CN104067924A - 智能人工双调控炼苗器 - Google Patents

Abstract

智能人工双调控炼苗器，涉及植物组织培养用具技术领域，采用智能人工双调控控制手段，使幼苗在可调节的环境因子下，逐渐完全适应自然条件下生长，完成组织培养室和移栽温室之间环境的过渡。以智能人工双控的环境调控为主要特征，受地理、气候等自然条件的影响小。可以按计划和市场需求进行生产，作物生长周期短、速度快、污染少、存活率高。

Description

智能人工双调控炼苗器

技术领域

本发明涉及植物组织培养用具技术领域，具体涉及一种智能人工双调控炼苗器。 

发明背景 

组织培养中培育出来的苗通常称为试管苗或组培苗，由于试管苗长期生长在试管或三角瓶等培养器皿中，与外界环境隔离，形成了一个独特的生态***。这个生态***与外界环境条件相比具有以下四大差异，即高温、高湿、弱光、和无菌。这些特点都决定了试管苗移栽前的环境条件与移栽后的环境条件有极大的差异，在组织培养实践中，经常会发生移栽不成功的现象，或者移栽后试管苗生长差，甚至移栽后的试管苗全部死亡，所以只有有效的使试管苗适应这种差异，才能使之移栽成活，为了提高试管对外界环境条件的适应性，提高光合作用的能力，促使试管苗健壮，提高试管苗的移栽成活率，驯化是非常必要和有效的措施。完成试管苗从“异养”到“自养”的转变，需要一个逐步适应的过程，这个过程叫做炼苗。 

正如大家所知道，普通炼苗在生产实践中存在许多难题与问题，例如： 

1)由于温室内环境控制不均匀，苗的成长不整齐。在不同季节和气候条件下，成长速度差异大。 

2)移栽后试管苗生长差，甚至移栽后的试管苗全部死亡。 

3)苗的需求季节性变动很大，劳力的需求不稳定，育苗设施运转率低。 

4)难以实现优质种苗的稳定生产，容易产生供应不足或过剩，其结果导致生产成本增大。 

5)为了使炼苗环境稳定，需要容积大的温室和装备环境调控设备，提高了农业成本。 

试管苗在炼苗器中驯化，因在智能控制的模拟自然环境中进行，用的是一般的无机基质，不仅方法简便，易于操作，而且出苗率高，成本低，根系发育好，移植后生长正常，无生长停滞现象。同时与试管外快繁生根相结合，可提高繁殖系数和成活率，有利于工厂化育苗的推广应用。 

使用炼苗器育苗，农民享受的是工人都无法享受到的低劳动强度而又便捷的生产方式，同时在高新技术的合理运用下，使得农民享受到现代化的农业生产的优越性。 

运用炼苗器育苗生产出来的优质苗可以提供给温室大棚种植及各高校植物学研究室。也可以提供给用苗单位比如绿化造林，生产观赏植物，也可以挽救濒临灭绝的物种。 

炼苗器是育苗技术发展到目前的一种新形式，更是当代农业生产中必不可少的阶段工具。它摆脱了自然条件的束缚和地域性的限制，是传 统农业走向现代化农业的一个标志。 

发明内容

依据满足生产需要、节能减排、操作方便的原则，现特别为农业育苗过程中试管苗的驯化过程设计了智能人工双调控炼苗器这一设备。 

利用炼苗器***育苗作为现代农业发展的高级阶段，以智能人工双调控控制手段为主要特征，受地理、气候等自然条件的影响小。可以按计划和市场需求进行生产，作物生长周期短、速度快、污染少、存活率高。 

本发明所要解决的技术问题采用以下创新发明方案来实现： 

智能人工双调控炼苗器，其特征在于：包括以铝合金为主要材质的主体框架结构的炼苗器，在炼苗器顶部设有百合窗，所述百合窗的上面中央支架上安装有室外气象监控器； 

所述炼苗器百合窗正下方是透明的玻璃材料，炼苗器由不锈钢支架支撑的阳光板围成，所述炼苗器的内壁上方左右安装有照明灯，所述炼苗器的玻璃顶部内部装有与炼苗器外部设有的水管连通的喷灌装置，在炼苗器外部连接有控制阀，一端与水管相通，另一端与设在炼苗器底部的集水槽相通； 

