基于嵌入式的兰科植物组培控制系统

科植 物组培育苗技术 的发展 ， 其组培 苗的数量 约 占观赏 植
物组培苗 总量 的 ４ ％ ， ０ 已产生了规模化 、 约化 、 集 专业 化的
再加之近年来 随着嵌入 式系统性 能的不断增强 和成本不 断 下降 ， 其应用前景十分广 阔。
１ 系统 的结 构
组培苗大量快速繁殖 的生产需求 。但是现有的种苗组培繁 育过程 中有几个急待解 决 的问题 ： 一是 由于 高能耗导致 生 产成本 高 ， 二是种 苗培 育周 期长 ， 以满 足农 民 的栽培 需 难
２ ２ Ｌ Ｄ 组培 补 光模 块 ． Ｅ
集， 然后通过 ＺｇＢ ｅ ｉ ｅ 无线通信模块传输 到组 培室集中控制
模块 ， 图像 进行 存储 。集 中控制模 块可 以对各 组培架 的 对 环境参数进行显示 ， 并进行 Ｌ Ｄ组 培补光模 块的生长 参数 Ｅ 设置 ， 控制组 培室总体 温湿度环境 ， 并对采集 的图像进 行集 中的存储 。
ａ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌ ｅ ｏ ｔｏｌｒ Ｔ ｒ ｎ ｌｃ ｎ ｒ ｌ ｒｉ ａ ｃ ｍｂ ｎ ｔ ｎ ｏ Ｐ ２ ９ ｎ Ｃ ４ ０ ｄ ｕ ｌ Ｕ ｅ ｅ ｄ ｄ ｎ ｅ ｔａｉ ｄ ｃ ｎ ｒｌ ． ｅ ｍｉ ａ ｏ ｔ ｌ Ｓ ｏ ｉ ａｉ ｆＬ Ｃ ２ ２ ａ ｄ Ｃ ２ ３ ｏ ｂ ｅ ＭＣ ｍｂ ｄ ｅ ｚ ｅ ｏｅ ｏ ｓ ｓｅ Ｉ ｗ ｒ ｓ ｆｒ ｅ ｖ ｒ ｎ ｎ ａ ａ ａ ｔ ｒ ｅ ｔ ｇ， ｅ ｎ ｌ ｅ Ｌ Ｄ ｌ ｍｐ ｃ ｎ ｒ ｌ ａ ｄ ｉ ｇ ａ ｑ ｉｉ ｏ ． ｙ ｔ ｍ． ｔ ｏ ｋ ｏ ｎ ｉｏ ｍｅ ｔ ｌ ｐ ｒｍｅｅ ｓ ｔｓｉ ｒ ｄ ａ ｄ ｂ ｕ Ｅ ａ ｏ ｔｏ ｎ ｍａ ｅ ｃ ｕｓｔ ｎ ｎ ｉ Ｃ ｍｍｕ ｉａ ｉｎ ｆｃ ｎｒ ｌ ｅ ｏ ｔ ｌ ｒａ ｄ ｔｒ ｎ ｌｃ ｎ ｒ ｌ ｒａ ｏ ｔ ｉ ｅ ｗｉ ｌｓ ａ ． ｅ ｔ ｌ ｅ ｏ ｔ ｌ ｒ ｏ ｎｃ ｔ ｓ ｏ ｅ ｔ ｉ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌ ｎ ｅｍｉ ａ ｏ ｔ ｌ ｄ ｐ ｇ Ｂｅ ｒ ｅ ｓｗ ｙ Ｃ ｎｒ ｉ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌ ｏ ａｚ ｏｅ ｏｅ Ｚ ｅ ａｚ ｏｅ
线数据传输 。
２ ４ 图像 采 集模 块 ．
摄像头采用美 国 Ｏ ｉ ｓ ｎ公 司生产 的 ０ ７ ２ ， ｍｎｖ ｉ ｉｏ Ｖ ６ ０ 它是
一
种高度集成 、 高分辨率 的 Ｃ Ｓ图像传感 器 ， ＭＯ 支持 Ｙ ｂ ｒ Ｃ Ｃ
