專利名稱：植物病害遠程診斷儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)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(tǒng)是運用專家系統(tǒng)、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并診斷出病因的智能系統(tǒng)，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(tǒng)為核心的遠程診斷系統(tǒng)的診斷咨詢，可以實現田間作物與遠地專家系統(tǒng)的"零"距離接觸，從而得到及時準確的診斷結果，用于指導農業(yè)生產。該系統(tǒng)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(yè)生產率，對實現農業(yè)生產的信息化和智能化具有深遠的意義。 國外農業(yè)專家系統(tǒng)的應用始于20世紀70年代后期，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(fā)的大豆病害診斷專家系統(tǒng)PLAN T/ds， 20世紀80年代中葉有了迅速的發(fā)展。我國智能診斷系統(tǒng)起步較晚，于1993年研制出了基于神經網絡技術的中國第一套作物病蟲害診斷專家系統(tǒng)PIDS。近幾年出現的病害診斷系統(tǒng)多采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(tǒng)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(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種解決了以往作物病害診斷系統(tǒng)缺乏專門的病害信息遠
程采集設備的問題、具有較高信息采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(fā)明實施方式的植物病害遠程診斷儀，其包
括 主處理器，具有用于對圖像進行格式轉換和預處理的視頻處理前端和用于進行數字輸出的視頻處理后端； 數據采集模塊，與所述視頻處理前端連接，用于采集植物病體圖像數據； 無線發(fā)送模塊，與所述數據采集模塊相連，用于將所采集的植物病體圖像數據發(fā)
送到服務器以診斷病因以及得出診斷結果； 數據顯示模塊，與所述視頻處理后端連接，用于接收并顯示服務器反饋的診斷結果。 優(yōu)選地，所述植物病害遠程診斷儀還包括環(huán)境參數采集模塊，與所述視頻處理前端連接，用于采集環(huán)境參數。 優(yōu)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(yōu)選地，所述植物病害遠程診斷儀還包驅動模塊，用于對所述主處理器、數據采集模塊、無線發(fā)送模塊以及數據顯示模塊進行驅動。
優(yōu)選地，所述驅動模塊包括數據采集驅動子單元，用于驅動所述數據采集模塊，其 中所述數據采集端驅動子單元采用V4L2架構。 優(yōu)選地，所述驅動模塊還包括數據顯示驅動子單元，用于驅動所述數據顯示模塊， 其中數據顯示驅動子單元采用幀緩沖設備架構。 優(yōu)選地，所述主處理器采用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(yōu)選地，所述無線發(fā)送模塊采用CDMA無線數傳模塊。 優(yōu)選地，所述環(huán)境參數采集模塊采用SHTlx/SHT7x溫濕度傳感器。 本發(fā)明提供的植物病害遠程診斷儀硬件系統(tǒng)采用高性能匿355數字媒體片上系
統(tǒng)作為處理器，保證了系統(tǒng)的運行速度。同時利用片內集成的JPEG編碼協(xié)處理器實現圖片
的硬件壓縮，從而大大降低圖片壓縮時間損耗；通過采用CMOS傳感器，采集植物病害部位
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
的采集、編碼、發(fā)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。采
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，能夠應用于多種
場合的植物圖像信息和環(huán)境參數的采集和傳輸。


圖1是根據本發(fā)明實施方式的植物病害遠程診斷儀的硬件結構示意圖； 圖2是根據本發(fā)明實施方式的植物病害遠程診斷儀的軟件層次結構圖； 圖3是根據本發(fā)明實施方式的植物病害遠程診斷儀的圖像采集驅動子單元結構
示意圖； 圖4是根據本發(fā)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(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施 例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。 下面分別對本發(fā)明所提供的植物病害遠程診斷儀的硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)兩部分
作出詳細描述。
