阅读说明：本技术 一种高通量检测昆虫过冷却点系统以及检测方法 (High-flux insect supercooling point detection system and detection method ) 是由 唐建 俞俊杰 罗举 刘淑华 周明好 杨保军 王爱英 于 2019-11-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高通量检测昆虫过冷却点系统,包括：昆虫降温机构,包括降温装置以及安装在所述降温装置内的多个装虫装置；设置在所述装虫装置内的温度传感装置,所述温度传感装置包括盖体、台体、通信线,所述盖体与所述台体之间的空间用以放置待检测昆虫,所述盖体用以采集待检测昆虫温度并且由所述通信线传输数据；单片机控制机构,连接所述通信线并用以接受所述温度传感装置的电信号传输并转换为数字信息；服务端,用以接受所述单片机控制机构上传的数字信息进行数据整理分析。本发明还公开了昆虫过冷却点的检测方法。本发明的有益效果在于,具有昆虫体温采集精准,检测过冷却点精确的特点。(The invention discloses a high-flux system for detecting insect supercooling points, which comprises: the insect cooling mechanism comprises a cooling device and a plurality of insect containing devices arranged in the cooling device; the temperature sensing device is arranged in the insect containing device and comprises a cover body, a platform body and a communication line, wherein a space between the cover body and the platform body is used for placing insects to be detected, and the cover body is used for collecting the temperature of the insects to be detected and transmitting data through the communication line; the singlechip control mechanism is connected with the communication line and is used for receiving the electric signal transmission of the temperature sensing device and converting the electric signal transmission into digital information; and the server is used for receiving the digital information uploaded by the single chip microcomputer control mechanism to carry out data arrangement and analysis. The invention also discloses a detection method of the insect supercooling point. The invention has the advantages of accurate acquisition of the body temperature of the insect and accurate detection of the supercooling point.)

一种高通量检测昆虫过冷却点系统以及检测方法

技术领域

本发明涉及一种高通量检测昆虫过冷却点系统以及检测方法，主要涉及昆虫过冷却点检测领域。

背景技术

昆虫是变温动物，温度对其影响是不言而喻的。尤其低温作为一个重要的因素影响着它们的发生、分布、生殖和扩散。因此，明确昆虫的耐寒性对于昆虫在一个国家和地区的分布，能否向北扩散并建立稳定的种群，及成功预测预报和根治害虫方面都起着至关重要的作用。在严寒侵袭的时候，昆虫往往通过调节身体过冷却状态来增强抗寒性。

昆虫体液过冷却现象在1842年被Fahrenheit首次发现；此后，物理学界和生物学界对其进行了广泛研究。1899年俄罗斯生物学家EaxMeTbeB利用电热测温技术首次发现昆虫的过冷却点现象，自此之后世界多国开始了对昆虫过冷却点的研究。1990年李玉泉提出了使用特定传感器测定昆虫过冷却点的方法。该法测定过冷却点有几点缺陷：1、灵敏度较低；2、需要使用交流电不便于携带；3、检流计读数不准。因此，在2000年秦玉川以及杨建才又提出了使用热敏电阻和万用电表进行测定过冷却点的方法^[3]。此法灵敏度较高且易测得过冷却点，能够克服上述热电偶法的几个缺点。热敏电阻法仍有几项不足：1、较难在短时间内进行批量昆虫过冷却点测量；2、测量出的数据为电阻值，需要通过公式转换成温度值较耗时间。2009年朱春刚等人设计了一种利用温度探头进行过冷却点测量的方法^[4]，该方法基于热电偶原理测温，探头的使用使得虫体的温度能够更准确的被测量出来，但是仍无法高通量测量过冷却点。2013年Hanson等人改进了接触型热电偶成为摇篮型，测量了三种寄生蜂的成虫:白蜡吉丁啮小蜂(Tetrastichusplanipennisi)和两种腹茧蜂(Spathiusagrili, and S.floridanus)。2019年孔维娜等人用滤纸将虫体水分吸干后再利用热电偶原理测量了梨小食心虫的过冷却点信息。但是热敏电阻法和热电偶法仍有部分不足，比如热敏电阻的温度曲线不是直线（非线性）而是一条弧线，近似后容易产生虚假温度；热电偶法成本较高，且无法同时测量大量温度信息。现有技术公开号CN201451066U还公开了一种昆虫过冷却点测定仪，包括冷却系统、设置在冷却系统上方的保温腔室以及温度自动记录仪；所述温度自动记录仪的温度探头***所述保温腔室内。采用本实用新型的昆虫过冷却点测定仪，可以自动地检测并记录低温环境下昆虫体温下降的变化，通过分析昆虫温度变化确定昆虫的过冷却点，掌握其低温致死温度，便于了解昆虫抗寒能力，帮助判断其地理分布及越冬存活的可能性。这种测定仪存在着昆虫体温采集不精确，检测过冷却点效率较低的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高通量检测昆虫过冷却点系统，具有昆虫体温采集精准，检测过冷却点精确的特点。

