一种昆虫飞行磨数据采集装置及其昆虫飞行信息处理方法

1.本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种昆虫飞行磨数据采集装置及其昆虫飞行信息处理方法。


背景技术：

2.昆虫飞行的模式以及飞行过程中的数据以及意义能够对人们具有重大的启示意义，但是由于昆虫体型小，对飞行的数据获取比较困难，现有技术与仪器由于具有限制，对昆虫的飞行状态和飞行参数的采集和记录存在一定的难度。
3.目前，昆虫飞行磨是研究昆虫飞行能力的一种重要装置，通过记录昆虫飞行带动飞行磨的圈数和时间计算昆虫的飞行参数。最早的昆虫飞行磨都是使用电子计数器记录方法，记录精度和可靠性都差强人意。之后，随着电子技术和计算机软硬件技术的发展，飞行磨数据开始由计算机采集处理。但计算机只接受特定信息，因此人们用单板机接受飞行磨的开关或高低电平变化，再转变成pc机能接接收的信息进入pc。单板机需要编程，pc机也需要编程，对飞行磨系统制作的人员要求很高，也因此成为限制飞行磨普及应用的重要原因之一


技术实现要素：

4.针对上述缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种昆虫飞行磨数据采集装置及其昆虫飞行信息处理方法。
5.为达到以上目的，本发明的技术方案为：
6.一种昆虫飞行磨数据采集装置，包括：信号检测单元，所述信号检测单元上连接有输出单元，所述输出单元上通过接线单元连接有数据采集记录单元；
7.所述信号检测单元，用于通过多个通道采集飞行信号；
8.所述输出单元，用于将采集到的飞行信号转化为实时的飞行数据进行输出；
9.所述数据采集记录单元，用于将采集到的飞行数据根据采集通道进行记录和存储；
10.接线单元上设置有接线插口，用于将信号检测单元与数据采集记录单元进行连接。
11.所述信号检测单元设置有四个开关记录通道，所述四个开关记录通道为光耦和数据采集器。
12.所述数据采集记录单元用于根据昆虫飞行时带动飞行磨旋转的单位时间内圈数，记录飞行数据，绘制数据表格。
13.所述记录飞行数据具体包括：
14.将接收到的飞行数据以收到时的时间值和电平变化状态保存在文本文件中。
15.所述数据表格具体为：横坐标为时间，纵坐标为对应时刻转速的动态形成的飞行曲线。
16.所述信号检测单元型号为ee-sx676-wr。
17.所述数据采集记录单元型号为uk701。
18.一种昆虫飞行信息处理方法，包括：
19.获取昆虫飞行磨每个通道中的开关记录；其中，所述昆虫飞行磨设置有多个开关记录通道；
20.将开关记录进行传输并且进行记录，得到飞行数据；
21.根据飞行数据进行数据处理，将处理后进行表格绘制，得到数据表格，以使得根据数据表格获取飞昆虫的飞行特性。
22.所述将开关记录进行传输并且进行记录，得到飞行数据具体包括：
23.根据开关记录以收到时的时间值、对应通道、以及电平变化状态保存在文本文件中，形成飞行数据。
24.所述根据飞行数据进行数据处理，将处理后进行表格绘制具体包括：
25.设置阈值时间，以阈值时间为单位时间，记录单位时间内对应通道的电平变化次数，获取转动圈数；
26.以飞行磨吊臂的长度为半径计算出飞行磨的飞行周长，计算对应时间段内飞行距离和飞行速度；
27.以时间轴为横坐标，以每个时间刻度的速度值为纵坐标，绘制飞行曲线。
28.与现有技术比较，本发明的有益效果为：
29.本发明提供了一种昆虫飞行磨数据采集装置，通过设置多通道的数据采集，能够将昆虫飞行的圈数进行统计，获取飞行参数，并且将数据进行绘制，形成飞行曲线，本发明装置，首次提出了不需要编程，就能按要求对数据进行编辑和筛选，并绘制出横坐标为时间，纵坐标为对应时刻转速的动态形成的飞行曲线，从飞行曲线可以直观看出吊飞昆虫的飞行特性，解决数据采集和处理两大难题，以促进昆虫飞行磨的普及应用。
