本發(fā)明涉及植物無土栽培，植物生長狀況監(jiān)測(cè)裝置領(lǐng)域，具體涉及一種檢測(cè)植株根系生長狀況的裝置。

背景技術(shù)：

新興的植物工廠栽培技術(shù)中使用了無土栽培技術(shù)，其中霧培技術(shù)是無土栽培技術(shù)里面最為先進(jìn)的技術(shù)。霧培技術(shù)對(duì)根系增加的氧氣量達(dá)到了98％以上，而且在噴霧中添加植物生長所需的營養(yǎng)元素可以進(jìn)一步地促進(jìn)植物生長。

霧培技術(shù)相較于基質(zhì)栽培、營養(yǎng)液栽培和潮溪栽培等技術(shù)，栽培形式更多，它不僅適宜于平面栽培，也適宜于平面多層、圓柱體和多面體等多種立體栽培形式，還能用于垂直栽培甚至是太空栽培。

根系是植物吸收養(yǎng)分和水分的主要器官，對(duì)植物的生長發(fā)育起著重要作用，植物根系在生長介質(zhì)中的形態(tài)分布會(huì)影響植物對(duì)養(yǎng)分和水分的吸收，進(jìn)而影響植物的生長，因此獲取植物的根系圖像，構(gòu)建植物根系的三維模型對(duì)植物根系生長狀況的研究很有必要。

使用霧培技術(shù)時(shí)植物根系放置在一個(gè)帶有噴霧系統(tǒng)的不透明箱體中，如果要觀察根系的生長狀況，構(gòu)建植物根系三維模型可先將植物移到容器外再使用相應(yīng)的設(shè)備(如攝像頭，激光掃描儀)對(duì)根系進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)完再將植物放回容器。將植物移到容器外的過程中容易損壞植物根系，而且操作過程比較麻煩，也可以采用x線掃描分析設(shè)備對(duì)植物根系拍攝根系x光照片，無需將霧培植物移出容器，但所需的設(shè)備復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)目前觀察霧培植物根系易損壞根系，操作過程麻煩，使用的設(shè)備復(fù)雜等缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種檢測(cè)植株根系生長狀況的裝置，該裝置通過獲取霧培植物的根系生長圖像，構(gòu)建植物根系三維圖像，通過植株根系三維圖像可以進(jìn)一步分析植株根系生長情況。

一種檢測(cè)植株根系生長狀況的裝置，包括：

內(nèi)壁帶螺旋導(dǎo)軌的容器；

運(yùn)行在所述導(dǎo)軌上的圖像獲取裝置；

所述的圖像獲取裝置包括設(shè)于支撐架上的驅(qū)動(dòng)裝置和采集控制系統(tǒng)；

所述的支撐架帶有滑輪，所述的滑輪嵌入導(dǎo)軌；

所述的驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)支撐架在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)；

所述的采集控制系統(tǒng)包括攝像頭、照明裝置、控制模塊，所述的攝像頭朝向容器內(nèi)部，所述控制模塊根據(jù)接收的指令，控制驅(qū)動(dòng)裝置和攝像頭工作。

所述的支撐架為徑向雙層結(jié)構(gòu)，所述的驅(qū)動(dòng)裝置位于靠近導(dǎo)軌的底層，所述的采集控制系統(tǒng)位于上層，支撐架的兩層為可拆卸結(jié)構(gòu)。

所述的滑輪有4個(gè)，通過輪軸相連，分別安裝在支撐架的底層的四周，保證支撐架的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)。

所述的攝像頭固定安裝在支撐架的上層，攝像頭的鏡頭正對(duì)植物根系。

優(yōu)選的，所述攝像頭為ccd攝像頭，因?yàn)閏cd攝像頭靈敏度高，噪聲小，成像質(zhì)量高，能為三維圖像的構(gòu)建提供高質(zhì)量的照片。

所述的控制模塊包括驅(qū)動(dòng)模塊、控制芯片和無線網(wǎng)絡(luò)模塊，所述的無線網(wǎng)絡(luò)模塊包括信號(hào)發(fā)射電路和信號(hào)接收電路，攝像頭與信號(hào)發(fā)射電路的輸入端相連，信號(hào)發(fā)射電路將接收到的圖像信息傳輸給外設(shè)電子設(shè)備。

所述的照明裝置為小燈，安裝在攝像頭的旁邊，為攝像頭提供光源。

優(yōu)選的，所述的照明裝置為四個(gè)小燈，安裝在支撐架的上層的四個(gè)角上，隨著圖像獲取裝置整體的運(yùn)動(dòng)而移動(dòng)，為攝像頭提供光源。

所述的驅(qū)動(dòng)模塊包括驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)芯片受控于控制芯片，驅(qū)動(dòng)芯片控制驅(qū)動(dòng)裝置中的電機(jī)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)滑輪動(dòng)作的控制。