本发明是通过以下技术方案来实现的。

一种高通量检测昆虫过冷却点系统，包括：

昆虫降温机构，包括降温装置以及安装在所述降温装置内的多个装虫装置；

设置在所述装虫装置内的温度传感装置，所述温度传感装置包括盖体、台体、通信线，所述盖体与所述台体之间的空间用以放置待检测昆虫，所述盖体用以采集待检测昆虫温度并且由所述通信线传输数据；

单片机控制机构，连接所述通信线并用以接受所述温度传感装置的电信号传输并转换为数字信息；

服务端，用以接受所述单片机控制机构上传的数字信息进行数据整理分析。

在高通量测量昆虫过冷却点温度信息后利用串口回传服务端，服务端上位机根据温度变化自动筛选过冷却点以及冰点，达到快速获取昆虫过冷却点信息的目的。

进一步地，所述装虫装置内在所述温度传感装置周围铺满保温材料。

进一步地，所述盖体包括罩盖、温度传感器、银层导热片，所述银层导热片安装固定在所述罩盖，所述罩盖与所述银层导热片之间固定安装所述温度传感器，所述银层导热片的上表面接触所述温度传感器的工作端，所述银层导热片的下表面用以接触待检测昆虫。

进一步地，所述罩盖为房顶结构，所述银层导热片为拱形面结构，所述温度传感器固定在所述罩盖与所述银层导热片之间的空间内，并且所述温度传感器的工作端与所述银层导热片中部的上表面接触。

基于新型房顶笼式的温度传感装置测温。区别于传统的感温探头，房顶笼式温度传感器内部自带的拱形结构能够大幅度增加与被测昆虫的接触面积以及导热性，保证测量成功率。

进一步地，所述盖体设置有至少两个位于所述罩盖左右部分的通气孔，所述通气孔穿过所述罩盖与所述银层导热片，连通至所述盖体与所述台体之间的空间。

进一步地，所述台体包括底座、胶层、放虫板，所述底座为顶面为拱形面的笼式结构，所述底座顶面与所述银层导热片之间的空间高度由中部向两侧逐渐减小，所述放虫板由所述胶层配合固定设置在所述底座顶面的中部。

进一步地，温度传感器为石英晶体振动温度传感器。

温度传感器基于内部芯片低温度系数晶振和高温度系数晶振受温度影响的特点工作，灵敏度高、进度高且不容易产生虚温，单片机模块能够通过总线同时控制多个温度传感器工作。

进一步地，所述单片机控制机构包括点阵式液晶显示模块、单片机最小系统、温度传感器模块，所述温度传感器模块连接所述通信线用以接受所述温度传感装置的信号传输，所述单片机最小系统接受所述温度传感器模块的电信号传输并将其转换为数字信息，所述点阵式液晶显示模块连接所述单片机最小系统用以显示当前待检测昆虫的体温。

一种方法高通量检测昆虫过冷却点的方法，步骤包括：

步骤一：将待检测昆虫装入温度传感装置，将温度传感装置放入装虫装置并铺满脱脂棉；

步骤二：温度传感器由接触待检测昆虫的银层导热片将电信号传输至单片机控制机构的温度传感器模块，并由单片机控制机构的单片机最小系统转换为数字信息；

步骤三：单片机最小系统将数字信息上传至服务端；

步骤四：服务端每隔一定时间接收测得的温度数据组信息，对其进行整理分析，判断若待检测昆虫的体温没有上升趋势则重复步骤四，若待检测昆虫的体温有上升趋势，则服务端减小获取温度信息间隔直到温度下降为止，获取待检测昆虫的过冷却点。

