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基于平板电脑的水稻催芽控制器的设计

作者:2018-08-22 14:11:14阅读:文章来源:

 摘 要: 在农业机械化逐渐普及的现代社会,翻耕机、插秧机、收割机等现代化设备的应用都很普遍。但是在机械化育秧播种的第一步,如何提高种子的发芽率以及缩短发芽的时间却成为了困扰农户的一大难题;尤其是对于珍贵的种子或是对于弱种子,提高发芽率就尤为重要。如果是干旱地区,由于土壤不够湿润而种子长久不能发芽,即使是南方,逢上阴雨持续的天气,发芽霉变也会使种子损失很大。

  纵观市场上的一些发芽技术,在浸泡、发芽过程中需要多次转移,极易折断胚芽,不仅生产工序复杂、成本高,而且因关键技术不成熟而影响发芽率,甚至中途停止发芽。

  为了提高种子发芽率和种子发芽时间,提高催芽露白的一致性,就使得种子发芽器在如今的农业机械化领域扮演着极为重要的角色。本论文的目的在于提供水稻种子催芽器的基于工业平板电脑的控制系统的设计,根据种子发芽的过程和条件,来控制发芽器箱体内的温度、湿度的变化以及通风状况,既能保证种子发芽率,又能达到使种子快速整齐发芽的目的。

  关键词:催芽器;工业平板电脑;自循环调温

  1.前言

  1.1课题背景

  水稻是现今世界上最主要的粮食作物之一,在全世界,以水稻作为主食的人口有半数以上,而世界上水稻的主要种植区域集中在亚洲[1],其种植面积为全世界水稻种植面积的90%以上。在我国,水稻也是我国的主要粮食作物。目前,我国的水稻总产量在亚洲在世界位居首位。在2000年的统计数据中,中国水稻种植面积接近2996.2万hm2,占世界水稻总种植面积的20.4%,水稻产量占世界总产量33.5%,各方面数据位居世界第一。水稻是我国种植面积最大的粮食品种,单产最高,总产最多的粮食作物之一,在我国粮食生产中有着举足轻重的地位[2]。我国人民的主要粮食来源是稻米,以稻米为主粮的人民占我国人口总数的2/3。并且稻米作物的营养价值较高,同比与其他粮食作物,稻米更易消化,并且吸收率和需要率更高[3]。并且水稻加工的副产品-米糠,是家禽和家畜的精饲料。所以,水稻的生产水平关系到国民经济的发展,并且影响着人民的物质生活,如何改进和提高水稻的生产具有极为重大的意义[4]。

  种子从休眠状态转为萌芽状态,如果没有足够的水分、适当的温湿度和充足的空气,要萌动是不可能的,而吸足水分是种子萌动的第一步。种子在干燥时,含水量低,细胞原生质呈凝胶状态,代谢活动非常微弱,只有吸收水分,使种皮膨胀软化,氧气溶于水中,随水分吸收渗入到种子细胞内,才能增强胚和胚乳的呼吸作用。原生质也随水分的增加由凝胶变为溶液,自由水增多,代谢加强,在一系列酶的作用下,使胚乳中贮藏的复杂的不溶性物质变为简单的可溶性物质,供幼小器官生长。有了水分也便于有机物质迅速运送到生长的胚芽、胚根中去,加速种子发芽过程,此过程即为水稻种子浸种过程,把好浸种关,也是搞好催芽工作的重要环节[5]。

  稻种催芽就是控制一定的温度、水分和空气,利用人为措施,创造良好的发芽条件促使种子在适宜的条件下提早发芽的一种措施。不管是早稻还是晚稻,通过催芽可以避开田间发芽时的不良气候影响,缩短出苗时间,增强抗逆能力,从而达到防止烂种、烂芽,提高秧苗整齐度和成秧率,节省种子的目的[6]。同时,由于催芽播种后起出苗快,有利于控制秧田杂草。所以水稻种子一般均要催芽播种。一般要求催芽的水稻种子发芽率达到95%以上,芽谷的根芽要整齐一致、幼芽粗壮,根芽比例适当(芽相当于半粒谷长,根相当于一粒谷长),颜色鲜白[7]。

