基于植物工廠(chǎng)技術(shù)的水稻育秧平臺(tái)與工藝研究.pdf

1、本文以基于植物工廠(chǎng)技術(shù)的水稻育秧試驗(yàn)平臺(tái)及育秧工藝為研究對(duì)象，優(yōu)化設(shè)計(jì)了適于培育水稻秧苗的水稻育秧氣候箱和水稻育秧平臺(tái)，通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)部環(huán)境參數(shù)滿(mǎn)足不同時(shí)期秧苗需求，從而達(dá)到在不受外界環(huán)境影響的前提下，實(shí)現(xiàn)培育壯苗的目標(biāo)。試驗(yàn)平臺(tái)由人工光源模塊、溫濕度控制模塊、營(yíng)養(yǎng)液供給系統(tǒng)、監(jiān)控模塊構(gòu)成。根據(jù)水稻秧苗的生長(zhǎng)習(xí)性及基本壯苗指標(biāo)設(shè)置育秧平臺(tái)的功能，為了避免外界環(huán)境影響內(nèi)部環(huán)境因子參數(shù)，設(shè)計(jì)為封閉型育秧平臺(tái);水稻喜高溫、多濕，為確定適宜的溫濕度

2、，利用PID控制算法設(shè)計(jì)溫濕度控制模塊;水稻是短日照作物，為研究秧苗適宜的光照環(huán)境，設(shè)計(jì)了光照時(shí)間和光照強(qiáng)度無(wú)級(jí)可調(diào)的人工光源模塊;為了提供適量的營(yíng)養(yǎng)液，設(shè)計(jì)灌溉周期可調(diào)的自動(dòng)灌溉模塊;為了便于觀(guān)察秧苗長(zhǎng)勢(shì)，內(nèi)部設(shè)置監(jiān)控模塊，通過(guò)手機(jī)和電腦客戶(hù)端可以隨時(shí)觀(guān)察秧苗長(zhǎng)勢(shì)、錄制視頻、抓取某一時(shí)刻的秧苗長(zhǎng)勢(shì)圖片。
　　基于上述內(nèi)容，本文的主要工作如下:
　　(1)基于TRIZ理論的水稻育秧模式構(gòu)建。根據(jù)水稻秧苗生長(zhǎng)習(xí)性及培育壯苗存在

3、的問(wèn)題，對(duì)水稻育秧氣候箱和育秧平臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化及問(wèn)題分析，確定育秧平臺(tái)的最佳方案，為優(yōu)化設(shè)計(jì)育秧平臺(tái)提供理論基礎(chǔ)。
　　(2)水稻育秧試驗(yàn)平臺(tái)的優(yōu)化與搭建。本文優(yōu)化設(shè)計(jì)了基于植物工廠(chǎng)技術(shù)的水稻育秧氣候箱及育秧平臺(tái)，進(jìn)一步解決環(huán)境參數(shù)精度低、功能少的問(wèn)題。通過(guò)內(nèi)部調(diào)控系統(tǒng)控制環(huán)境參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)培育壯苗的目的。本文通過(guò)對(duì)氣候箱和育秧平臺(tái)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，水稻育秧氣候箱實(shí)現(xiàn)人工光源采用PWM法使得光照強(qiáng)度無(wú)級(jí)可調(diào);溫濕度及CO2濃度采用位置式

4、PID控制;灌溉模塊采用浸潤(rùn)式灌溉模式，根據(jù)秧苗需求量的多少自動(dòng)灌溉;監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)Wifi將氣候箱和育秧平臺(tái)內(nèi)的秧苗長(zhǎng)勢(shì)反饋到電腦界面并同步到手機(jī)客戶(hù)端，便于隨時(shí)觀(guān)察秧苗長(zhǎng)勢(shì)、錄制視頻、抓取某一時(shí)刻的秧苗長(zhǎng)勢(shì)圖片，為均勻試驗(yàn)和驗(yàn)證試驗(yàn)提供良好環(huán)境。育秧平臺(tái)的光源與育秧盤(pán)之間位置無(wú)級(jí)可調(diào)，通過(guò)調(diào)節(jié)光源與育秧盤(pán)之間的相對(duì)位置，滿(mǎn)足不同時(shí)期秧苗光照需求;控制模塊采用主從機(jī)控制模式，通過(guò)2.4GHz無(wú)線(xiàn)通訊模塊，利用多維傳感技術(shù)采集秧苗不同生長(zhǎng)

