CN106124696A - 一种植物趋光性检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种植物趋光性检测装置及检测方法,包括箱体,设于箱体内底部的植物生长基座,设于箱体内两侧的两组LED灯组件,设于箱体内表面的直角坐标系,设于箱体前表面中部的观察窗,设于箱体外用于遮挡观察窗的遮光窗帘,设于箱体前表面下部的2个电流毫安表和2个LED灯亮度调节旋钮,所述箱体内还设有加热器、温度传感器和摄像头,所述箱体外还设有控制芯片、存储器、显示屏和用于供电的电源。本发明具可设定植物生长的光源环境、具有定量检测数据的特点。
Description
技术领域
本发明涉及植物检测装置技术领域,尤其是涉及一种可设定植物生长的光源环境、具有定量检测数据的植物趋光性检测装置及检测方法。
背景技术
根据科普的需要,目前在中小学的科学课程里都有关于植物趋光性的描述,在学校也有一些简易的演示装置可供学生观察应用,但大多是采用日光或白炽灯光的光源,对植物的趋光性响应的程度也是做定性的判断,缺乏对进一步探究和深入分析不同阶段的响应程度的实验装置。
因此有必要研制和开发适合于学校或者家庭实验的一种植物趋光性检测装置,满足观察和探究同种植物对于何种波长光源的趋光性响应更为敏感,或者不同植物对同一波长光源的趋光性响应更为敏感,以及对以上趋光性响应进行准确度量的简单实用装置。
中国专利授权公告号:CN201107306Y,授权公告日2008年8月27日,公开了一种植物趋光性检验实验台,包括金属管、角连接件、转盘、底盘、遮光幕和各色滤光片,其结构是金属管通过角连接件连接构成长方体框架,在框架底面设置底盘,转盘通过转轴连接设置在底盘上的轴承,一侧框架上设置卡口,各色滤光片通过卡口安装在框架的侧面,框架的顶面及四周设置遮光幕。该发明不足之处是,结构简单,不能准确的给出植物趋光性的具体定量的检验数据。
发明内容
本发明的发明目的是为了克服现有技术中植物的趋光性响应的程度只有定性的判断,没有定量数据的不足,提供了一种可设定植物生长的光源环境、具有定量检测数据的植物趋光性检测装置及检测方法。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种植物趋光性检测装置,包括箱体,设于箱体内底部的植物生长基座,设于箱体内两侧的两组LED灯组件,设于箱体内表面的直角坐标系,设于箱体前表面中部的观察窗,设于箱体外用于遮挡观察窗的遮光窗帘,设于箱体前表面下部的2个电流毫安表和2个LED灯亮度调节旋钮,所述箱体内还设有加热器、温度传感器和摄像头,所述箱体外还设有控制芯片、存储器、显示屏和用于供电的电源;所述2个电流毫安表、2个LED灯亮度调节旋钮、加热器、温度传感器、摄像头、存储器和显示屏均与控制芯片电连接;一组LED灯组件分别与一个电流毫安表和一个LED灯亮度调节旋钮电连接,另一组LED灯组件分别与另一个电流毫安表和另一个LED灯亮度调节旋钮电连接。
作为优选,所述箱体内还设有加湿器和湿度传感器,所述加湿器和湿度传感器均与控制芯片电连接。
作为优选,所述加热器为分布在箱体两侧的若干个横向的加热片。
作为优选,一组LED灯组依次与一个LED灯亮度调节旋钮和一个电流毫安表串联,另一组LED灯组依次与另一个LED灯亮度调节旋钮和另一个电流毫安表串联,两个串联电路并联,两组LED灯组均与DC9V电源的一端电连接,两个电流毫安表均与DC9V电源的另一端电连接。
作为优选,还包括电源适配器,电源通过电源适配器与交流电220V电连接。