  水稻浸种催芽是一个很复杂的过程,它受很多因素的影响,其中最主要的因素是浸种催芽过程中温度和湿度的控制,如果在水稻浸种催芽过程中没有控制好稻种的温湿度将会出现稻种的烧种、烂种,使种子催芽成活率低,甚至全部废弃,农民会遭受巨大的经济损失。因此浸种催芽过程是水稻生产过程中的一个很重要的环节。如何创造一个有利于水稻催芽的环境,符合农业生产发展的需要[8]。

  1.2水稻浸种催芽的国内外研究现状

  在国外,在人们对水稻种子的研究过程中。人们也慢慢开展对水稻浸种催芽的研究。1986年,Gununerson在他的论文提出,温度是影响浸种催芽效果的主要因素,温度不仅影响浸种催芽的速度,还在一定程度上影响催芽的能力[9]。Bewley和Black于1994年提出浸种催芽是一个很复杂的过程,它受很多环境因素的影响,包括温度、水、光和其他的因素,提出光在某些种子催芽过程中也起到一定作用,但是它必须伴随着温度和湿度的共同作用;另外CO2在催芽过程中也扮演一个很重要的角色[10]。我国目前水稻浸种催芽研究主要是针对水稻浸种和催芽过程中对于温度和湿度的控制。我国目前所应用的水稻浸种的方法很多,可在缸内或者桶内装水浸种,种子量多时,可装草袋,放入河中或池塘浸种。浸种过程中,每天要轻微淘洗,并换水三次,即:早上-中午-晚上。水稻催芽的方法很多,主要有蒸汽催芽、催芽机催芽、火炕催芽、电热毯催芽、大堆催芽、简易塑料棚催芽等等。用这些传统的方法催芽,因对环境条件难以控制,使种子发。芽缓慢,出芽参差不齐,成苗率低、烧种、烂种等问题[11],常出现的现象和原因有:

  (1)高温“烧芽”

  稻种破胸后呼吸作用增强,释放大量热量,此时如不注意及时翻堆散热或者通风散热,谷堆温度超过40℃的时间过长,种子内酶的活性遭到破坏,失去催化能力而造成“烧芽”。受害轻的芽尖黄褐枯萎,或出现畸形芽,发现早及时松动谷芽散温,还可以挽救,但种子生活力已减弱;严重的则造成芽枯死,不能做种[12]。

  (2) 谷种发粘

  是由于催芽时水分多(伤水),温度不够,催芽时间拉得过长,种子内可溶性有机物质外渗引起的[13]。

  (30酒精中毒

  是由于种子温度过高,透气不好,种子被迫进行无氧呼吸,形成的酒精中毒。

  (4)根过长,带黄色

  是水分不够,温度较高所造成。

  采用这些传统的水稻催芽方法,即使在每次的水稻浸种催芽过程中控制好环境温湿度,但依然结果并不理想,催芽种子数量还是不高,而近几年来,在北方,水稻的生产慢慢变为规模化生产,生产面积不断加大,且单次批量需要的水稻秧苗数量也急剧上升,所以传统的水稻催芽方法已远远不能满足现代大规模水稻种植生产的需要,本课题所研究的水稻催芽方法是和温室控制系统相结合的一种新方法,它将使水稻催芽的全部过程发生在温室里,既能提高水稻种子催芽的产量,又能提高催芽的质量。下面部分将主要介绍目前国内外温室控制系统的研究情况[14]。

1.3工业平板电脑

  1.3.1工业平板电脑的特性

  工业平板电脑就是工业上常说的触摸屏,但是与触摸屏不同,工业平板电脑整机性能更加完善。在性能上,具备普通商用平板电脑的性能。在稳定上,内部的硬件设计都是按照工业标准进行设计,能够适应恶劣的工业生产环境。在结构上,采用RISC的架构,使其能够满足工业简单有效的需求,且稳定性直线上升[15]。

