 SPI、 P麗、DDR/SRAM接口， NAND接口等。本發明的硬體在DM355的基 礎上設計擴展了多種功能模塊。主要包括圖像採集模塊、環境參數採集模塊、無線發送模 塊、液晶顯示模塊、鍵盤模塊、GPS模塊等。 其中，所述圖像採集模塊採用高清CMOS圖像傳感器0V5620，該傳感器滿陣列時 可輸出2592X1944(517萬像素)高清圖片。並輸出貝爾格式的圖像數據。該傳感器將感 光得到的貝葉爾格式的原始圖像數據(像素深度10位)輸出到匿355中的視頻處理前端 (VPFE)。視頻處理前端內部包含CCDC、IPIPE等內外設，能將原始格式的圖像數據轉換為可 以編碼的YUV422格式，然後存入內存當中提供給應用程式進行處理。 其中，所述無線發送模塊採用wavecom公司Q2358C無線CPU開發出CDMA無線數 傳模塊。該模塊單頻800MHZ，支持CDMA20001xRTT功能。支持語音通信，支持中英文簡訊及 最高153Kbps的上網速率。 其中，所述環境參數採集模塊採用SHTlx/SHT7x溫溼度傳感器。該傳感器採用全 定標輸出，無需定標，兩線制數字接口，和請求式測量。該傳感器內置14位AD轉換器，串行 輸出，與匿355的GPIO 口連接，進行數據收發。 其中，所述液晶顯示模塊本終端採用3. 5寸數字真彩液晶作為顯示屏。解析度為 320X240，最高可支持RGB24位16777226色真彩顯示。其數據埠連接DM355的視頻處理 後端(VPBE) 。 VPBE內有專門用於數據轉換並支持數字液晶顯示的片內外設。能夠將YUV422 格式數據轉換成RGB666格式的數據輸出到液晶屏顯示。 其中，所述鍵盤模塊使用DM355外部中斷接口，實現6個獨立中斷的鍵盤。
其中，所述GPS模塊採用GPS-1000U，該模塊具有4Hz的位置更新頻率，2個UART 埠，可編程的Flash EPR0M，16個位置引擎通道。支持主動和被動天線，支持DGPS、WAAS、 EGNOS、MSAS等功能。
二 軟體系統 本發明的植物病害遠程診斷儀的軟體部分採用嵌入式Li皿x軟體平臺。嵌入式 Li皿x作業系統是針對不同的應用需求，對Linux內核進行裁剪修改使之能在嵌入式處理 器上運行的一種作業系統。它開放源碼，內核小、效率高，適用於多種CPU和硬體平臺，性能 穩定，可移植性好，非常適合作為移動終端的軟體平臺。本發明採用MontaVista提供的基 於Li皿x2. 6. 10內核的MontaVista Li皿x4. 0作為作業系統平臺。該作業系統具有實時性 高、可搶佔式多任務並發的特點，能夠充分利用系統資源，完成多任務調度。
在Linux內核代碼中，驅動程序佔很大比例，驅動負責對相應硬體的初始化和控 制，是連接應用程式和硬體的橋梁。應用程式通過作業系統API接口訪問Li皿x內核中的 設備驅動程序來讀取某個設備的數據或對其輸出數據。因此，針對具體硬體設備開發相應 的驅動程序是嵌入式Li皿x內核開發的重要工作。 其中，圖像採集端驅動設計採用Video For Linux Two (簡稱V4L2)架構。V412是 Li皿x下專為音視頻輸入輸出設備驅動設計的一套內核API接口規範。它的前生是出現於 版本為2. 1. x及其之後的Linux內核中的Video For Linux (簡稱V4L)。其後的2. 5. x內 核將其升級到第二版本即V4L2。圖像採集端驅動程序由視頻處理前端(VPFE)驅動程序和 0V5620驅動程序兩部分組成。其中0V5620驅動程序只是一個簡單的的Li皿x驅動程序，它 通過IIC接口配置0V5620內部的寄存器，並沒有提供全部的設備文件操作接口 ，因此它只