和 Ｒ Ｂ数据格式输 出， 辨率为 ６０ｘ ８ 。本系统将图像 Ｇ 分 ４ ４０ 采集端放在组培架上 ， 直接面对组培 的兰科植物 ， 然后通 过 搭建好 的 ＺｇＢ ｅ ｉ ｅ 无线传输 回集 中服务器 ， 由集 中服务器 进 行数据存储 ， 更有针对性 ２ ５ 主 处理 器单 元 ．
温湿度传感器 采用 Ａ ３ Ｍ１ 相对湿 度通过 电压 输 出 Ｈ＂ ， ２ 进行计算 ， 度高 ， 精 一致性好 ， 已带温度补偿 ， 且 单片机校准
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的视觉灵敏度相似 的优 良光谱 灵敏度 特性 ， 以测 量从 暗 可 处到 日光直射环境 的宽范围照度 。
求， 三是组培室的搭建复杂 、 连线繁多 、 组合不够灵 活 ， 四是
收 稿 日期 ：０２ ０ — １ ２ １－ １１
系统按功能分 为六 大模块 ： 环境检测模块 、Ｅ Ｌ Ｄ组培补
光模 块 、ｉ Ｂ ｅ Ｚｇ ｅ 无线通信模块 、 图像采集 模块 、 终端控制模 块和组培室集 中控制模 块。终端控制模块控制环境检测模
ＺＨＯＵ ｎ Ｈｏ ｇ．ＹＵ ａ ｔｎ Ｘｉ—ｉ ｇ
（ ｐ ｒ ｎ ｆＩｓ ｕ ｎａｉｎ Ｚ ｅｉ ｇＵ ｉ ｒｉ ， ｎ ｚ ｏ １０ ７ Ｃ ｉａ Ｄｅａｔ ｔ ｔ ｍｅ ｔｔ ， ｈｊ ｎ ｎｖ ｓ ｙ Ｈａ ｇｈ ｕ３ ０２ ， ｈｎ ） ｍｅ ｏ ｎ ｒ ｏ ａ ｅ ｔ
ａｏｔ Ｌｎ ｘ ＋ Ｑ ｏｅｒｓｏｓ ｌ ｒ ｈ ｏ ｅｔ ｎｏ ｉｆ ｍａｏ ｎ ａｅ ｔ ｅ ． ｈ ｃ ａ ｔｓ ｒｓｌ ｄ ｐｓ ｉｕ Ｔｍ ｄ ｐ ｎｉ ｅ ｆ ｅｃｌｃｉ ｆ ｎ ｒ ｔ ｎａｄｉ ｇｓｓ ｒｄ Ｔ ｅａｔ ｌ ｅｔ ｅｕｔ ｅ ｂ ｓｏ ｔ ｌ ｏ ｏ ｉ ｍ ｏ ｕ ｓ
本文针对兰科植物种苗组培繁育过程 中几个急待解决 的问题 ， 提出一种基于嵌入 式的智能化控 制系统 ， 结合 Ｌ Ｄ Ｅ
组 培 补 光 系 统 、ｉ Ｂ ｅ 线 网络 技 术 。 对 于 组 培 室 内 人 工 Ｚｇ ｅ 无
光源 ， 采用具有节能高效 、 适用范 围广 、 稳定性 强 、 响应时 间 快 的 Ｌ Ｄ光源 ， Ｅ 可以方便调节光源 的光谱分 布 、 光周期 ， 并
０ 引 言
对 于 组 培 苗 的生 长 状 态 监 测 不 足 。
兰花是兰科植 物的统称 ， 种类繁多 ， 目前全世界有八百 多个属 、 二万 多个种 ， 每年还 发现和培 养出不少新 品种 … 。 兰科植物 中如蝶兰属 、 万带兰属 、 石斛 属 、 兰属 为观赏类 兜 花卉 ， 有极 高的观 赏价值 ， 有些如 石斛 、 天麻 、 白芨等具有极 高 的药用价值 。但是兰花种 子细小 ， 且需相 关共生 菌共 同 作用才能萌发 生长 ， 人工 培育 成苗 率低 ， 分株 繁殖 周期 而 长， 繁殖率低 ， 因此 ， 大多采用将优 良单株 通过组 织培养 在 短期 内大批量扩繁 ， 获得品质优 良的群体 。 随着人们对兰科植 物的需求 日益增加 ， 从而 促进 了兰