  随着商用机的性能愈来愈好,很多工业现场已经开始采用成本更低廉商用机,而商用机的市场也发生着巨大的变化,人们开始更倾向于比较人性化的触控平板电脑[16]。因此工业现场,带触控功能的平板电脑将会是未来的趋势,工业触控平板电脑也是工控机的一种,和普通的工控机相比它的优势有以下几点。

  (1)、工业触控平板电脑前面板大多采用铝镁合金压铸成型,前面板达到NEMA IP65防护等级。坚固结实,持久耐用,而且重量比较轻。

  (2)、工业触控平板电脑是一体机的结构,主机、液晶显示器、触摸屏合为一体,稳定性比较好。

  (3)、采用目前比较流行的触摸功能,可以简化工作,更方便快捷,比较人性化。

  (4)、工业触控平板电脑体积较小,安装维护非常简便。

  (5)、大多数工业触控平板电脑采用无风扇设计,利用大面积鳍状铝块散热,功耗更小,噪音也小。

  (6)、外形美观,应用广泛。

  事实上,工业计算机和商用计算机一直是相辅相成密不可分的。它们各有应用的领域,但是却互相影响,互相促进,体现了科技的进步之处。目前做的比较好的是国内的平望科技,还有台湾的研华等。

  1.3.2工业平板电脑的主要应用领域

  ■ 工业现场可嵌入到机器、机柜中或置于操作台上,做人机显示操作界面;

  ■ 应用于电信、电力、多媒体、国防、自动化设备、制造业等各领域,领数用作人机界面,瘦客户端,PLC和POS等通讯、控制终端;

  ■ 数字化医院做床头服务终端及门诊终端,提高医院的服务和管理水平;

  ■ 银行、商场、酒店、火车站、公共汽车、地铁站、公园等公共场所做媒体(广告)播放机或查询终端;

  ■ 高档的小区做家庭服务终端,实现对讲、留言、费用查询、商品订购、家用电器管理、温湿度控制等。

  工业平板电脑在很多方面已经得到了应用,采用工业平板电脑设计的水稻催芽控制器的性能将更加稳定,更具实用性,且推广价值更大[17]。

  1.5课题研究目的和意义

  寒地水稻产量基础在于秧苗素质,而秧苗素质与浸种、催芽密切相关。本论文中设计一种适宜水稻大规模生产的温室催芽控制系统,所使用的催芽控制器为本论文所设计的基于工业平板电脑的水稻催芽控制器,是基于目前我国温室生产的特点,对于单个温室控制系统,设置了独立的控制和显示等功能。使用本论文所设计的基于工业平板电脑的水稻催芽控制器对水稻进行催芽,不但能完成对温室生产过程中的参数的测量,而且能实现温室内调节温度、调节湿度等的控制,既能满足个体农民生产的需要,又便于企业规模生产的需要。课题的研究目的是在提高系统的智能化和降低成本的基础上,设计实现一种智能控制系统,该水稻种子催芽控制器有如下几个特点:

  1. 控制系统可靠性高,促使种子发芽率高

  2. 缩短了催芽时间,且种子催芽质量高

  3. 操作简单、便于管理、节省劳动力、降低成本

  1.6课题研究主要内容

  在对国内水稻催芽现实情况和温室控制系统分析的基础上,针对目前我国农村的需求情况,设计一套基于工业平板电脑的水稻种子催芽控制器。研究内容主要包括:

  (1)、分析发芽器内主要环境因子和环境因子控制方式,设计出催芽控制器的总体结构,根据此水稻种子催芽控制器的特殊情况,选择并改进催芽控制器的主要执行机构,提出对此催芽控制器内主要环境因子控制的总体设计方案;

  (2)、系统的硬件设计为本论文的核心部分,以工业平板电脑为控制中心构造硬件系统,包括工业平板电脑的选型和各种传感器的选择、各部分硬件线路连接等;

