光电技术论文提纲

论文题目：光电和压电技术融合的水稻害虫监测方法研究

摘要：水稻是我国主要的粮食作物,病虫害是导致水稻减产的主要原因之一。近几年病虫害的发生与危害呈加重趋势,要实现对水稻害虫危害的有效防治及控制农药的使用,需对区域稻田内目标害虫的密度实施准确监测。目前我国水稻害虫监测主要依靠人工田间赶蛾与黑光灯诱捕害虫的方法,这两种方法均需人工计数,且无法满足害虫实时监测和预警的要求。因此,亟需研究一种快速、准确的水稻害虫监测方法及装置,以提高水稻害虫监测预报的准确度与时效性。现有水稻田间害虫自动监测主要是基于单一技术方法的监测,这些方法各自具有一定的局限性。为了获得更好的害虫监测效果,结合多种害虫检测技术,并通过多维信息融合方法是未来害虫监测的发展趋势。因此,为实现对水稻害虫在稻田中成虫虫口密度进行实时、准确的监测,本文在分析光电和压电技术原理基础上,采用光电、压电技术分别对害虫进行计数,并将两种方法获取到的计数结果进行数据融合,以及进行了水稻害虫监测装置优化试验研究,完成了光电和压电技术融合的水稻害虫监测方法。主要研究内容和结论如下:（1）分析水稻害虫的生活习性,进行水稻害虫监测装置的整体结构设计,建立水稻田间害虫监测试验平台。采用太阳能供电模块对整个装置进行供电,对安装在水稻田间的装置进行稳定供电提供保障;通过性信息素诱芯和风吸式捕虫器完成对目标害虫的诱捕,保证了对目标害虫的单一诱捕和害虫虫体完整,以便后续害虫自动计数工作;进行了害虫计数模块的接虫漏斗、光电传感器和压电传感器的安装设计;系统采用IIC LCD2004字符液晶显示器和APC220-43无线传输模块实现数据显示及上传。（2）进行光电和压电技术害虫自动计数单元的工作原理和软、硬件系统研究,完成两种害虫自动计数单元的测试。根据目标害虫特性,进行害虫光电自动计数单元分析,确定U槽型光电传感器和接线电路,以及压电害虫自动计数单元分析,确定悬臂梁,压电陶瓷传感器和传感器接口电路,接着对两个单元的传感器选型,各自的工作原理,以及各自主要功能进行了分析;采用Arduino UNO R3做为微控制器,设计了害虫自动计数模块硬件电路;基于Arduino IDE平台研究编写害虫自动计数模块数据采集程序;形成光电和压电技术融合的害虫自动计数模块,并对所设计的害虫自动计数模块进行初步测试。（3）进行了光电、压电技术水稻害虫监测装置室内和田间试验研究,试验表明,室内两种检测技术融合后害虫计数准确率较好,田间计数光电技术精度较高,但压电和融合技术有待提高。根据获取的害虫样本作为训练集在室内条件下对计数系统进行训练,使用SPSS软件获得光电传感器计数结果x1和压电传感器计数结果x2与样本实际数量y之间的线性回归关系,即害虫融合计数回归方程;试验结果为光电计数方法得到的二化螟准确率为94%、稻纵卷叶螟准确率为96%,压电计数方法得到的二化螟准确率为80%、稻纵卷叶螟准确率为76%,而融合计数后得到二化螟准确率为96%、稻纵卷叶螟准确率为98%,表明采用两种检测技术融合可有效提高预测的准确率。最后进行了田间试验,完成对害虫计数方法及监测装置的初步测试,经验证该装置能够初步实现对水稻田间害虫进行自动计数,光电技术计数精度为90%左右,压电技术受田间环境影响较大,融合后计数精度仅80%左右,根据压电技术存在问题,提出改进方案。

关键词：水稻害虫;压电传感器;光电传感器;数据融合;性能试验

学科专业：工程硕士（专业学位）

摘要

abstract

1 绪论

1.1 研究的目的与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内外害虫监测技术研究概况

1.2.2 国内外基于光电传感器的害虫自动计数研究现状

1.2.3 国内外压电技术的应用现状

1.3 害虫监测技术总结及分析

1.4 研究内容

1.5 技术路线

1.6 本章小结

2 水稻害虫监测装置设计

2.1 害虫监测装置总体结构设计

2.2 害虫自动计数模块

2.2.1 害虫自动计数模块结构设计

2.2.2 害虫自动计数模块计数流程

2.3 害虫诱捕模块

2.3.1 害虫引诱方法

2.3.2 风吸式捕虫装置

2.4 太阳能供电模块

2.5 数据显示及传输模块

2.5.1 数据显示模块

2.5.2 无线数据传输模块

2.6 本章小结

3 水稻害虫自动计数技术研究

3.1 害虫光电计数单元设计

3.1.1 光电传感器工作原理

3.1.2 光电传感器选型

3.2 害虫压电计数单元设计

3.2.1 压电传感器工作原理

3.2.2 压电传感器选型

3.2.3 悬臂梁材料的选择

3.2.4 压电传感器接口电路设计

3.3 害虫自动计数系统硬件电路设计

3.3.1 微控制器模块

3.3.2 扩展板模块

3.3.3 降压模块

3.3.4 空气开关模块

3.4 害虫自动计数系统数据采集程序设计

3.4.1 数据采集程序设计要求

3.4.2 软件设计语言

3.4.3 程序设计任务要求

3.4.4 计数系统程序结构设计

3.4.5 害虫数据采集主程序流程

3.5 计数单元性能测试

3.6 本章小结

4 水稻害虫监测装置性能试验与分析

4.1 目标害虫样本采集

4.2 实验室条件下害虫计数性能测试与数据融合技术

4.2.1 构造害虫融合计数公式

4.2.2 融合计数系统性能试验

4.3 田间试验

4.3.1 实验目的

4.3.2 试验地点及过程

4.3.3 实验结果分析与讨论

4.4 本章小结

5 总结及展望

5.1 总结

5.2 下一步展望

致谢

参考文献

附录 B 害虫自动计数模块数据采集程序设计