— 硬件系統(tǒng) 本發(fā)明的植物病害遠程診斷儀硬件系統(tǒng)采用TI(美國德州儀器)公司生產的 TMS320DM355數字視頻片上系統(tǒng)(簡稱DM355)作為主處理器，它是一款專為低功耗便攜式 數字媒體應用設計的高集成度的DSP芯片。DM355處理器采用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，并采用了兩級流水線技術。 ARM9著重保證操作系統(tǒng)的運作，管理外圍接口的工作。DM355內集成了一個MPEG/JPEG協(xié) 處理器，實現數字圖像的JPEG/MPEG硬件壓縮編碼。其內部還包括一個視頻處理子系統(tǒng) (VPSS)，分為視頻處理前端(VPFE)和視頻處理后端(VPBE)。視頻處理前端提供與CMOS攝 像頭和視頻解碼器的接口 ，并對圖像進行格式轉換和預處理。視頻處理后端實現硬件的OSD 支持和復合的NTSC/PAL或數字LCD輸出。此外，該芯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(fā)明的硬件在DM355的基 礎上設計擴展了多種功能模塊。主要包括圖像采集模塊、環(huán)境參數采集模塊、無線發(fā)送模 塊、液晶顯示模塊、鍵盤模塊、GPS模塊等。 其中，所述圖像采集模塊采用高清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。并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，然后存入內存當中提供給應用程序進行處理。 其中，所述無線發(fā)送模塊采用wavecom公司Q2358C無線CPU開發(fā)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，支持中英文短信及 最高153Kbps的上網速率。 其中，所述環(huán)境參數采集模塊采用SHTlx/SHT7x溫濕度傳感器。該傳感器采用全 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(fā)。 其中，所述液晶顯示模塊本終端采用3. 5寸數字真彩液晶作為顯示屏。分辨率為 320X240，最高可支持RGB24位16777226色真彩顯示。其數據端口連接DM355的視頻處理 后端(VPBE) 。 VPBE內有專門用于數據轉換并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模塊采用GPS-1000U，該模塊具有4Hz的位置更新頻率，2個UART 端口，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 軟件系統(tǒng) 本發(fā)明的植物病害遠程診斷儀的軟件部分采用嵌入式Li皿x軟件平臺。嵌入式 Li皿x操作系統(tǒng)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 器上運行的一種操作系統(tǒng)。它開放源碼，內核小、效率高，適用于多種CPU和硬件平臺，性能 穩(wěn)定，可移植性好，非常適合作為移動終端的軟件平臺。本發(fā)明采用MontaVista提供的基 于Li皿x2. 6. 10內核的MontaVista Li皿x4. 0作為操作系統(tǒng)平臺。該操作系統(tǒng)具有實時性 高、可搶占式多任務并發(fā)的特點，能夠充分利用系統(tǒng)資源，完成多任務調度。
在Linux內核代碼中，驅動程序占很大比例，驅動負責對相應硬件的初始化和控 制，是連接應用程序和硬件的橋梁。應用程序通過操作系統(tǒng)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，針對具體硬件設備開發(fā)相應 的驅動程序是嵌入式Li皿x內核開發(fā)的重要工作。 其中，圖像采集端驅動設計采用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(guī)范。它的前生是出現于 版本為2. 1. x及其之后的Linux內核中的Video For Linux (簡稱V4L)。其后的2. 5. x內 核將其升級到第二版本即V4L2。圖像采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，并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采集工作。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進行視頻采集的流程如下
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(tǒng)調用使普通文件被映射到進程地址空間后，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)對采集的數據進行處理。
e)關閉視頻設備。 本診斷儀采用幀緩沖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采用Linux的
幀緩沖設備架構。幀緩沖(Frame Buffer)是Li皿x為圖形設備提供的一個抽象接口 ，它允
許上層應用程序在圖形模式下直接對顯示緩沖區(qū)進行讀寫操作。這種操作是抽象的、統(tǒng)一
的。應用程序不必關心物理顯存的位置、換頁機制等等具體細節(jié)，這些都是由幀緩沖設備驅
動來完成的。Li皿x的幀緩沖設備對應的設備文件通常為/dev/fb0 3。利用幀緩沖設備