  (3)、系统软件的实现主要包括各个功能块的具体实现,并给出软件流程图;

  (4)、对水稻催芽温室控制系统功能测试,并且对测试结果进行调试分析和总结。

  2、水稻催芽控制器介绍

  2.1水稻催芽控制器总体方案设计

  水稻催芽控制器可以分为6大部分,包括升热系统部分、控温系统部分、浸种催芽系统部分、传感控制系统部分、给回水系统部分及保温系统部分[18]。

  1) 升热系统部分:该部分用于给水稻催芽箱升温,硬件设备主要是水泵、排水阀、电热水锅炉;

  2) 控温系统部分:该部分主要用于控制催芽箱的温度,硬件设备主要是外接水源、储水箱及调温水箱等;

  3) 浸种催芽系统部分:该部分主要用于存放水稻幼苗,硬件设备是五个浸种催芽箱;

  4) 传感配电系统部分:用于温度和液位采集以及供电控制,硬件设备是温度传感器、电子式液位开关、报警器、配电箱等;

  5) 给回水系统部分:该部分用于提供整个系统水源,硬件设备是调温进出水管路、主注回水泵、进出水管路、循环水泵、注回水阀等;

  6) 保温系统部分:该部分用于较少系统温度被外界温度影响程度,使系统温度为可控,硬件设备是一系列保温设施。

  2.2水稻催芽控制器结构设计

  如图2-1所示,为水稻催芽控制器的总体结构设计图。

  水稻催芽控制系统的工作原理是:通过温度传感器检测各个部分的温度,当控温箱内水的温度达到设定的门限值时,控制器打开主注水泵,并且根据需要打开各个浸种催芽工作箱的注水阀,从主注水泵送来的水进入水箱,完成水稻浸种、破胸或者催芽工艺。当各个工艺的时间到达时,进行工艺的工作箱打开回水阀,同时打开主回水泵,这样箱体的水就回到了储水箱内,为下一个工艺做好准备,当调水箱温度达到适宜下一工艺的温度时,再次打开主注水泵,并且根据需要打开各个浸种催芽工作箱的注水阀,从主注水泵送来的水进入水箱,完成水稻浸种、破胸或者催芽工艺。根据上面的方式,先后执行三个工况,即可完成水稻种子的催芽工作。

2.3催芽器内部主要环境因素

  水稻种子催芽,一方面取决于水稻本身的遗传品质,另一方面也取决于作物生长的环境条件[19]。对于水稻的遗传品质,可以通过育种技术来获得优良的遗传性状而使水稻具有良好的品质。而改善水稻的催芽环境也是促进水稻催芽的一个重要方面。只有在适宜的环境里水稻才能很好的催芽,并获得最佳的品质和产出。水稻种子在催芽过程中需要大量的水、适宜的温度、空气中一定量的CO2。此课题所研究的温室的作用就是通过提供适宜的环境条件来控制和促进水稻催芽的速度和比例,获得良好的水稻秧苗[20]。下面我们就把这些决定种子催芽各种各样的不同的因素作详细的介绍,而作为特殊的水稻种子发芽器来说,水分即温室湿度和温室温度是否合适则是水稻种子是否能够很好催芽的成败因素。因此,我们将重点介绍水稻种子发芽器环境因子中的温度因子和湿度因子。

  (1)、温度因素

  种子催芽时内部进行极其复杂的物质和能量转化,是一系列生理生化过程,是在一系列酶的催化下完成的,包括贮藏物质的降解过程和降解产物合成新的细胞物质的过程,而酶促反应与温度密切相关,因此温度是影响种子催芽的重要外界影响因素之一[21]。一般来说,温度的一定幅度提高,可以提高种子的酶活性,提高种子的催化能力;而相反,温度的降低会导致种子酶活性的降低,并且弱化种子的催化能力,当温度下降到一定程度时,酶活性会完全丧失,我们称这个温度为最低温度。酶其实是一种蛋白质,和其他蛋白质一样,过高的温度会破坏酶的结构,使酶失去活性。因此,种子催芽的温度影响有三个基点,即是:最高温度、最低温度及最适温度。这三个基点只有最适温度是种子催芽的理想环境温度条件[22]。

