周莹 田小建 朱文静

摘 要 红外热成像技术在作物病虫害检测方面具有图像直观、动态响应快、检测范围广等优势。但静态红外热成像技术易受环境温湿度影响，存在人为因素造成的经验性误差。基于此，设计了一种作物动态红外热成像信息采集箱，以弥补静态热成像技术的不足，获取最利于诊断作物病害的信息。

关键词 动态红外热成像;信息采集;控制系统

中图分类号：TN215 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.32.087

目前，在设施栽培的过程中，作物生长的环境条件远比露地栽培条件苛刻和复杂，经常暴发大面积的作物病害，引发减产、品质下降，使得农业生产遭受重大损失。红外热成像技术具有图像直观、动态响应快、检测范围广的优点，可提前实现对作物病害的诊断[1-3]。为克服静态红外热成像技术易受环境温湿度因素的影响，设计了一种作物动态红外热成像信息采集箱，实现不同温度、不同角度高度的连续拍摄，通过图像信息处理分析，可以快速获取作物病害信息，及时采取预防措施，消除作物病害。

1 整体结构设计

作物动态红外热成像信息采集箱整体结构如图1所示，其主要组成部分包括光箱、红外热成像仪、温湿度传感器、热风加温系统、旋转载物平台、降温系统以及控制系统。隔板将箱体分为上下两部分，下部空间布置温度控制系统，温度控制系统由热风加温系统、降温系统组成;上部空间为图像采集空间，旋转载物平台布置在箱体中间位置，该平台配有伺服电机，可驱动载物平台定角度旋转。在箱体的侧面固定直线导轨，红外热成像仪布置在导轨的滑块上，在电机驱动下实现上下运动。温湿度传感器布置于箱体的上方，用于检测光箱环境，并反馈给控制系统。本采集箱的控制系统以PLC为基础，并配有触摸显示屏。

采集箱工作时，PLC根据设定值控制电机驱动载物平台的转动与红外热成像仪的上下移动，利用温湿度传感器监测光箱内的温湿度，并通过热风加温系统与降温系统达到设定的环境要求，最终实现作物不同角度与高度的变温拍摄。

2 控制系统硬件设计

本采集箱选用的主要硬件设备包括三菱PLC、触摸屏、伺服电机及驱动器减速电机、热风机、双三管制冷器、温湿度传感器和红外热成像仪，其整个控制系统由若干个完整回路构成，组成示意图如图2所示。

3 控制系统软件设计

3.1 上位机触摸屏的设计

上位机软件设计采用MCGS组态软件，通过该组态软件设计人机交互界面，包括设备调试界面、设备运行界面、参数设计界面和数据统计界面，如图3所示。

3.2 下位机PLC的设计

根据运行过程，程序首先自动检测原始位置并进行自动调节，到达初始位置后根据设置角度、高度、温度等参数进入工作环节，当载物平台的旋转角度、红外热成像仪的高度以及箱体内部的温度达到设定值时，启动红外热成像仪拍摄图像。PLC的输入和输出端口地址分配见表1。

4 结语

针对红外热成像技术在监测作物病虫害过程的存在的缺陷，设计了一种作物动态红外热成像信息采集箱，该箱体利用可编程控制器、温湿度传感器、电机、旋转编码器等硬件，可根据工作要求对系统进行控制程序的设计，实现了作物活体在不同角度高度下的变温拍摄，摒弃了环境对检测结果的影响，获取作物的信息更为精准，为真正实现作物病害早诊断提供有利条件和有力保障。

参考文献：

[1] 周建民，周其显，刘燕德.红外热成像技术在农业生产中的应用[J].农机化研究，2010（2）：1-4.

[2] 陈斌，田桂华.红外热成像技术在植物病害检测中的应用研究进展[J].江苏农业科学，2014（9）：1-4.

[3] 程麒，黃春燕，王登伟，等.基于红外热图像的棉花花铃期水分胁迫指数与光合参数的关系[J].新疆农业科学，2012（6）：999-1006.

（责任编辑：赵中正）