顯示圖像的軟件流程如下 a)打開幀緩沖設備。 b)獲取顯示緩沖區(qū)可變參數結構體。 c)設置圖像分辨率和像素深度。 d)將顯示緩沖區(qū)內存映射到用戶內存區(qū)。 e)顯示圖像。 本診斷儀的圖形用戶界面采用QT/Embedded平臺進行設計開發(fā)。首先在Linux主 機環(huán)境中利用QTdisigner設計圖形界面，然后利用硬件平臺專用的工具進行編譯得到可 執(zhí)行文件，將可執(zhí)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。 主程序主要完成基于TCP/IP協(xié)議的客戶端軟件設計，其流程如圖4所示。
本發(fā)明的植物病害遠程診斷儀的工作過程為，首先啟動Li皿x操作系統(tǒng)對各個模 塊的驅動程序進行初始化，啟動圖形用戶界面，進入圖像的采集顯示循環(huán)。同時CDMA無線 模塊上電并初始化，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 連接服務器，液晶屏會顯示連接狀況。當連接上服務器后，可進行鍵盤操作。通過不同的功 能按鍵實現圖片和環(huán)境參數的采集，存儲，發(fā)送功能。當接收到服務器反饋的診斷結果信息 后，液晶屏提示并顯示該文字信息。如此循環(huán)。
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本診斷儀硬件系統(tǒng)采用高性能TMS320匿355數字媒體片上系統(tǒng)作為處理器，保證 了系統(tǒng)的運行速度。同時利用片內集成的JPEG編碼協(xié)處理器實現圖片的硬件壓縮，從而大 大降低圖片壓縮時間損耗。本診斷儀采用CMOS傳感器，采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。本診斷儀采用暗盒和主動光源 采系統(tǒng)集植物病體圖像信息，避免了環(huán)境光的干擾，提高了圖像采集的抗干擾能力，能在任 何天氣環(huán)境、任何時段進行現場圖像信息的采集。該診斷儀實現了病害信息的采集，編碼， 發(fā)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。采用已有 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 儀軟件系統(tǒng)采用成熟精簡的嵌入式Linux作為操作系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性并節(jié)約了硬 件資源成本。該診斷儀硬件采用模塊化設計，各模塊可隨時進行升級或替換，具有很好的通 用性，能夠應用于多種場合的植物圖像信息和環(huán)境參數的采集和傳輸。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發(fā)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(fā)明的保護范圍。
權利要求
一種植物病害遠程診斷儀，其特征在于，所述植物病害遠程診斷儀包括主處理器，具有用于對圖像進行格式轉換和預處理的視頻處理前端和用于進行數字輸出的視頻處理后端；數據采集模塊，與所述視頻處理前端連接，用于采集植物病體圖像數據；無線發(fā)送模塊，與所述數據采集模塊相連，用于將所采集的植物病體圖像數據發(fā)送到服務器以診斷病因以及得出診斷結果；數據顯示模塊，與所述視頻處理后端連接，用于接收并顯示服務器反饋的診斷結果。
2. 如權利要求1所述的植物病害遠程診斷儀，其特征在于，所述植物病害遠程診斷儀 還包括環(huán)境參數采集模塊，與所述視頻處理前端連接，用于采集環(huán)境參數。
3. 如權利要求2所述的植物病害遠程診斷儀，其特征在于，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，其特征在于，所述植物病害遠程診斷儀 還包驅動模塊，用于對所述主處理器、數據采集模塊、無線發(fā)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，其特征在于，所述驅動模塊包括數據采 集驅動子單元，用于驅動所述數據采集模塊，其中所述數據采集端驅動子單元采用V4L2架 構。
6. 如權利要求4所述的植物病害遠程診斷儀，其特征在于，所述驅動模塊還包括數據 顯示驅動子單元，用于驅動所述數據顯示模塊，其中數據顯示驅動子單元采用幀緩沖設備 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，其特征在于，所述主處理器采 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，其特征在于，所述無線發(fā)送模塊采用 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，其特征在于，所述環(huán)境參數采集模塊采 用SHTlx/SHT7x溫濕度傳感器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種植物病害遠程診斷儀，其包括主處理器，具有用于對圖像進行格式轉換和預處理的視頻處理前端和用于進行數字輸出的視頻處理后端；數據采集模塊，與所述視頻處理前端連接，用于采集植物病體圖像數據；無線發(fā)送模塊，與所述數據采集模塊相連，用于將所采集的植物病體圖像數據發(fā)送到服務器以診斷病因以及得出診斷結果；數據顯示模塊，與所述視頻處理后端連接，用于接收并顯示服務器反饋的診斷結果。本發(fā)明的植物病害遠程診斷儀，具有很好的通用性，能夠應用于多種場合的植物圖像信息和環(huán)境參數的采集和傳輸。
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(yōu)先權日2009年10月21日
發(fā)明者王庫, 祁學偉 申請人:中國農業(yè)大學;