  不同的植物种子催芽时,所需要的温度条件是不同的,只是植物生长在某一地区(南方或者北方)长期适应的结构,是由这种植物的遗传性决定的。一般来讲,原产南方的作物催芽所需要的温度较高,而原产北方的作物,催芽所需的温度较低。种子催芽温度三基点是农业生产上适时播种的重要依据,选择适当的季节播种、适当的温度播种,过早或者过晚都会都种子催芽造成影响,使植株不能正常生长。水稻种子催芽的最低温度是10℃,最高温度是43℃,最适温度是30℃。而我们所能做的就是使我们所设计的温室系统能达到水稻催芽所需的最合适的温度范围。

  (2)、湿度因素

  干燥的种子含水量很低,一般只有种子总重量的5%~10%,内部细胞质呈凝胶状态,生理代谢活动很微弱,在这样的条件下,很多重要的生命活动都无法进行。因此,种子催芽,恢复其正常生命活动,就必需吸收足够的水分[23]。

  不同种子催芽时的吸水量并不一致,一般种子要吸收其本身重量的25%~50%或更多水分,才开始催芽。不同的种子差别较大,主要是由于种子内贮藏养料的性质不同造成的。另外,种子催芽所需的吸水量,也与各种植物长期对某种环境的适应性及遗传性有关。种子也能吸收空气中的水分,如果大气湿度相当高,几乎达到饱和点时,成熟的种子能在植株上或者空气中催芽,这种现象也经常可见。

  因此,水稻播种前后,一定要保证水分供应,以促使水稻种子催芽、幼苗出土和出苗整齐。但是,如果水分过多,会引起氧气缺乏,种子进行无氧呼吸,产生二氧化碳和酒精,毒害种子,并出现烂种、烂根等现象。

  可见水分即湿度在水稻催芽过程中起到关键性的作用,所以我们要努力做到使我们所设计的温室系统能达到水稻催芽所需的最合适的湿度范围。

  (3)、氧气因素

  干燥的种子转变为旺盛的生长幼苗,要进行旺盛的物质代谢,包括合成原本不存在于干种子中的酶,贮藏在胚乳或子叶中的高分子化合物被分解并运输到胚根、胚芽等过程。这些过程所需要的能量主要来源是种子的呼吸作用。因此氧气也是种子催芽所必须的。如果在催芽过程中得不到充足的氧气,将影响影响种子的正常催芽。所以我们在种子催芽过程中要经常翻动种子,增加种子的氧气摄入量[24]。

  一般种子正常催芽所需要的空气含氧量在10%以上。不同作物种子催芽时所需氧气量的不同,含脂肪较多的种子比淀粉种子要求更多的氧气。虽然水稻种子对缺氧有一定的忍耐力,催芽时能在较长时间内进行无氧呼吸,但是水稻种子的正常催芽仍然需要充足的氧气供应。另外,在缺氧的情况下催芽,水稻种子只长胚芽鞘,而根和真叶的生长很慢,这样不利于秧苗扎根。原因是,胚芽鞘的生长只有细胞伸长而没有细胞分裂,只要供给充足的水分就可以了;而根的生长既有细胞伸长,又有细胞分裂,而细胞分裂是需要氧气的。因此,在水稻催芽过程中要保证水稻种子发芽器有适量的氧气。

  2.4催芽器内部催芽的三个阶段

  (1)、高温破胸阶段

  种胚突破谷壳露出时,称为破胸。种子吸足水分后,适宜的温度是破胸快而整齐的主要条件。在38 ℃的高温上限内(即最高最高温度不得超过38 ℃),温度越高,种子的生理活动越旺盛,破胸也越迅速而整齐。反之,则破胸慢,且不整齐,播种后易形成大小苗。这个阶段一般12~24小时就可破胸。这个阶段湿度控制在80 %就可以了。