所述炼苗器底部设有抽屉式苗床，所述炼苗器底部安装有四个可移动滑轮，所述炼苗器外部设有主控制器，主控制器通过导线与炼苗器上端额各个部分相连。 

所述炼苗器百合窗结合普通家居百合窗的设计理念，把百合窗外形 设计成折叠式，倾斜角度为45^°，能够满足外界一天中不同太阳光照角度的阳光覆盖率，百合窗支架的边缘为叶片调控滑槽，通过可编程自动控制器与计算机***相连，实现在最大限度地拟合外部光照的条件下实现光照智能控制。外遮阳百合窗选用市面上的朗丝百叶帘，采用了独特的纺织及现代高科技复合涂层的高级复合材料作为帘片，其整体构架轻巧，叶片有防潮抗污、抗静电的功效，具有国家专利的制作技术，使帘片具有高弹性、抗弯曲、无划痕的物理特性100％聚脂化合物及纺织制成，使帘片更轻巧环保、耐老化。温室顶部安装一组外遮阳骨架，全部镀锌处理，支架部分强度可靠、外形美观，载荷承受能力强，使用寿命长。 

所述的炼苗器的四周维护材料采用的温室专用板pc阳光板材料做为炼苗器顶部围护结构，阳光板具有透光性强、抗冲击、隔热、耐候、防结露、阻燃、隔声和良好的加工性能等。阳光板的抗冲击性为普通玻璃的100倍，为有机玻璃的30倍。阳光板外表经过防紫外线工艺处理后，具备抗老化性能，成功地解决了其它工程塑料所不能解决的老化问题；阳光板的防火性能能达到难燃B1级；阳光板的隔声比玻璃减少5-9dB，是现代育苗相关设备的首选材料。 

所述的炼苗器的照明灯主要包括两种，一种为LED日光灯，另一种为紫外线灭菌灯。LED日光灯最大限度地拟合外界光照条件，具有专业防潮设计，使用寿命长；发光效率高，比普通日光灯高10％的光输出量可以提高温度，加快作物的生长。为不同种类植物生长创立了其生长所需要的光照平衡，其优点是节能、无噪声、灯管使用寿命更长。紫外线灭菌灯具有简单便捷、广谱高效、无二次污染、便于管理和实现自动化 等优点。 

所述的喷灌装置为360度可旋转喷头，通过一个联通的管道与外界的自来水相连，所述喷头可均匀喷灌整个苗床，喷头为市面上销售的育苗喷头，其上雾化喷嘴，极大地避免喷灌过程对幼苗的损伤；在喷灌管道及喷头处配有优质叠片过滤器，不易堵塞；喷杆采用铝合金喷杆，高低可调，供水管路接头均采用不锈钢制造，耐腐蚀；炼苗器可以对重复灌溉次数、灌水间隔时间进行设定。 

所述的炼苗器内部的智能环境控制***采用分散采集、集中控制，炼苗器内部设有温湿度传感器、光照度传感器、CO₂传感器、土壤温湿度传感器，及炼苗器外部设有的气象探测器，自动检测温度、湿度、光强度及CO₂风速等室外气象参数，在计算机***下设定参数，自动调整幼苗驯化所需温室条件，实现对温室生产环境和植物信息实时动态监测，使各项环境因子符合植物炼苗要求，保证植物生长处于最佳状态，提高控制精度。 

所述炼苗器苗床上方的底部设计了宽为20cm阳光板材质的中轴旋转窗通风，旋转窗的设计也方便驯苗结束后苗床抽屉的安全移出，避免损伤幼苗。 

所述的炼苗器上方设计可翻盖排气扇，如果通风量还不能满足温室的日常使用要求，根据空气交换速率取决于室外风速和开窗面积大小的原理，在炼苗器上方设计了可翻盖排气扇进行通风。 