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传感器与微系统（ ｒｎｄ ｃｒ ｎ ｉｒｓｓ ｍ Ｔ ｃｎ ｌ ｉ ） Ｔａｓｕｅ ａｄＭ ｃ ｙｔ ｅｈ ｏ ｇ ｓ ｏ ｅ ｏｅ
２１ ０２年 第 ３ １卷 第 ８ 期
基 于嵌 入 式 的 兰科 植 物 组 培 控 制 系统
周 泓 ， 侠挺 虞
（ 江 大 学 电子 信 息 技 术 及 仪 器 系 ， 浙 浙江 杭 州 ３０ ２ ） １ ０７
ｔ ｅ ｔｏ ｈｅ ｐａ ｕ ｔｖ ｔｏ ｙ ｔｍ ，ｔａ ｓ ｓ ｔ ｅｅ ｅ ｅ ｈｅ ｒｓ ｆｔ ｌｎｔｃ ｌｉａ ｉｎ ｓ ｓｅ ｉ ｌｏ ｈａ ｈｅ ｒｆ ｒｎｃ ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｅ ｅ ｅ ｙ ｔｍ ；ｒ ｄ ａ ｄ ｌ ｅ ＬＥＤ ；Ｚｉ ｅ； Ｌ ｎ ｍｂ ｄｄ ｄ ｓ ｓｅ ｅ ｎ ｂｕ ｇ Ｂｅ ｉ ｕｘ
Ａｂｓｒ ｃ ｔ ａ ｔ： Ａ ｅ ｔｐｅ ｏ ｌｎｔｔｓ ｕ ｏ ｍ ｏ ｒ ｌｓ ｓｅ ｉ ｒ ｓ ｎｔｄ． ｅ ｓ ｓｅ ｃ ｎ ｉｔ ｆｔｒ ｎ ｌｃ ｎｔｏｌｒ ｎ ｗ ｙ ｆｐａ ｉｓ ｅ ｒｏ ｃ ｎｔｏ ｙ ｔｍ ｓｐ ｅ ｅ ｅ Ｔｈ ｙ ｔ ｍ ｏ ｓｓｓ ｏ ｅ ｍｉ ａ ｏ ｒ ｌ ｓ ｅ
制器采用嵌入式 Ｌｎｘ＋Ｑ ｉｕ Ｔ的方式负责进行 信息 的汇总和 图像存 储。实际测试 结果表 明 ： 系统设计 可 该
靠稳定 ， 以促进兰科组培植物的健康快速生长 ， 可 对于其他的植物组培系统也具有借鉴意义。 关键 词 ：嵌入式 系统 ；红蓝光 Ｌ Ｄ； ｉ Ｂ ｅ Ｌｎ ｘ Ｅ Ｚｇ ｅ ； ｉｕ
中图 分 类 号 ：Ｔ ２ ２ Ｐ １ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１０ － ７７ ２ １ ）８０ １ －３ ０ ０９ ８ （０ ２ ０ － １６ ０ －
Ｂｌ ｎ ｌ ｎ ｉｓ ｏ ｒ ｌｓ ｓｅ ｓ ｄ ｏ ｍ ｂｅ ｅ ａ ｃ ｐ ａ ｔｔｓ ｕｅ ｃ ｎｔ ｏ ｙ ｔ ｍ ｂａ ｅ ｎ ｅ ｄｄ ｄ
ｓ ｏ ｈ ｔ ｈ ｙ ｔ ｍ ｅ ｉ ｓｒ ｌ ｂ ｅ ａ ｄ ｓ ｂ ｅ ａ ｄ ｉ ｃ ｎ ｐ ｏ ｔ ｈ ｅ ｌ ｆｔ ｅ ｐａ ｔｔ ｓ ｅ ｒｐ ｄ ｇｏ Ｆ ｒ ｈ ｗ ｔ ａ ｅ ｓ ｓｅ ｄ ｓｇ ｉ ｅｉ ｌ ｎ ｔ ｌ ｎ ｔ ａ ｒｍｏｅ ｔ ｅｈ ａｔ ｏ ｌｎ ｓｕ ａ ｉ ｒ ｗ． ｏ ｔ ｎ ａ ａ ｈ ｈ ｉ
基金项 目： 浙江省重大科技专项基金资助项 目（０ １ ｌ０ ５ ２ １ Ｃ １８ ）
第 ８期
周 泓 ， ： 于嵌 入 式 的 兰科 植 物 组 培 控 制 系 统 等 基 ２ １ 环 境 监 测 模 块 ．