優(yōu)選的，控制芯片選用飛思卡爾mk60dn512zvlq10。

優(yōu)選的，驅(qū)動(dòng)芯片型號(hào)選用l298n。

為了構(gòu)建完整的根系三維模型，需要攝像頭在不同的位置拍攝根系照片，攝像頭拍攝照片時(shí)滑輪停止運(yùn)動(dòng)，停留一定的時(shí)間。

小車行駛距離和停留的拍照時(shí)間在外設(shè)電腦中編程控制，將編寫好的程序通過無線傳輸送入控制芯片，由控制芯片通過驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。拍照完成后，控制芯片發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)，從而控制滑輪帶動(dòng)裝置回到初始位置。

優(yōu)選的，所述的容器帶有頂蓋，所述的采集控制系統(tǒng)還包括延時(shí)啟動(dòng)開關(guān)，預(yù)先設(shè)定延遲啟動(dòng)時(shí)間，為人工將固定有植株的容器的頂蓋放回預(yù)留一定時(shí)間。

所述的圖像獲取裝置設(shè)有保護(hù)罩，在圖像獲取裝置不使用時(shí)，套在圖像獲取裝置上，防止霧滴對(duì)圖像獲取裝置造成損害。

本發(fā)明使用時(shí)，在關(guān)閉噴霧系統(tǒng)的條件下，打開固定有植株的容器頂蓋，取下圖像獲取裝置的保護(hù)罩，按下延時(shí)啟動(dòng)開關(guān)后經(jīng)過一定時(shí)間的延時(shí)放回容器頂蓋。此時(shí)，照明裝置點(diǎn)亮栽培容器內(nèi)部，支撐架帶動(dòng)攝像頭在圓筒狀栽培容器內(nèi)壁安裝的螺旋形導(dǎo)軌上移動(dòng)，并在固定位置拍攝植株根系圖像，獲取植株根系多角度圖像信息，拍攝完畢自動(dòng)復(fù)位到初始位置。根系圖像通過無線網(wǎng)絡(luò)模塊傳輸至電腦，從而用于根系三維圖像的構(gòu)建。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)圖像獲取裝置可在容器內(nèi)部多角度自動(dòng)獲取根系圖像，從而有利于構(gòu)建完整根系三維模型。

(2)無需將植株移動(dòng)至容器之外，使用時(shí)只需打開容器頂蓋，按下啟動(dòng)按鈕，再將容器頂蓋放回即可。不會(huì)因?yàn)橐苿?dòng)植株而破壞植株的根系。

(3)無線網(wǎng)絡(luò)模塊可將植株根系照片傳輸至電腦，方便快捷。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種檢測(cè)植株根系生長狀況的裝置示意圖；

圖2為圖1中的植株根系圖像獲取裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1、容器；2、螺旋導(dǎo)軌；3、圖像獲取裝置；4、雙層支撐架；5、電機(jī)；6、齒輪箱；7、齒輪連接桿；8、輪軸；9、滑輪；10、攝像頭；11、無線網(wǎng)絡(luò)模塊；12、照明裝置；13、驅(qū)動(dòng)模塊；14、控制芯片；15、電池模塊；16、延時(shí)啟動(dòng)開關(guān)。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明用于植物工廠植株根系生長狀況的檢測(cè)，主要針對(duì)霧培植株的根系生長狀況的檢測(cè)。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1所示，一種檢測(cè)植株根系生長狀況的裝置，包括：容器1，容器1的內(nèi)壁帶有螺旋導(dǎo)軌2，容器1帶有頂蓋(圖中未示出)；運(yùn)行在螺旋導(dǎo)軌2上的圖像獲取裝置3。

如圖2所示，圖像獲取裝置3包括驅(qū)動(dòng)裝置和采集控制系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)裝置位于雙層支撐架4的靠近導(dǎo)軌的底層，采集控制系統(tǒng)位于雙層支撐架4的上層。雙層支撐架4為可拆卸結(jié)構(gòu)，可采用卡扣連接、螺紋連接、溝槽連接等連接方式中的一種。

驅(qū)動(dòng)裝置包括電機(jī)5、齒輪箱6、齒輪連接桿7、輪軸8、滑輪9。

滑輪9嵌入螺旋導(dǎo)軌2，與帶螺旋導(dǎo)軌2的容器1形成不可拆卸轉(zhuǎn)移的整體。

滑輪9有4個(gè)，通過輪軸8相連，分別安裝在雙層支撐架4的底層的四周，保證雙層支撐架4的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)；電機(jī)5通過聯(lián)軸器與齒輪箱6相連，輪軸8穿過齒輪箱6的低速軸通孔；電機(jī)5產(chǎn)生的動(dòng)力通過聯(lián)軸器傳送給齒輪箱6，齒輪箱6的低速軸帶動(dòng)輪軸8轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)滑輪9在螺旋導(dǎo)軌2上運(yùn)動(dòng)；齒輪箱6有2個(gè)，通過齒輪連接桿7連接，實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)。