所述的苗床的抽屉结构固定在理炼苗器底部约5cm高的空间上方，炼苗器底部设计一个坡度为5°的沥水空间集水槽，穴盘内幼苗生长或 喷灌多余的水分通过苗床抽屉漏网排到集水槽，集水槽的底部设计有排水管，方便污水集中及时处理。另外在集水槽的边缘安装有小型电热快，规格300瓦，供炼苗器的保温装置。 

所述的炼苗器底部为钢质制作材料做成的四个移动滑轮，所述滑轮与炼苗器底部通过高约5cm的圆柱不锈钢金属连接，每个滑轮设计有手动控制轮匝，用于炼苗器的位置固定，移动滑轮是炼苗器稳定性和使用便捷的高度结合体，便于日常管理与特殊情况下及时转移。 

所述的炼苗器内导线采用防潮型RVV塑料套线，为使炼苗器内美观，布线采用穿管暗敷方式，为用电方便安装防水防溅插座。 

所述的炼苗器整体高度为154.5cm,苗床抽屉高为8cm，宽为146cm,长为166cm,苗床抽屉总容积为V＝8cmX146cmX166cm＝193888cm³

正常情况下，苗床单排可放置普通规格(540mmx280mm；穴口50mmx50mm,50孔)的苗盘15个，整个炼苗器可放置15个苗盘，累计750穴孔。 

本发明的有益效果是：本发明依据利于植物生长、方便种植者、操作便捷、科学性、创新性与实用性相结合的原则炼苗器是采用人为智能控制手段，使幼苗在可调节的环境因子下，逐渐完全适应自然条件下生长，完成组织培养室和移栽温室之间环境的过渡。利用炼苗器***育苗作为现代农业发展的高级阶段，以可控的环境设施和工厂化作业为主要特征，可以按计划和市场需求进行生产，作物生长周期短、速度快、污染少、存活率高。 

附图说明

图1为本发明炼苗器结构示意图； 

图2为本发明炼苗器正面透视示意图； 

图3为本发明炼苗器计算机控制***流程图。 

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。 

图1和图2所示一种智能人工双调控炼苗器，包括炼苗器主骨架为优质铝合金材料，在所述炼苗器顶部光照可智能调节式百合窗1，在所述百合窗的上面中央支架上安装有室外气象监控器2与炼苗器内部幼苗生长视频监控器3结合，所述炼苗器百合窗正下方是透明的玻璃材料，炼苗器的四周维护材料是由铝合金支架支撑的阳光板4围成，所述炼苗器的内壁上方左右安装有普通照明灯5和紫外光线灯6，所述炼苗器的玻璃顶部内部装有由外界水管7连通的喷灌装置8，在外部连接有控制阀9，一端与水管相通，一端与底部集水槽10相通，所述炼苗器内部装有湿度传感器11、光照度传感器12、CO₂传感器13、土壤温湿度传感器14，室外气象监控器2组成的智能环境信息采集***，所述炼苗器阳光板外壁设有可翻盖排气扇15，所述炼苗器底部设有抽屉式苗床16，所述苗床底部设有漏网将多余的水分流到炼苗器下方小蓄水空间通过排水管排到炼苗器外部，所述炼苗器底部集水槽10内安装有小型电加热器，炼苗器苗床上方的底部设计了宽为20cm阳光板材质的中轴旋转窗17通风，所述炼苗器底部安装有四个可移动固定滑18，所述炼苗器外部设有主控制器 19，主控制器通过导线与炼苗器上端额各个部分相连。 

炼苗器主体结构材质采用铝合金边框，便于加工，使用寿命长，美观大方；抽屉底部面积为166cm×146cm(长×宽)，网孔为3mmx3mm(长×宽)铝合金的材料，防腐性能高，承重能力好，寿命长；具有防翻限位凹槽装置，防止穴盘由于偏重引起的倾斜问题；抽屉网部分使用寿命10年，其它结构15年。 