30.本发明还提供了一种昆虫飞行信息处理方法，用简单、节约、好用的方案改变了飞行磨数据采集的方式，这不但具有显著的经济效益，而且还因为记录仪和飞行磨中的光耦耗电量很低，飞行磨的4个光耦和数据采集器同时通电，最大电流也不超过200ma，因此一般具有12v输出的充电宝能支撑飞行磨系统工作一整天，而若充电宝具有光电池充电功能，则即便遇到阴天又停电的条件，测飞工作仍能很好地进行。另外，在不涉及编程技术的情况下，对飞行数据进行合理地处理和分析，直观地形成昆虫飞行曲线，对分析昆虫飞行状况帮助很大，即便不懂编程的人，也能轻松完成这一工作。
附图说明
31.图1是本发明昆虫飞行磨数据采集装置结构示意图；
32.图2是本发明昆虫飞行信息处理方法流程图；
33.图3是本发明文件中的数据结构特点图；
34.图4是本发明数据处理图；
35.图5是本发明飞行速度曲线图。
具体实施方式
36.下面将结合附图对本发明做详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
37.如图1所示，本发明提供了一种昆虫飞行磨数据采集装置，包括：信号检测单元1，所述信号检测单元1上连接有输出单元2，所述输出单元上通过接线单元3连接有数据采集记录单元4；
38.所述信号检测单元1，用于通过多个通道采集飞行信号；
39.输出单元2，用于将采集到的飞行信号转化为实时的飞行数据进行输出；其中，所述飞行信号检测结果输出后，就是形成高低电平状态的实时变化，以便采集和记录装置感应识别并记录成数据；
40.所述数据采集记录单元4，用于将采集到的飞行数据根据采集通道进行记录和存储；
41.接线单元3上设置有接线插口，用于将信号检测单元1与数据采集记录单元4进行连接。
42.具体的，所述信号检测单元1设置有四个开关记录通道，所述四个开关记录通道为光耦和数据采集器。四个开关记录通道可以连接四个飞行磨，同时采集4个昆虫的飞行数据。四个飞行磨与采集器的四个通道可随机任意连接，但连接后，相互对应关系就确定了，例如，标签写的3号飞行磨，连接到1号通道，这样的话，1号记录数据就是3号飞行磨的数据，所以让通道号与飞行磨号相同，后期数据分析就更直观。
43.目前有多通道的，但是，实际应用时4通道刚好，而且更多通道会有电线交缠等杂乱现象，不如4通道易于管理，具体连接方式就是导线插头插座的连接方式，分别应该表示为“通往记录装置”和“连自飞行磨”。
44.所述数据采集记录单元用于根据昆虫飞行时带动飞行磨旋转的单位时间内圈数，记录飞行数据，绘制数据表格。其中所述记录飞行数据具体包括：
45.将接收到的飞行数据以收到时的时间值和电平变化状态保存在文本文件中。例如，件名就是年月日的数字集合。每天形成一个文件，一天中不论中断几次，都是以追加数据方式保存在这一天的文件中。
46.具体地，本发明中所述数据表格具体为：横坐标为时间，纵坐标为对应时刻转速的动态形成的飞行曲线。
47.而数据文件中详细记录着引起通道电平变化的时间值，也就是在某时间范围内，出现几次这个期间范围的时间标签，就代表飞行磨转了几圈，以飞行磨吊臂的长度为半径计算出圆的周长，就能计算出这个时间段内飞行了多少距离，因此可算出单位时间内的飞行距离，就是飞行速度。在以时间轴做横坐标的坐标系中，纵坐标是每个时间刻度的速度值，形成的曲线就是飞行曲线。其实数据处理的本质是求出各个指定时间段飞行磨旋转的次数，也就是符合区间特性的时间标签出现的频次。
48.所述信号检测单元型号为ee-sx676-wr，输出单元型号为ee-sx677-wr。所述数据采集记录单元型号为uk701。光耦的工作电压范围为5～24v，u盘版开关量数据采集记录仪uk701的工作电压为9～24v，因此选最常用的中间电压12v为两者合并供电。
49.将uk701配带的专用电源插头上的电线距插头约100mm处剪断，取5.5的dc母头与间断的这个专用公头线芯同色连接，接头处暂时不用胶布包上。间断的电源线另一断头接到免焊型的5.5dc公头上。
50.接下来把每个飞行磨通道的信号线缆中蓝色线芯接在一起，与上述未包胶布的连接点中黑色线头连在一起，并用绝缘胶布包好。同样把每个飞行磨通道的信号线缆中褐色线芯接在一起，与上述未包胶布的另外连接点红色线头连在一起，也用绝缘胶布包好。最后，把飞行磨中4个通道各自检测器件线缆中的黑色线芯按自定的顺序分别接入到uk701的4个信号输入端子标有“ ”的位置，这样的数据采集就算准备完毕。
