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1、 1分类号： 单位代码：10019 密 级： 学 号：2000025 学位论文 储粮虫害声频检测技术的研究储粮虫害声频检测技术的研究 The Research on technique of the Measurement on Sound Frequency of the Insect Pest in the Granary 研究生： 胡 焱 指导教师： 王 一 鸣 教授 合 作 指 导 教 师： 申请学位门类级别： 工 学 硕 士 专业名称： 农业电气化与自动化 研究方向： 智能化检测与控制技术 所 在 院 （ 部 ）： 信息与电气工程学院 二 OO 三年 三月2摘 要 在粮食储藏过程中，
2、虫害因素的影响会引起粮食品质的严重下降，并造成粮食污染和损 失。对储粮虫害的检测与防治，是目前粮食储藏中急待解决的问题。 国内对储粮虫害采用的各种传统检测方法费时、费力、精度又不高，很难实现虫害的实时监控。国外在该领域采用声音检测技术，取得了许多研究成果。多点监测储粮虫害的声频自动监控系统成为国际上此领域的主要研究方向。 本课题吸收国内外的研究成果与经验，基于数字信号处理技术，确定了虫害声音信号频谱分析的技术路线，研制成功 SA-XP 型虫害声频自动分析系统，研究内容包括：以压电陶瓷为材料制成了一套高灵敏度虫害声音探测器，利用信号采集技术，将探测器输出的模拟信号转换成数字信号；基于信号除噪声与
3、功率放大技术原理，开发了一块四通道信号功率放大模块，可实现信号的多点实时检测；在对数字滤波器进行理论分析和设计的基础上，开发了一套滤波器软件，分别设计了 IIR 滤波方式低通、高通、带通、带阻的巴特沃思滤波器、切比雪夫 I 型滤波器、切比雪夫 II 型滤波器、椭圆滤波器和 FIR 滤波方式低通、高通、带通、带阻的三角窗、汉宁窗、哈明窗、布莱克曼窗、切比雪夫窗、凯塞窗函数滤波器，并对玉米象、米象、赤拟谷盗几种常见的储粮虫害进行试验分析，验证了 IIR 椭圆高通滤波器对这几种储粮虫害声音信号的滤波效果最佳。 关键词关键词：储粮虫害、声频、检测、数字信号处理、滤波器 3Abstract During
4、 the process of the foodstuff storage, the infection of the insect pest will debase the quality of the foodstuff severity, cause the pollute and loss in foodstuff. So the measurement and prevention on the insect pest is the most important problem in the foodstuff storage. In our country, some tradit
5、ional measure methods taking time, hard sledding, without high precision, it is difficult to measure real time. Foreign country use the technique of the measurement on sound in this field, and succeed in many research. The Sound Frequency Auto Measure & Control System of multi-point measure become t
6、he international main research way in this field. The paper absorbed the success and experience of the international research, based on the DSP, confirm the method of analyze on the insect pests sound frequency, developed the SA-XP Sound Frequency Auto Analyze System. Developed a high sensitive soun
7、d detector with earthen piezoelectricity material, and transform the analog signals to the digital signals. Based on the theory of the power amplify, exploited a module of power amplify with four channels, to realize the multi-point measurement on signal real time. By theorys analyzing and designing
8、 on the digital filter, developed a filter software, designed IIR Lp, Hp, Bp, Bs filter with Butterworth, ChebyshevI, ChebyshevII, Ellips methods, and FIR Lp, Hp, Bp, Bs filter with Bartlett, Hanning, Hamming, Blackman, Kaiser window. Using the software to analyze some insect pest, we concluded the
9、effect of the IIR Hps elliptic filter is the best of all. Key Words: Insect pest, Sound Frequency, Measure, DSP, Filter 4目 录 第一章 绪 论 1 1.1 研 究 背 景 与 目 的 1 1.2 课 题 研 究 的 意 义 2 1.3 国 内 外 研 究 现 状 3 1.4 工 作 基 础 和 条 件 5 第二章 检 测 技 术 原 理 6 2.1 储 粮 虫 害 自 动 监 控 系 统 概 述 6 2.2 声 音 探 测 器 检 测 原 理 7 2.3 数 字 信 号 处
10、 理 技 术 原 理 9 第 三 章 声 频 自 动 分 析 系 统 的 构 成 1 4 3.1 系 统 概 述 1 4 3.2 系 统 组 成 1 4 3.3 S A - X P 型 虫 害 声 频 自 动 分 析 系 统 1 8 第 四 章 滤 波 器 设 计 2 0 4.1 滤 波 器 概 述 2 0 4.2 I I R数 字 滤 波 器 的 设 计 2 1 4.3 F I R数 字 滤 波 器 的 设 计 2 9 4.4 滤 波 器 设 计 小 结 3 2 第五章 滤波器设计的软件开发33 5.1 软 件 设 计 思 想 3 3 5.2 软 件 平 台 设 计 3 4 5.3 试 验
11、结 果 及 分 析 3 7 第 六 章 结 论 与 建 议 4 4 6.1 结 论 4 4 6.2 建 议 4 4 致谢45 参考文献46硕士学位论文 第一章 绪论 2第一章 绪论 本章主要介绍课题研究的背景、目的、意义、国内外研究现状及现有工作基础和条件，并进行课题研究的必要性和可行性分析。 1.1 研究背景与目的 据统计，每年全世界粮食仓库虫害造成的粮食损失约占粮食总产量的 5%10%，个别地方高达 30%。我国目前已发现储粮害虫 128 种，害虫集中发生时将导致粮食水分、温度上升，结露霉变，造成粮食污染和严重损失。因此，世界各国对储粮害虫的防治都非常重视。为有效防治害虫，就要预测它们发生
12、的趋势、数量、种群动态及潜在危害，而且也要评估各项防治措施和策略所得到的不同预期结果，根据预期结果来采取相应的防治措施，使粮食损失降到最低程度。但目前对储粮害虫还缺乏理想的检测手段。我国每年收购粮食约为 1 亿吨，进口粮食 1000 万吨，常年储备粮食 2 亿吨。对于粮食储藏，虫害因素会引起粮食品质的严重下降，为了降低粮食品质的下降速率，储粮害虫的防治是我国目前急待解决的问题。 目前我国储粮害虫管理只能进行统计意义上的预测，不能作为直接指导控制系统进行实施的依据。储粮害虫防治必须从源头抓起，即利用各种信息检测手段，直接获取第一手资料，并作为控制系统进行实施的依据，才能既有效的杀灭害虫，又节约经
13、费。现有杀虫方法的使用如环流熏蒸系统等，需要控制的最重要的参数是杀虫剂在粮食中的残留量，定期杀虫不仅造成粮食污染，而且会诱发害虫抗药性。 新型储粮害虫自动监测技术并形成网络式的预警系统是该研究领域的发展方向。本课题采用声频自动识别与分析技术，研究不同种类昆虫声音的彼此区别，通过现代数字滤波技术提高探测微弱信号的信噪比， 把昆虫发出的声音频率范围与其它声音分开。 研究建立基于粮虫监测数据库、知识库、方法库的决策系统。研制具有粮食害虫自动识别能力的检测系统。 1.2 课题研究的意义 硕士学位论文 第一章 绪论 21.2.1 储粮害虫的传播途径及其危害 储粮害虫主要通过以下几个途径进入粮仓： 有些害虫能危害田间的粮食作物，粮食收获后很容易将它们带进仓库； 有些害虫如豌豆象等特别危险，