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块定时采集组 培架 端 的环境 温度 、 度 和光 照强 度 ， 过 湿 通 ＺｇＢ ｅ无线通信模块传输 回组培室集 中控制模块 ， 通过 ｉ ｅ 并 预先设置 的生 长参数 对 Ｌ Ｄ组 培补 光模块 进行 调控 。图 Ｅ 像 采集模块负 责对 组培 架端 的组 培植 物进 行定 时 图像 采
可 以靠近植 物 照明 ， 使植 物生 产设施 小 型化 。传 统 的
网络 化 控 制 系统 采 用 有 线 组 网方 式 ， 统 布 线 受 地 形 限 制 、 系
节点维护困难 、 系统扩展性差 。因此 ， 采用无线数据采集传
输 技 术 的 ＺｇＢ ｅ网络 化 监 控 系 统 的设 计 具 有 积 极 的意 义 ， ｉ ｅ
端、 图像 采集模块 和终端控 制模块 为一硬 件实现 称为 终端 控制器 ， 组培室集 中控制模块包括 ＺｇＢ ｅ 线通信模块协 ｉ ｅ无 调器端为一硬件实现称为集 中服务器 。实际使用 中为一个 终端控制器通过 ＺｇＢ ｅ 线 网络控制组 培室 内多终 端控 ｉ ｅ无
Ｚｇ ｅ 无线通信采用 Ｔ 公司的 Ｃ ２ ３ ， Ｃ ４ ０是一 ｉＢ ｅ １ Ｃ ４ ０ Ｃ ２３ 种真正 的系统 芯片（ ｏ ） Ｏ ＳＣ Ｃ ＭＳ解决方案 ， 能够提高性 能并
摘
要 ：提出一种新型 的兰科植物组培室控制系统 。系统 由直接控制组培架的终端控制器与负责信息集
中的集 中控制器组成 ， 终端控制器是一种结 合 Ｌ Ｃ ２ ２和 Ｃ ２ ３ Ｐ ２９ Ｃ ４０双 Ｍ Ｕ的嵌 入式 系统 ， Ｃ 负责环境 参数 的检测 、 红蓝光 Ｌ Ｄ灯控 、 Ｅ 图像采集 ， 终端控制器和集 中控制器 的通信全部采用 ＺｇＢ ｅ ｉ ｅ 无线 方式 ， 中控 集
满 足 以 ＺｇＢ ｅ 基 础 的 ２ ４ Ｈ Ｓ 波 段 应 用 ， 对 低 成 ｉ ｅ为 ． ｚＩＭ Ｇ 及 本 、 功 耗 的 要 求 ， 与 主处 理 器 通 过 Ｒ －３ 连 ， 责 无 低 其 Ｓ２ ２相 负
制器 ， 每一终 端控 制器负责控制一组培架 。
系统总体结构 图如 图 １所示 。
图 １ 系 统 总 体 结 构 图
Ｆｉ １ Ｏｖ ｒ ｌ ｓ ｒ ｔ ｒ ｇ ｒ ｆｓ ｓｅ ｇ ｅ ａ ｌ ｔｕｃ ｕ ｅ ｆ ｕ ｅ ｏ ｙ ｔ ｍ ｉ
。
终 端 控 制 器 主 ＭＣ 采 用 Ｎ Ｐ公 司 的 １／ ２ 位 Ｕ Ｘ ６３ Ａ Ｍ７ Ｄ 微控制器 Ｌ Ｃ ２ ２ 可实现高达 ６ ｚ Ｒ Ｔ ＭＩ Ｐ ２９ ， ０ ＭＨ 工作频
Ｌ Ｄ组培补光采用 红光 与蓝光 高亮 度 Ｌ Ｄ建 立可 调 Ｅ Ｅ
整光量 、 光谱 、 给光频率 与工作 比的人 工光源 ， 可视 需要 提 供连续无 闪烁 的光或高频 闪烁 的光。
２ ３ ＺｇＢ ｅ无 线 通 信 模 块 ． ｉ ｅ
系统的六大模块可分为两部分硬件 实现 ， 中， 其 环境监 测模块 、 Ｅ Ｌ Ｄ组培 补光模块 、 ｉ Ｂ ｅ无线 通信模 块路 由器 Ｚｇ ｅ