51.本发明中，直接连线方式把飞行磨的信号线缆与uk701的输入端子相连接，虽然简单，但外观不美观，容易受到外力影响断线，而且一旦发生故障，检修比较凌乱，因此这种连接关系应该进行优化。优化方法很多，但最简单的方法是把uk701和飞行磨之间添加一个接线盒，接线盒与uk701连接，留出相应的插孔，对应相应的通道，飞行磨信号检测器件线缆连接到相应的插头，使用时，将插头插入到插孔中，就建立了连接，不用时将插头拔出，就可以很方便地进行收纳。
52.最简单容易实现的接线盒方案，选择86型组装两位面板，于其上安装两个128型3.5mm双孔双声道音频耳机免焊插座模块，把两个模块中4个立体声(三芯)耳机插孔的“l”接线端用红色塑料皮的细导线串联在一起，并在某一位置留出一个长度约100mm的线。同样把两个模块中4个立体声(三芯)耳机插孔的“接地”线端用黑色塑料皮细导线串联在一起，并在某一位置留出一个长度约100mm的线。然后在两个模块中4个立体声(三芯)耳机插孔的“r”接线端各接入长度约150mm的线，共4根。
53.再准备一个四壁完整无孔的86型明装底盒，在上壁中央区域钻孔，共4个孔，孔径，彼此间隔10mm左右，排列成一条线；然后在右侧壁中央和上壁4个小孔右侧10mm处各钻1个孔，孔径。
54.把剪断的uk701专用直流电源插头线从明装底盒上壁钻好的大孔中由外向内插入，把5.5dc带线母头的电线从明装底盒右侧壁中央位置钻好的孔中由外向内插入，然后把插入到明装底盒内的两根电线中的黑色和红色线芯同色相连，再与前述86型组装两位面板上4个耳机插座中留出的长度100mm的红黑两线同色相连，连好后用绝缘胶布包好，然后再把留出的4根长度150mm的电线从明装底盒上壁的4个小孔中由内向外插出，最后将面板固定到明装底盒上面。让uk701与明装底盒背靠背放置，将伸出的4根红色电线分别连接到uk701对应的4个接线端子标“ ”处。由于uk701背面有挂孔，可以在明装底盒背面适当位置拧如两个长度合适的自攻螺钉，两者就能紧固在一起了。然后插上u盘，接上电源。后经试验得知，4个接线端子上的黑色塑料皮导线可以取消而不影响正常使用。这个组合，可以大大方便使用，也显得更美观，也更可靠。
55.本发明还提供了一种昆虫飞行信息处理方法，包括：
56.s1、获取昆虫飞行磨每个通道中的开关记录；其中，所述昆虫飞行磨设置有多个开关记录通道；
57.示例性的，本发明中设置有四个开关通道，记录开关状态，并根据这种记录形成的数据格式，具体地，以收到时的时间值和电平变化情况保存在文本文件中。文件名就是年月
日的数字集合。每天形成一个文件，一天中不论中断几次，都是以追加数据方式保存在这一天的文件中。文件中的数据结构特点如图3所示，从如图中的数据特性可知，uk701会记录每个通道电平变化状态和产生这种变化的时间。然后根据时间记录和通道中电平变化，适当处理数据，可以得到昆虫飞行的特性，进而绘制成飞行曲线。
58.需要说明的是，本发明中是通过文本文件中的记事本进行记录，但是不局限于此，也可以根据需要设定其他的存储格式或者方式。
59.s2、将开关记录进行传输并且进行记录，得到飞行数据；
60.所述将开关记录进行传输并且进行记录，得到飞行数据具体包括：
61.根据开关记录以收到时的时间值、对应通道、以及电平变化状态保存在文本文件中，形成飞行数据。
62.该过程涉及到大量数据，所以本发明中使用计算机处理，但目前所有文献报导均采用编程方式解决。事实上，现在绝大多数昆虫研究者都不具备编程能力，而无法胜任这一数据处理工作。
63.本发明的文本文件中的数据文件中，详细记录着引起通道电平变化的时间值，也就是在某时间范围内，出现几次这个期间范围的时间标签，就代表飞行磨转了几圈，以飞行磨吊臂的长度为半径计算出圆的周长，就能计算出这个时间段内飞行了多少距离，因此可算出单位时间内的飞行距离，就是飞行速度。在以时间轴做横坐标的坐标系中，纵坐标是每个时间刻度的速度值，形成的曲线就是飞行曲线。其实数据处理的本质是求出各个指定时间段飞行磨旋转的次数，也就是符合区间特性的时间标签出现的频次。