5、階段環(huán)境數(shù)據(jù)，有針對(duì)性地調(diào)整秧苗的培育環(huán)境;營(yíng)養(yǎng)液供給模塊采用按需索取的浸潤(rùn)式灌溉方式，保證秧苗質(zhì)量的前提下節(jié)約了水資源，實(shí)現(xiàn)為大面積育秧提供良好環(huán)境的目標(biāo)。
　　(3)基于育秧氣候箱的育秧試驗(yàn)研究。研究育秧前期參數(shù)是保證秧苗發(fā)芽率、秧苗整齊度和秧苗質(zhì)量的前提;通過(guò)試驗(yàn)研究及查閱相關(guān)學(xué)術(shù)資料，分析影響曬種、選種、浸種、催芽的因素，確定較優(yōu)參數(shù)值。研究秧苗生長(zhǎng)期環(huán)境參數(shù)是保證秧苗質(zhì)量的重要環(huán)節(jié);利用水稻育秧氣候箱采用均勻試驗(yàn)對(duì)水稻育

6、秧所需光質(zhì)、光照強(qiáng)度、光照時(shí)間、溫濕度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行深入的研究，分析其顯著性，并確定秧苗最佳狀態(tài)下環(huán)境參數(shù)組合。
　　(4)驗(yàn)證試驗(yàn)。運(yùn)用上述所得的育秧前期及育秧生長(zhǎng)期參數(shù)，借助育秧氣候箱進(jìn)行育秧，驗(yàn)證上述所得育秧參數(shù)的適應(yīng)性及重復(fù)性。
　　(5)基于植物工廠(chǎng)技術(shù)的水稻育秧試驗(yàn)。運(yùn)用上述所得的育秧前期及育秧生長(zhǎng)期參數(shù)，借助育育秧平臺(tái)進(jìn)行育秧試驗(yàn)，驗(yàn)證上述所得育秧參數(shù)進(jìn)行大面積育秧的適應(yīng)性及重復(fù)性。
　　(6)基于植物工

7、廠(chǎng)技術(shù)的水稻育秧工藝研究。育秧工藝的研究包括工藝流程的研究和不同階段工藝參數(shù)的選取。育秧工藝的研究首先要確定育秧流程及不同階段的任務(wù)。其次確定不同階段光照強(qiáng)度、溫濕度、光照時(shí)間、澆水量、澆水頻次。結(jié)合上述育秧試驗(yàn)環(huán)境參數(shù)，確定育秧工藝，為大面積育秧提供技術(shù)參考。
　　研究表明，這種基于植物工廠(chǎng)技術(shù)的水稻育秧，可有效的解決外界氣候影響秧苗所需的光照強(qiáng)度、光照時(shí)間、營(yíng)養(yǎng)液供給、溫濕度等問(wèn)題，能夠通過(guò)程序設(shè)定提供給水稻育秧所需環(huán)境參數(shù)，

8、通過(guò)Wifi將秧苗長(zhǎng)勢(shì)顯示在手機(jī)和電腦客戶(hù)端，避免人為因素影響內(nèi)部環(huán)境參數(shù)，實(shí)現(xiàn)育秧過(guò)程完全不受外界環(huán)境影響;為研究基于植物工廠(chǎng)技術(shù)的水稻育秧工藝提供了良好的平臺(tái)，具有功能齊全、操作簡(jiǎn)單、使用方便、性能可靠的特點(diǎn)。通過(guò)均勻?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證試驗(yàn)對(duì)水稻育秧工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，確定了秧苗各指標(biāo)最優(yōu)狀態(tài)下的的參數(shù)組合，即:育秧前期曬種、選種鹽水比重、浸種溫度、催芽時(shí)間對(duì)種子發(fā)芽率、秧苗整齊度有顯著的影響，較優(yōu)參數(shù)組合為:曬種2天（含水率14-18％