炼苗器光照***结构 

根据目标驯化幼苗的光照需求，计算机控制***通过结合炼苗器内部的光照度数据和外部室外气象监控数据对百合窗帘片的倾斜角度和LED日光灯的开关进行智能控制。温室顶部安装一组外遮阳骨架，全部镀锌处理，支架部分强度可靠、外形美观，载荷承受能力强，使用寿命长。阳光调控百合窗结合普通家居百合窗的设计理念，把百合窗外形设计成折叠式，倾斜角度为45°，能够满足外界一天中不同太阳光照角度的阳光覆盖率，百合窗支架的边缘为叶片调控滑槽，通过可编程自动控制器与计算机***相连，实现在最大限度地拟合外部光照的条件下实现光照智能控制。在炼苗器的上方支架上呈中心对称安装的LED日光灯，避免幼苗驯化期间缺少光照的补光需求。 

喷灌***及结构设计 

结合幼苗生长需水的具体特点，参照炼苗过程幼苗生长要求。该***设计独特，操作简单，配置模块化，能够按照用户任意设置的灌溉程序,进行灌水及计算机的实时监控。通过自来水管道将自来水注入灌溉***,***通过预先设定的灌溉间隔及时间进行工作；在自动灌溉选择 按钮的情况下，***通过分析炼苗器的空气湿度智能自动灌溉。配备可编程控制器，能精确控制灌溉时间、灌溉频率以及灌溉量等，因此作物能及时准确地得到水分和养分的供应。 

主要参数 

,基本组成 

·灌溉首部：包括控水阀、流量计、压力计、过滤器及各种配套装配件。 

·自控装置：包括可编程控制器， 

·输水管道及各种附件。 

功能特性 

·用户可以通过控制器键盘直接进行灌溉程序的设计，设计的灌溉程序可根据需要无限增多，炼苗器按设定程序能够自动执行不同的定量或定时设置的灌溉过程。具有灌溉程序的手动选项，当用户需要临时执行某一灌溉过程而不想修改灌溉程序时，该选项为用户提供了方便。 

·能精确按比例均衡灌溉，实现计算机的实时监控。 

·通过数据线传输到计算机具有数据记录功能，能进行灌溉时间、灌溉量、灌水压力等数据记录。 

·可与室外环境气候监控相结合，共同组成一个可由中央计算机控制的网络,能够通过软件的设置,实现数据采集数据处理以及相应装置的控制,从而方便地完成各种任务序列。 

***特点 

·喷头为市面上销售的育苗喷头，其上雾化喷嘴，极大地避免喷灌过程对幼苗的损伤； 

·在喷灌管道及喷头处配有优质叠片过滤器，不易堵塞； 

·喷杆采用铝合金喷杆，高低可调，供水管路接头均采用不锈钢制造，耐腐蚀； 

·炼苗器可以对重复灌溉次数、灌水间隔时间进行设定(仅可设定灌溉间隔、时间二项)。 

炼苗器底部设计 

苗床的抽屉结构固定在理炼苗器底部约5cm高的空间上方，考虑水的及时排除，炼苗器底部设计为一个坡度为5°的沥水空间集水槽，水穴盘内幼苗生长或喷灌多余的水分通过苗床抽屉漏网排到集水槽，集水槽的底部设计有排水管，方便污水集中及时处理，另外在集水槽的边缘安装有小型电热快(规格300瓦)，供炼苗器的保温装置。 

炼苗器底部为钢质制作材料做成的四个移动滑轮，每个滑轮设计有手动控制轮匝，用于炼苗器的位置固定，移动滑轮是炼苗器稳定性和使用便捷的高度结合体，便于日常管理与特殊情况(如外界天气骤变)下及时转移。 

炼苗器的温控结构 

包括排气扇、旋转窗、可加温集水槽，温湿度感受器，由于幼苗未移入炼苗器之前的生长环境是恒温的，与25℃，驯化后的幼苗在田地里生长，必须要适应不同季节的温度差异，这种生长温度上的过渡是必要的，炼苗器的温控***包括在夏季的通风降温调控和冬季的保温保湿调控。 