采集控制系統(tǒng)包括攝像頭10、無線網(wǎng)絡(luò)模塊11、照明裝置12、驅(qū)動(dòng)模塊13、控制芯片14、電池模塊15、延時(shí)啟動(dòng)開關(guān)16，采集控制系統(tǒng)可整體進(jìn)行拆卸轉(zhuǎn)移，固定到其他容器內(nèi)壁的雙層支撐架4的底層上進(jìn)行根系照片拍攝。

攝像頭10、無線網(wǎng)絡(luò)模塊11、照明裝置12、驅(qū)動(dòng)模塊13、控制芯片14、電機(jī)5的電輸入端分別與電池模塊15的電輸出端相連。

攝像頭10固定安裝在雙層支撐架4的上層，攝像頭10的鏡頭正對(duì)植物根系，攝像頭10為ccd攝像頭，因?yàn)閏cd攝像頭靈敏度高，噪聲小，成像質(zhì)量高，能為三維圖像的構(gòu)建提供高質(zhì)量的照片。

無線網(wǎng)絡(luò)模塊11包括信號(hào)發(fā)射電路和信號(hào)接收電路，攝像頭10與信號(hào)發(fā)射電路的輸入端相連，將圖像信息傳送給信號(hào)發(fā)射電路，信號(hào)發(fā)射電路將接收到的圖像信息傳輸給外設(shè)電子設(shè)備。

照明裝置12為四個(gè)小燈，安裝在雙層支撐架4的上層的四個(gè)角上，隨著圖像獲取裝置3整體的運(yùn)動(dòng)而移動(dòng)，為攝像頭10提供光源。

驅(qū)動(dòng)模塊13中的驅(qū)動(dòng)芯片型號(hào)為l298n，控制芯片14為飛思卡爾mk60dn512zvlq10。驅(qū)動(dòng)芯片受控于控制芯片，驅(qū)動(dòng)芯片控制驅(qū)動(dòng)裝置中的電機(jī)5運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)滑輪9動(dòng)作的控制。

為了構(gòu)建完整的根系三維模型，需要攝像頭10在不同的位置拍攝根系照片，攝像頭10拍攝照片時(shí)滑輪9停止運(yùn)動(dòng)，停留一定的時(shí)間。預(yù)先設(shè)定的位置信息通過無線傳輸存入控制芯片14，由控制芯片14通過驅(qū)動(dòng)模塊13驅(qū)動(dòng)電機(jī)5運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)滑輪9動(dòng)作的控制。

圖像采集裝置3移動(dòng)到終點(diǎn)拍攝完成后，控制芯片14發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)，從而控制滑輪9帶動(dòng)裝置回到初始位置。

圖像獲取裝置3設(shè)有保護(hù)罩，在圖像獲取裝置3不使用時(shí)，套在圖像獲取裝置3上，防止霧滴對(duì)圖像獲取裝置3造成損害。

使用前，可根據(jù)植株根系大小用程序預(yù)先設(shè)定好小車前進(jìn)距離和拍照停留時(shí)間，將編好的程序通過無線傳輸送入控制芯片14，通過控制芯片14控制驅(qū)動(dòng)模塊13。使用時(shí)，先關(guān)閉噴霧系統(tǒng)，然后移開固定有植株的容器1的頂蓋，取下圖像獲取裝置3的保護(hù)罩，按下延時(shí)啟動(dòng)開關(guān)16，經(jīng)過一定時(shí)間的延時(shí)放回容器1的頂蓋。此時(shí)，雙層支撐架4帶動(dòng)攝像頭10開始移動(dòng)，同時(shí)照明裝置12點(diǎn)亮，為攝像頭10提供一個(gè)光線充足的照明環(huán)境。滑輪9在驅(qū)動(dòng)模塊13的控制下在固定位置停留一定的時(shí)間，同時(shí)由攝像頭10對(duì)根系進(jìn)行拍照，拍照完成后滑輪9在驅(qū)動(dòng)模塊13的控制下向下一個(gè)指定拍照地點(diǎn)移動(dòng)，移動(dòng)到終點(diǎn)拍攝完成后驅(qū)動(dòng)模塊13發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)，控制滑輪9帶動(dòng)圖像獲取裝置3回到初始位置。圖像獲取裝置3內(nèi)置的無線網(wǎng)路模塊11可以和電腦建立連接，進(jìn)行照片傳輸。使用完畢后，套回保護(hù)罩。

上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為了便于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)上述實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過改造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對(duì)于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。