  (2)、保湿催芽阶段

  种子白芽露出后是最容易烧芽的时候,要立刻降温至28 ℃以下,只要不超过30 ℃,就不会烧芽。破胸出芽后,揭去稻草,温床温度控制在25~28 ℃,湿度保持在80%左右,维持12个小时左右即可催出标准芽。

  (3)、低温晾芽阶段

  由于出芽是在较高的温度下进行的,这一温度一般要高于当时的气温。这一阶段的温度应控制在18~23 ℃。摊晾炼芽使种芽得到锻炼,增强芽谷播种后对外界环境的适应能力、增强种芽的抗性和提高生命力。一般在芽谷催好后,置室内摊晾,在自然温度下炼苗一天, 达到内湿外干就行。

  3、水稻催芽控制器设计

  3.1工业平板电脑的选择

  本文所设计的水稻催芽控制器所选用的工业平板电脑为昆仑通泰公司生产的TPC7062k,是一套以嵌入式低功耗CPU为核心(主频400MHz)的高性能嵌入式的一体化触摸屏。并且TPC7062K在设计中采用了7英寸的高亮度TFT液晶显示屏(分辨率800×480),四线电阻式触摸屏(分辨率1024×1024),使整个产品更加易于用户使用。

图3-1 TPC7062k外观图

  TPC7062k具有高清晰的液晶显示屏,高达65535色,可以给用户一个良好的交互界面,提供多种外部接口与外界进行连接,并且其工业化设计可以使得其可以满足环境恶劣的工厂环境,详细的参数见表3-1所示。

  表3-1 TPC7062k参数表

  产品特性

  液晶屏 7"TFT液晶显示,真彩(LED背光),分辨率(800×480)