进一步地，步骤一，将待检测昆虫放置在底座表面中部的防虫板，然后将盖体由底座正上方缓慢扣合在底座。

本发明的有益效果：

（1）与传统的热电偶法和热敏电阻法不同，本发明提供的高通量检测昆虫过冷却点系统不需要依靠测量电阻值换算来获取温度值。

（2）相比于传统技术，能够同时测量多组昆虫的过冷却点，可在第一时间获得对比实验数据，提高了测量效率。

（3）不需要使用交流电，不仅携带方便，同时使用限制较小，提高了实用性。

（4）使用温度传感器模块提高了测量范围以及精度。

（5）温度传感装置使用了特殊的房顶笼式结构，提高了与虫体的接触面积增加导热性，以提高获得体温数据的精确性，同时温度传感装置内容纳待检测昆虫的空间设计又可以确保待检测昆虫不会受到挤压、碰戳等损伤情况，使得待检测昆虫在检测过程中保持正常的生理状态，不仅提高了过冷却点测量的成功率，同时也确保获得的过冷却点的真实性。

附图说明

图1为高通量检测昆虫过冷却点装置整体图；

图2为单片机控制机构的俯视示意图；

图3为单片机控制机构的左视示意图；

图4为温度传感装置的正视结构示意图；

图5为温度传感装置的部分俯视示意图；

图6为银层导热片的示意图；

图7为温度传感器与装虫装置的结构示意图；

图8为昆虫降温机构的结构示意图；

图9为单片机最小系统的主芯片示意图；

图10为单片机最小系统的上电复位电路示意图；

图11为单片机最小系统的时钟电路示意图；

图12为高通量昆虫过冷却点检测方法流程图。

图中：101.服务端；102.单片机控制机构；103.昆虫降温机构；104.温度传感器装置；

201.点阵式液晶显示模块；202.单片机最小系统；203.温度传感模块；

301.温度传感器；302.罩盖；303.通气孔；304.胶层；305.底座；306.银层导热片；307.放虫板；

401.通信线；402.温度传感器装置；403.装虫装置；404.脱脂棉；405.降温装置；406.待测昆虫。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

实施案例1：

一种高通量检测昆虫过冷却点系统，参照图1，包括服务端101、单片机控制机构102、昆虫降温机构103以及多个温度传感器装置402。

参照图8昆虫降温机构103包括降温装置405与多个装虫装置403，装虫装置403设置在所述降温装置405内，其作用为装载所述温度传感装置402并且对所述温度传感装置402具有一定保温功能。所述装虫装置403可以设置为透明的罐装结构，以便可观察监控位于装虫装置403内的实时状况，所述装虫装置403顶部开口便于将所述温度传感装置402装入，待装入后在温度传感装置402周围铺满脱脂棉404，脱脂棉具有一定的保温性能，选用脱脂棉404作为保温材料，不仅因为其材质特性便于铺设填充在所述装虫装置403内，同时其价格低廉，可节省检测成本。对于所述降温装置403，作为环境温度控制单元，所述降温装置405通电持续降温至设定温度，所述降温装置405是一种在一定范围内能够自由控制温度变化并保持恒定的制冷设备，能够将实验环境迅速降低至测量过冷却点所需要的温度范围带。降温装置405可基于微电脑控制器实现精确温度控制，使用高效压缩机和风扇电机配合完成制冷系统；降温装置405也可以选用热电制冷片，利用半导体材料PELTIER效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶两端即可分别吸收热量和放出热量，实现制冷。降温装置405也可以采取化学试剂加碎冰制冷的方法，将制冷物放入冰瓶，然后将若干一定粗细的玻璃管放进制冷物中以备放虫，在制作制冷物前对化学药品进行干燥。制冷混合物选取碳酸钾，39.5g碳酸钾和60.5g冰即可产生-36.5℃的稳定实验环境。以上三种方式皆可满足降温装置405所需要的功效性能。