5有通過結VPFE的驅動程序才能順利完成圖像的採集工作。而VPFE的驅動則是一個字符型 設備驅動，提供跟普通的字符型設備驅動程序一樣的設備文件操作函數接口 ，其數據結構 為file—operations ;同時VPFE也是一個完全符合V4L2接口標準的設備驅動其數據結構 為Video_device。應用V4L2API進行視頻採集的流程如下
a)打開視頻設備 b)更改設備當前配置，包括選擇一個輸入源、設置視頻輸入制式、設置圖像大小等。 c)利用mm即(m即 device memory into application address space)方式獲 取數據。該方式將內核空間的設備內存地址空間映射到用戶空間的地址空間方式獲取數。 mmap系統調用使普通文件被映射到進程地址空間後，進程可以像訪問普通內存一樣對文件 進行訪問，不必再調用read ， write 等操作，從而大大提高了圖像數據的讀取速度。在 實際的使用中，通過調用videobuf-mm即-m即per函數來間接調用mm即O功能，這是一個 專門為了幫助V4L2AP I實現mm即的功能函數，被定義在includd/media/video-buf. h文 件中。 d)對採集的數據進行處理。
e)關閉視頻設備。 本診斷儀採用幀緩衝設備驅動液晶顯示模塊。嵌入式Li皿x下，為了支持常見的
圖形用戶界面如MiniGUI或Qt-Embedded等，LCD顯示設備的驅動程序一般採用Linux的
幀緩衝設備架構。幀緩衝(Frame Buffer)是Li皿x為圖形設備提供的一個抽象接口 ，它允
許上層應用程式在圖形模式下直接對顯示緩衝區進行讀寫操作。這種操作是抽象的、統一
的。應用程式不必關心物理顯存的位置、換頁機制等等具體細節，這些都是由幀緩衝設備驅
動來完成的。Li皿x的幀緩衝設備對應的設備文件通常為/dev/fb0 3。利用幀緩衝設備
顯示圖像的軟體流程如下 a)打開幀緩衝設備。 b)獲取顯示緩衝區可變參數結構體。 c)設置圖像解析度和像素深度。 d)將顯示緩衝區內存映射到用戶內存區。 e)顯示圖像。 本診斷儀的圖形用戶界面採用QT/Embedded平臺進行設計開發。首先在Linux主 機環境中利用QTdisigner設計圖形界面，然後利用硬體平臺專用的工具進行編譯得到可 執行文件，將可執行文件和相應的庫文件一起移植到設備的存儲器中。該圖形用戶界面能 完成彩色圖片顯示和中文信息顯示功能。 主程序主要完成基於TCP/IP協議的客戶端軟體設計，其流程如圖4所示。
本發明的植物病害遠程診斷儀的工作過程為，首先啟動Li皿x作業系統對各個模 塊的驅動程序進行初始化，啟動圖形用戶界面，進入圖像的採集顯示循環。同時CDMA無線 模塊上電並初始化，搜索無線信號。當搜索到無線信號時，信號指示燈亮。此時診斷儀開始 連接伺服器，液晶屏會顯示連接狀況。當連接上伺服器後，可進行鍵盤操作。通過不同的功 能按鍵實現圖片和環境參數的採集，存儲，發送功能。當接收到伺服器反饋的診斷結果信息 後，液晶屏提示並顯示該文字信息。如此循環。