·通风降温 

自然通风利用自然风力和温差来实现室内外空气的流通和交换，从而达到降温除湿的效果。由于其运行费用极低，与其他通风方式相比，其经济性是显而易见的，因此是温室最常用的通风降温方式。考虑给幼苗及时排除热空气的要求，在炼苗器接近苗床底部开窗的效果最好，所以在炼苗器的底部设计了宽为20cm阳光板材质的中轴旋转窗通风。(旋转窗的设计也方便驯苗结束后苗床抽屉的安全移出，避免损伤幼苗)如果通风量还不能满足温室的日常使用要求，根据空气交换速率取决于室外风速和开窗面积大小的原理，在炼苗器上方设计了可翻盖排气扇进行通风。 

·保温保湿 

在空气寒冷的冬季，温度较低，幼苗容易受到冷害及冻害损伤，甚至死亡，所以进行保温保湿是必要的驯化措施，巧妙地运用炼苗器底部的集水槽，当土壤温湿度感受器把土壤的温度信息传递给信息数据采集器后，经过计算机***的集中处理，然后将调控信息传输给住控制器，调控水阀开关，***会首先对集水槽进行水流清理，然后再冲入一定体积的水量，由小型电热快加热集水槽提供幼苗生长温度。 

每次炼苗完成后，为保证下一次炼苗的正常运转及炼苗环境的清洁，设计了自动清理***，主要方法是通过喷灌装置和紫外杀菌灯进行清理，将炼苗过程中残留在炼苗器中基质污染物及细菌、病毒通过炼苗器底部排水管道排出炼苗器，防止不同的炼苗期间幼苗细菌及病毒的交叉感染，影响炼苗操作。炼苗结束后打开自动清理开关，清理将自动进行，结束后炼苗器将发出清理完毕提示声。 

如图3所示是炼苗器计算机控制*** 

采用全自动智能PLC温室控制***，综合运用了计算机网络技术，分散采集控制、集中操作管理。使***具有功能强大、性能优越、配置灵活、安全可靠等优点。该***能自动检测温室温湿度、光照度及室外气象参数，并根据实际需要输入幼苗所需环境数据，每一个控制***设备均能根据需要阶段式开启，大大提高了炼苗器控制精度，并且有逼真的动画显示、完善的数据查询和声音报警等功能。该控制***由PLC控制器，温湿度传感器、光照度传感器、CO₂传感器、土壤温湿度传感器，室外气象监控，名牌PC机和打印机等组成。***的数据采集和控制由PLC控制器进行，它与PC机和其他设备间采用串口通讯，只需数据线可将多台PC设备相互连接起来，，而且可根据具体情况随时进行***调整和扩展。网络传输距离可达1000米。所选传感器具有接口简单、性能稳定、工作可靠等优点，选择市面上销售的传感器，同时也保证用户对炼苗器运用知识的普及。 

主程序界面 

主程序界面包括菜单栏、采集参数设置区、实时信息接收显示区、 温室内部环境因子实时监控区、室内设备运行状态显示区、报警灯信息及报警事项显示区。温室内环境因子(温度、湿度、光照度、CO₂浓度、土壤温湿度)通过炼苗器内传感器采集，并通过数据线线传输发送到数据采集器，然后发送给计算机接收到信息后，将收到的有效信息进行分离、提取出温室各环境因子的相关信息，通过仪表盘和趋势图显示在主界面上，给以人直观，形象的显示。报警信息用来显示温度、湿度、光照度、CO₂浓度是否超过设定的报警上限或下限。当某个参数超限时，相对应的报警灯点亮变红，并在报警信息栏里显示何时出现报警和具体报警事项。温室设备状态模拟显示用来动态地显示温室内相关设备的运行情况。如当光照强度过强或不足时，会相应的关闭百合窗或者打开补光灯，以此直观的向管理人员显示温室内相关设备的运行状态。***时间用来坐标显示***运行时的本地时间。 

如图1所示是炼苗器主体钢构 

炼苗器主骨架为铝合金结构，正常使用寿命不低于20年。根据炼苗器面积大小及承载能力，主要钢构件材质为铝合金，对炼苗器的配置精度和安装质量提供了有力的保障。主要包括：炼苗器整体外部支架、抽屉(除底部)、底部滑轮支架，底部集水槽。 