参照图4-图7，并结合图8，在本实施案例中，温度传感器装置402作为待检测昆虫的承载与体温采集单元，所述温度传感器装置104包括盖体和台体，盖体和台体构成了呈房顶笼式的温度传感器装置104，选用房顶笼式温度传感装置，其内部自带的拱形结构能够大幅度增加与被测昆虫的接触面积以及导热性，保证测量成功率。所述盖体包括温度传感器301、罩盖302、通信线401、通气孔303、银层导热片306，所述台体包括胶层304、底座305、放虫板307。对于所述盖体，所述银层导热片306安装固定在所述罩盖302，所述罩盖302与所述银层导热片306之间固定安装所述温度传感器301，所述银层导热片306的上表面接触所述温度传感器301的工作端，所述银层导热片306的下表面用以接触待检测昆虫。所述罩盖302为房顶结构，该房顶机构为中部至两侧向下倾斜的对称式结构，所述银层导热片306为拱形面结构，拱形面结构的设置可以增大所述银层导热片306与待检测昆虫的接触面积，所述罩盖302与所述银层导热片306之间的形成了空间并且在该空间内固定安装所述温度传感器301，所述温度传感器301的工作端与所述银层导热片306的接触位置为所述银层导热片306中部的上表面。对于温度传感器301，显然为接触式温度传感器，考虑到昆虫过冷却点的检测精度需求，一般情况下，可选用石英晶体振动温度传感器。在罩盖302设置四个通气孔303，这四个通气孔303两两位于所述罩盖302的两侧，所述通气孔303穿过所述罩盖302与所述银层导热片306，连通至所述盖体与所述台体之间的空间，用于保证待检测昆虫406的生存以及加快温度下降速率。对于所述通气孔303的数量设置，主要取决于所述温度传感装置104的规格大小，并非限定于四个，通常情况下，至少需要两个，分别位于左右侧，使得所述温度传感装置104内的空气流通均匀以确保温度采集精准。对于台体，所述底座305为顶面为拱形面的笼式结构，所述底座305顶面与所述银层导热片306之间的空间高度由中部向两侧逐渐减小，该空间用以放置待检测昆虫，这种空间结构设置可限制待检测昆虫的移动，使得待检测昆虫与所述银层导热片306充分接触，以确保体温采集的效率和精确，所述放虫板307由所述胶层304配合固定设置在所述底座305顶面的中部，通过所述胶层304可加强所述放虫板307的摩擦系数，提高放虫板307的位置稳定，提高待检测昆虫定位的精准度。所述通信线401与所述温度传感器301连接，负责将所述温度传感器301采集到的电信号发送给单片机控制机构103。

参照图2-3并结合图1，单片机控制机构102作为信号转换处理单元，连接所述通信线401并用以接受所述温度传感装置104的电信号传输并转换为数字信息，所述单片机控制机构102包括点阵式液晶显示模块201、单片机最小系统202、温度传感器模块203，所述温度传感器模块203连接所述通信线401用以接受所述温度传感装置104的信号传输，所述单片机最小系统接202受所述温度传感器模块203的电信号传输并将其转换为数字信息，所述点阵式液晶显示模块201连接所述单片机最小系统202用以显示当前待检测昆虫的体温。对于单片机最小系统202，其由主芯片、上电复位电路、时钟电路、电源供电电路组成。主芯片的选择主要根据价格成本、所要完成任务所需要功能等确定，可以根据STM8和STM32产品选型手册确定，在本实施案例中，参照图9，根据本检测的需求选用STM32F103RCT6作为主芯片，STM32F103RCT6基于ARM Cortex-M内核，具有高性能、低成本、低功耗的优点，片上资源包括48KB SRAM，256KB Flash，11个定时器，2个IIC，5个串口，1个USB，3个SPI，3个12位ADC，2个12位DAC及51个通用IO口。参照图10，对于上电复位电路，为低电平复位，复位电路CREST端连接主芯片第7脚复位管脚，上电瞬间C2相当于通路接地，芯片自动复位，之后VDD稳定，C2相当于断路，复位端CREST一直为高电平。参照图11，时钟电路的主频选用8MHz晶振，时钟RTC频率选用32KHz。

服务端101，用以接受所述单片机控制机构102上传的数字信息进行数据整理分析，为整个系统的分析单元。

实施案例2：

参照图12，一种方法高通量检测昆虫过冷却点的方法，该方法使用实施案例1提供的高通量检测昆虫过冷却点系统，步骤包括：

步骤一：将待检测昆虫装入温度传感装置，将温度传感装置放入装虫装置并铺满脱脂棉，装入待检测昆虫时，先将待检测昆虫放置在底座表面中部的防虫板，然后将盖体由底座正上方缓慢扣合在底座；

步骤二：温度传感器由接触待检测昆虫的银层导热片将电信号传输至单片机控制机构的温度传感器模块，并由单片机控制机构的单片机最小系统转换为数字信息；

步骤三：单片机最小系统将数字信息上传至服务端；

步骤四：服务端每隔一定时间接收测得的温度数据组信息，对其进行整理分析，判断若待检测昆虫的体温没有上升趋势则重复步骤四，若待检测昆虫的体温有上升趋势，则服务端减小获取温度信息间隔直到温度下降为止，获取待检测昆虫的过冷却点。

该检测方法可待检测昆虫为单只或多只同时进行。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。