  显示颜色 65535色

  背光寿命 50,000小时

  触摸屏 电阻式

  供电电源 24VDC

  CPU主板 ARM低功耗,400MHz

  内 存 64M

  存储设备 128M FLASH

  外部接口

  串 口 1×RS232、1×RS485

  USB 1主1从

  以太网 RJ45以太网口

  扩展 —

  环境条件

  工作温度 0℃~45℃

  工作湿度 5%~90%

  储存温度 -10℃~60℃

  振动频率 10-57Hz 57-150Hz

  振动加速度 0.075mm 9.8 m/s2

  振动扫频速率 Oct/min ≤1

  认证防护

  认 证 CE/FCC

  防护等级 IP65

  抗干扰性 工业三级

  软 件

  组态软件 MCGS嵌入式组态软件(运行版) 3.2水稻催芽控制器的结构设计

  如图3-2所示,为整套设备的控制系统原理图。水稻催芽控制器主要由平板电脑控制部分,PLC控制部分、数据采集部分、控制元件、执行部分以及报警部分等组成。

  图3-2 水稻催芽控制器原理图

  1) 平板电脑控制部分:主要由TPC7062K型工业平板电脑组成,用户可以通过触摸屏对控制器进行控制,并且通过串口与其他部分进行连接。

  2) PLC控制部分:主要由和利时西门子公司的S7-200系列可编程逻辑控制器及与之相关的扩展模块等组成。

  3) 数据采集部分:主要由DS18B20温度传感器以及电子式液位开关等组成。

  4) 控制元件:主要由继电器构成,从而能使PLC控制各个执行元件。

  5) 执行部分:主要由整套系统中的水泵、电加热炉以及电动阀门等组成。

  6) 警示装置:主要由不同位置的声光警示灯组成。

  3.3水稻催芽控制器的控制原理

  系统采用以平板电脑为主控制器,西门子PLC为从控制器,平板电脑的触摸屏为人机接口的控制方式。硬件连接示意图如图3-2所示。

  控制原理:以平板电脑TPC7062K为主控CPU来完成整个水稻催芽控制器的控制。平板电脑电脑通过触摸屏与人进行信息交互,并且通过RS485串口线与S7-200西门子PLC进行数据交互。西门子PLC主要完成数据采集与上传、报警控制及控制元件的功能,是整个控制器的从控制器,上传的数据通过RS485串口线上传到平板电脑,平板电脑实时显示数据,以便用户分析,并且平板电脑按照预先编写的程序完成数据计算和控制结果输出功能,将控制信息发送到西门子PLC中,PLC通过控制元件,来驱动水泵、电动阀等设备的开关,从而达到控制种子浸种催芽的目的。另外,系统具有警报装备,当系统的运行出现故障或者系统到达某一工序时,提供相应警示,以便工作人员实时了解系统的运行状态以及故障的排除。

  3.4水稻催芽控制器的硬件电路设计

  由于本文所设计的水稻催芽控制器大多为工业级装置,主要考虑各个设备之间的连接方式即可,下面对各个部分的元件选择和硬件线路连接进行描述。

  3.4.1平板电脑与PLC之间的线路连接

  TPC7062K与西门子公司S7-200可编程控制器的连接方式如图3-3所示。

  3.4.2PLC与DS18B20的连接线路

  PLC与DS18B20连接采用两线制方式,连接方式如下图所示。

  图3-4 温度传感器与S7-200硬件连接图

  两线制传感器输出4-20mA电流经隔离调理匹配(解决输入输出间冲突)后与PLC连接。如图3-4所示,温度传感器正端接12-24VDC,负端输出4-20mA电流。

  4、水稻催芽控制器软件设计

  4.1MCGS嵌入版组态软件

  组态软件,又称组态监控软件系统软件。译自英文SCADA,即Supervisory Control and Data Acquisition(数据采集与监视控制)。通常指代专用于数据采集和过程监控的软件。这种软件提供了灵活的组态方式,屏蔽了底层的程序开发,使用户可以简单快速的开发一套自动控制的系统。组态软件的应用十分的广泛,本文设计的水稻浸种催芽控制器选用的是MCGS嵌入版组态软件。

  MCGS嵌入版组态软件是昆仑通态公司专门开发用于mcgsTpc的组态软件,主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制。

  MCGS嵌入版组态软件与其他相关的硬件设备结合,可以快速、方便的开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。如可以灵活组态各种智能仪表、数据采集模块,无纸记录仪、无人值守的现场采集站、人机界面等专用设备。其主要功能是:

  ■ 简单灵活的可视化操作界面:采用全中文、可视化的开发界面,符合中国人的使用习惯和要求。

  ■ 实时性强、有良好的并行处理性能:是真正的32位系统,以线程为单位对任务进行分时并行处理。

  ■ 丰富、生动的多媒体画面:以图像、图符、报表、曲线等多种形式,为操作员及时提供相关信息。

  ■ 完善的安全机制:提供了良好的安全机制,可以为多个不同级别用户设定不同的操作权限。

  ■ 强大的网络功能:具有强大的网络通讯功能。

  ■ 多样化的报警功能:提供多种不同的报警方式,具有丰富的报警类型,方便用户进行报警设置。

  ■ 支持多种硬件设备。

  总之,MCGS嵌入版组态软件具有与通用组态软件一样强大的功能,并且操作简单,易学易用。

  主要完成工业平板电脑的控制软件编程,本文采用MCGS嵌入版组态软件对工业平板电脑TPC7062K进行编程。水稻催芽控制器的工作流程如图4-1所示。

  图4-1 水稻催芽控制器工作流程图

如图4-1所示,描述了水稻催芽控制器的工作流程:首先对系统上电,平板电脑进行初始化操作,设定系统时间是在平板电脑人机交互界面完成的,设定后的系统时间会显示在平板电脑的触摸屏上,接着通过触摸屏分别设定水稻的浸种、破胸、催芽的温度及其温度控制精度,然后再通过触摸屏分别设定水稻的浸种、破胸、催芽的时间及水在箱体内的停留时间。平板电脑根据设定的参数值分别计算出浸种、破胸、催芽的最大温度和最小温度,计算出水稻种子在不同工况下正常工作的温度范围。但这些设定结束后,系统才正式开始顺序执行浸种、破胸、催芽三个工序,完成水稻的催芽工作后,结束工况。