炼苗器规格参数 

1.主要指标 

2.炼苗器规格及体积 

炼苗器结构，其主要规格参数如下： 

如图1在炼苗器外壁上安装有主控制器，功能主要包括炼苗器水阀喷灌装置的控制；温室内百合窗光照强度的控制；炼苗器排气扇的控制；炼苗器旋转窗的控制；炼苗器水加热器的控制；紫外光灯及日光灯的控制；电源的控制，均采用防潮型RVV塑料套线(暗管布线)，信号线为RVVP屏蔽导线连接，为使炼苗器内美观，布线采用穿管暗敷方式。为用电方便安装防水防溅插座，其位置及型号按规范布置。 

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明发明的原理，在不脱离本发明精神和范围 的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 

Claims (10)

1.智能人工双调控炼苗器，其特征在于：包括以铝合金为主要材质的主体框架结构的炼苗器，在炼苗器顶部设有百合窗，所述百合窗的上面中央支架上安装有室外气象监控器； 

所述炼苗器百合窗正下方是透明的玻璃材料，炼苗器由不锈钢支架支撑的阳光板围成，所述炼苗器的内壁上方左右安装有照明灯，所述炼苗器的玻璃顶部内部装有与炼苗器外部设有的水管连通的喷灌装置，在炼苗器外部连接有控制阀，一端与水管相通，另一端与设在炼苗器底部的集水槽相通； 

所述炼苗器底部设有抽屉式苗床，所述炼苗器底部安装有四个可移动滑轮，所述炼苗器外部设有主控制器，主控制器通过导线与炼苗器上端额各个部分相连。 

2.根据权利要求1所述的智能人工双调控炼苗器，其特征在于：所述的炼苗器百合窗结合普通家居百合窗的设计理念，把百合窗外形设计成折叠式，倾斜角度为45°。 

3.根据权利要求1所述的智能人工双调控炼苗器，其特征在于：所述的炼苗器的四周维护材料采用的温室专用板pc阳光板材料做为炼苗器顶部围护结构，阳光板外表经过防紫外线工艺处理。 

4.根据权利要求1所述的智能人工双调控炼苗器，其特征在于：所述的炼苗器的照明灯主要包括两种，一种为LED日光灯，另一种为紫外线灭菌灯。 

5.根据权利要求1所述的智能人工双调控炼苗器，其特征在于： 所述的喷灌装置为360度可旋转喷头，在喷灌管道及喷头处配有优质叠片过滤器；喷杆采用铝合金喷杆。 

6.根据权利要求1所述的智能人工双调控炼苗器，其特征在于：所述的炼苗器内部的智能环境控制***采用分散采集、集中控制，炼苗器内部设有温湿度传感器、光照度传感器、CO₂传感器、土壤温湿度传感器，及炼苗器外部设有的气象探测器，自动检测温度、湿度、光强度及CO₂风速等室外气象参数，在计算机***下设定参数，自动调整幼苗驯化所需温室条件，实现对温室生产环境和植物信息实时动态监测。 

7.根据权利要求1所述的智能人工双调控炼苗器，其特征在于：所述的炼苗器苗床上方的底部设计了阳光板材质的中轴旋转窗通风。 

8.根据权利要求1所述的智能人工双调控炼苗器，其特征在于：所述的炼苗器上方设计可翻盖排气扇。 

9.根据权利要求1所述的智能人工双调控炼苗器，其特征在于：所述的苗床固定在离炼苗器底部约5cm高的空间上方，炼苗器底部设计一个坡度为5°的沥水空间集水槽，在集水槽的边缘安装有小型电热快，规格300瓦，供炼苗器的保温装置。 

10.根据权利要求1所述的智能人工双调控炼苗器，其特征在于：所述的炼苗器内导线采用防潮型RVV塑料套线，为使炼苗器内美观，布线采用穿管暗敷方式，为用电方便安装防水防溅插座。