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本診斷儀硬體系統採用高性能TMS320匿355數字媒體片上系統作為處理器，保證 了系統的運行速度。同時利用片內集成的JPEG編碼協處理器實現圖片的硬體壓縮，從而大 大降低圖片壓縮時間損耗。本診斷儀採用CMOS傳感器，採集植物病害部位的彩色高清圖 片，為診斷算法提供了豐富的病害信息，保證了診斷正確率。本診斷儀採用暗盒和主動光源 採系統集植物病體圖像信息，避免了環境光的幹擾，提高了圖像採集的抗幹擾能力，能在任 何天氣環境、任何時段進行現場圖像信息的採集。該診斷儀實現了病害信息的採集，編碼， 發送，以及診斷結果的接收，顯示的一體化。大大提高了作物病害遠程診斷效率。採用已有 的移動通信網絡作為病害信息的傳輸通道，顯著降低了診斷信息的通信傳輸成本。該診斷 儀軟體系統採用成熟精簡的嵌入式Linux作為作業系統，提高了系統的穩定性並節約了硬 件資源成本。該診斷儀硬體採用模塊化設計，各模塊可隨時進行升級或替換，具有很好的通 用性，能夠應用於多種場合的植物圖像信息和環境參數的採集和傳輸。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型 也應視為本發明的保護範圍。
權利要求
一種植物病害遠程診斷儀，其特徵在於，所述植物病害遠程診斷儀包括主處理器，具有用於對圖像進行格式轉換和預處理的視頻處理前端和用於進行數字輸出的視頻處理後端；數據採集模塊，與所述視頻處理前端連接，用於採集植物病體圖像數據；無線發送模塊，與所述數據採集模塊相連，用於將所採集的植物病體圖像數據發送到伺服器以診斷病因以及得出診斷結果；數據顯示模塊，與所述視頻處理後端連接，用於接收並顯示伺服器反饋的診斷結果。
2. 如權利要求1所述的植物病害遠程診斷儀，其特徵在於，所述植物病害遠程診斷儀 還包括環境參數採集模塊，與所述視頻處理前端連接，用於採集環境參數。
3. 如權利要求2所述的植物病害遠程診斷儀，其特徵在於，所述植物病害遠程診斷儀 還包括鍵盤模塊，使用所述主處理器的外部中斷接口 ，實現六個獨立中斷的鍵盤。
4. 如權利要求3所述的植物病害遠程診斷儀，其特徵在於，所述植物病害遠程診斷儀 還包驅動模塊，用於對所述主處理器、數據採集模塊、無線發送模塊以及數據顯示模塊進行 驅動。
5. 如權利要求4所述的植物病害遠程診斷儀，其特徵在於，所述驅動模塊包括數據採 集驅動子單元，用於驅動所述數據採集模塊，其中所述數據採集端驅動子單元採用V4L2架 構。
6. 如權利要求4所述的植物病害遠程診斷儀，其特徵在於，所述驅動模塊還包括數據 顯示驅動子單元，用於驅動所述數據顯示模塊，其中數據顯示驅動子單元採用幀緩衝設備 架構。
7. 如權利要求1-6任一項所述的植物病害遠程診斷儀，其特徵在於，所述主處理器採 用DM355處理器，其具有串口、 USB、 GPIO、 IIC、 ASP、 SPI、 P麗、DDR/SRAM接口以及NAND接□。
8. 如權利要求7所述的植物病害遠程診斷儀，其特徵在於，所述無線發送模塊採用 CDMA無線數傳模塊。
9. 如權利要求8所述的植物病害遠程診斷儀，其特徵在於，所述環境參數採集模塊採 用SHTlx/SHT7x溫溼度傳感器。
全文摘要
本發明公開了一種植物病害遠程診斷儀，其包括主處理器，具有用於對圖像進行格式轉換和預處理的視頻處理前端和用於進行數字輸出的視頻處理後端；數據採集模塊，與所述視頻處理前端連接，用於採集植物病體圖像數據；無線發送模塊，與所述數據採集模塊相連，用於將所採集的植物病體圖像數據發送到伺服器以診斷病因以及得出診斷結果；數據顯示模塊，與所述視頻處理後端連接，用於接收並顯示伺服器反饋的診斷結果。本發明的植物病害遠程診斷儀，具有很好的通用性，能夠應用於多種場合的植物圖像信息和環境參數的採集和傳輸。
文檔編號A01G7/00GK101695128SQ200910236429
公開日2010年4月14日 申請日期2009年10月21日 優先權日2009年10月21日
發明者王庫, 祁學偉 申請人:中國農業大學;