  DS18B20温度传感器在测量温度的时候一定要严格按照规定的时序来完成温度的读取过程,这样读取的温度数据才不会出错,即在读取温度的过程中被中断给打断了,那样读取出来的数据就会出错。为了尽量避免这个问题,在程序中来判断这次的温度读取过程是否被中断打断,如果被打断,我们就送上一次的温度数据来显示,或者再去读取一次温度。

  4.3水稻催芽控制器自循环调温工作流程图

  当水箱中的温度超出规定范围后,需要采取相应的措施,使温度自动回到预设值,以一号箱为例,描述了自循环调温流程图,其他工作箱的自循环控温方式与一号箱的自循环调温方式相同,在这不再赘述。

  5、水稻催芽控制器测试

  5.1水稻催芽控制器测试前的准备

  根据水稻的育秧特性,3个工况的顺序是:浸种、破胸、催芽。不同工况下的温度、时间不同。

  把选择并处理好的水稻种子装入各个工作箱内。将DS18b20 温度传感器的探头放置到箱内不同的部位,以监控各个工作箱内部的实时温度。每个箱子安装2个电子式液位开关,分别安置在箱内表面上、下2个位置,控制上水位和下水位。警示灯放在箱子的上面。

  设备通电,系统初始化。以下3 步均在触摸屏上完成:

  1) 设置温度和时间的基本参数。

  2) 设定主加热器参考温度(浸种、催芽或者破胸)。主加热器参考温度的设计主要是为调温箱设定一个确定的温度。

  3) 不同的工作箱选择工况。5 个工作箱可同时工作,但在一个工作箱内,一次只能选择一个工况。

  5.2水稻催芽控制器测试过程

  5.2.1浸种

  选择“主加热器参考温度”为浸种温度。如图5-1所示,为系统进行浸种工况时触摸屏的主界面,当选择为“浸种温度”后,破胸温度、催芽温度将自动隐藏。此时,调温箱内的水开始加热,当温度加热到浸种温度时,注水阀打开,向相应的工作箱注水;上水位计检测到水位后,关闭注水阀,开始进行浸种工序以及浸种计时。

  在整个浸种过程中,若某个工作箱中的水温超出了限定的水温范围,则用该工作箱旁边自带的电炉和水泵,进行温度的调节,( 具体调节方式见图4-3) ;若水位低于所要求的水位高度,则打开注水阀,将水从调温箱打入工作箱。这样反复调节,保证浸种过程中所需的水温和水位。当浸种计时到达时,表明浸种工序结束,转入破胸工序。

  浸种时,每天至少水循环2次,以实现有氧浸种。水循环时,用工作箱旁配备的水泵,保证浸种箱内的种子增氧透气,每次间歇l0 min。

  5.2.2催芽、破胸

  选择“主加热器参考温度”为破胸温度。此时,调温箱内的水开始加热,将温度加热到破胸温度,同时,打开工作箱底部的排水阀,将箱内水排出。将调好温度的水打入工作箱,开始进行破胸工况,以及破胸计时。破胸过程中的水温水位调节方式与浸种相同,不再赘述。

  破胸时,24h内工作箱内的种子必须倒袋(人工完成),将中间的倒到四周,以保证有氧破胸,且全箱破胸温度一致。当有90%以上种子破胸后,即可进入催芽工序。催芽工序也破胸的基本相同,不再敷述。

  5.3测试结论

  通过测试表明本文所设计的水稻催芽控制器能够稳定工作,并且能适应与恶劣的工厂环境,系统可靠性高,具有较大的使用推广价值。

 

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