64.s3、根据飞行数据进行数据处理，将处理后进行表格绘制，得到数据表格，以使得根据数据表格获取飞昆虫的飞行特性。
65.所述根据飞行数据进行数据处理，将处理后进行表格绘制具体包括：
66.设置阈值时间，以阈值时间为单位时间，记录单位时间内对应通道的电平变化次数，获取转动圈数；
67.以飞行磨吊臂的长度为半径计算出飞行磨的飞行周长，计算对应时间段内飞行距离和飞行速度；
68.以时间轴为横坐标，以每个时间刻度的速度值为纵坐标，绘制飞行曲线。
69.在进行数据处理时，为了不使用编程，示例性的，如图4所示，本发明是在excel中对数据进行处理，在excel中，点击“数据”“导入外部数据”“导入数据”，出现“选取数据源”对话框，在“文件类型”中选取“文本文件”然后在“查找范围”中找到飞行磨数据文件，点击“打开”，然后在“文本导入向导”对话框中点击2次“下一步”，最后在第3步中选择“不导入此列”后点击“完成”，这样代表日期的列就忽略掉了，因为这一列中都是相同的数据。最后点击“确定”，数据就有选择性的进入了相应的单元格中。用“代换”功能删除掉时间标签后面的方括号，然后把“c”列删除，最后依据“列b”对数据升序排序。然后把4个通道数据所在行的起止行数写在c列和d列的前4行以备使用
70.数据处理中，假设以10分钟为时间间隔统计每10分钟飞行磨旋转的圈数，则需要在e1行输入“时间轴”，在f1～i1分别输入“飞行磨1圈数”～“飞行磨4圈数”。在e2～e5分别输入“0:00:00”、“0:10:00”、“0:20:00”和“0:30:00”，选定e2～e5，用填充方式一致填充到e146，这时发现e146的值又变成“0:00:00”。为与e2的值区别，将e146的值改为“23:59:59”。
71.选定f2到f146，点击“插入函数”，在“统计函数”中选择“frequency”。在“data_array”中，输入“a1:a1176”，这时选定f列统计数据的范围；在“bins_array”输入“e2:e146”，这是确定分段统计频次的区间。由于飞行磨每转一圈，信号检测件的光路会产生“通-断-通”变化，产生两次信号传给数据采集器，就是说在测飞中，圈数是实际的2倍，所以这时应该在编辑栏内形成的表达式末尾键入“/2”。接下来注意，不能点击“确定”，而是在键盘上同时按住“ctrl”和“shift”然后按“回车”键，则从f2～f146填充了以e2～e146为时间片段的区间频次，也就是说f2～f146的每一数据，对代表这同一行e列中对应时间之前10分钟飞行磨1旋转的次数。这个方法属于矩阵数据计算填充方法。
72.同样的方法在g2～g146，h2～h146和i2～i146分别填充相应的数据。只有“data_array”中的数据需要按照事先保存在c1～c4中的数据填写参数，而“bins_array”中的参数都相同。这样，同一个时间轴上的4个通道飞行磨转速变化数据都统计出来。选定e1～i146进行绘制折线图，如图5所示，就形成了以圈数为计量单位，以10分钟为时间单位的飞行磨转速曲线。如果把f～i这4列数据转换成每小时公里数，再绘制曲线，就是飞行速度曲线了。
73.本发明最大的创新之处，是让昆虫飞行磨测飞期间完全摆脱了昂贵的电子计算机的制约，用简单、节约、好用的方案改变了飞行磨数据采集的方式，这不但具有显著的经济效益，而且还因为记录仪和飞行磨中的光耦耗电量很低，飞行磨的4个光耦和数据采集器同时通电，最大电流也不超过200ma，因此一般具有12v输出的充电宝能支撑飞行磨系统工作一整天，而若充电宝具有光电池充电功能，则即便遇到阴天又停电的条件，测飞工作仍能很好地进行。
74.本发明的另外一大创新点，就是在不涉及编程技术的情况下，用excel自身的功能合理地处理和分析，直观地形成昆虫飞行曲线，对分析昆虫飞行状况帮助很大，即便不懂编程的人，也能轻松完成这一工作。
75.对于本领域技术人员而言，显然能了解到上述具体事实例只是本发明的优选方案，因此本领域的技术人员对本发明中的某些部分所可能作出的改进、变动，体现的仍是本发明的原理，实现的仍是本发明的目的，均属于本发明所保护的范围。