本发明采用组合嵌套式的箱体结构设计,装置总体分为上下两部分,下半部是植物生长基座,作为本装置的基座,保持本装置的平稳,同时在基座里可以放置供植物生长的土壤、营养基以及植物幼苗或种子。基座的后部安装有垂直的背景板,背景板上贴有居中的十字标尺图案作为直角坐标系,可以作为植物生长的背景参照物。装置的上半部是箱体,箱体的正面上部包括:用玻璃制作的观察窗,以及覆盖在观察窗外的遮光窗帘;通过观察窗可以用肉眼观察植物的生长状况,或者用摄影器材进行拍摄;遮光窗帘则可以在不使用观察窗的时候确保在箱体内部环境中生长的植物不受外部光线的干扰。通过控制芯片控制加热器和加湿器的工作,达到不同的植物设定适合其生长的温度值和湿度值;通过显示屏显示箱体内的温度值和湿度值。箱体的正面下部包括:两只电流表、两只LED灯亮度调节旋钮以及电源开关,箱体的两侧装有LED灯组件,电源插座位于箱体侧面的下部,LED灯组件可根据需要,选用不同波长或颜色的LED单色灯或者白色LED灯,两只LED灯亮度调节旋钮可以分别调节两侧LED灯组件的亮,而两只电流表可以分别监测两侧LED灯组件的亮度,考虑到目前LED灯的产品一致性特征,可以认为通过LED相同的电流值所对应的光亮度是一致的,也可以认为在LED灯的额定电流内,LED灯的光亮度和其通过的电流大小对应。通过控制芯片控制两个LED灯亮度调节旋钮;通过控制芯片控制摄像头在设定的时间点对植物的生长情况进行拍照。
本发明的操作过程如下:
放置植物的种子或幼苗;罩上箱体;选取合适的LED灯组件并装于箱体两侧;通过控制芯片控制加热器和加湿器的工作,达到不同的植物设定适合其生长的温度值和湿度值;通过显示屏显示读取箱体内的温度值和湿度值;通过控制芯片控制两个LED灯亮度调节旋钮;通过控制芯片控制摄像头在设定的时间点对植物的生长情况进行拍照;控制芯片对相同时间点的不同电流值时的照片进行处理,获得植物在直角坐标系的投影位置,计算植物主茎的斜率,进而计算某时刻的植物主茎的斜率与电流值的函数。
一种植物趋光性检测装置的检测方法,包括如下步骤:
(6-1)在植物生长基座上放置营养基和待检测植物的种子或幼苗;
(6-2)根据不同的植物设定适合其生长的温度值A,A的取值范围为[A1,A2],通过控制芯片控制加热器的工作:
当温度传感器检测的温度值A小于A1时,控制加热器工作;当温度传感器检测的温度值A大于A2时,控制加热器停止工作;控制芯片控制显示屏显示箱体内的温度值A;
(6-3)根据电流的设定值Ii,通过控制芯片控制两个LED灯亮度调节旋钮,使2个电流毫安表的数值的差值为设定值Ii,同时控制芯片读取电流毫安表的数值,其中,i的取值范围为[1,n];
(6-4)m天后,在设定的时间点控制摄像头对植物的生长情况进行拍照;
(6-5)当i<n时,使i的值增加1,使电流的设定值Ii增大ΔI,返回步骤(6-1);
(6-6)控制芯片对不同电流值Ii时的照片进行处理,获得植物在直角坐标系的投影位置,计算植物主茎的斜率K和植物主茎的长度,得到表征植物趋光性的两个函数关系:植物主茎的斜率与电流值的函数关系K=f(I)和植物主茎的长度与电流值的函数关系L= h(I)。
作为优选,所述箱体内还设有加湿器和湿度传感器,所述加湿器和湿度传感器均与控制芯片电连接;步骤(6-2)由步骤(7-1)替换,具体步骤如下:
(7-1)根据不同的植物设定适合其生长的温度值A和湿度值B,A的取值范围为[A1,A2],B的取值范围为[B1,B2],通过控制芯片控制加热器和加湿器的工作;
设定C=A*a+100*B*b,其中,a的取值范围为[0.8,0.9],b的取值范围为[0.1,0.2],a+b=1,C的取值范围为[C1,C2];
当C小于C1,B小于B1时,控制加湿器工作;当C小于C1,A小于A1时,控制加热器工作;当C大于C2,A大于A2时,控制加热器停止工作;当C大于C2,B大于B2时,控制加湿器停止工作;
控制芯片控制显示屏显示箱体内的温度值A和湿度值B。
作为优选,所述加热器为分布在箱体两侧的若干个横向的加热片;步骤(7-1)还包括如下步骤:
温度传感器检测的温度值A小于A1时,控制所有的加热片工作;当温度传感器检测的温度值A大于A3时,只留一个加热片工作,控制其他加热片停止工作;当温度传感器检测的温度值A大于A2时,控制所有的加热片停止工作;其中,A1<A3<A2。
设置温度值A3,更加精细的控制加热器的工作情况,防止温度过高对植物造成伤害。
作为优选,所述温度值A1的取值范围为15℃至25℃,所述温度值A2的取值范围为35℃至40℃,所述温度值A3的取值范围为30℃至39℃,所述湿度值B1的取值范围为50%至70%,所述湿度值B2的取值范围为80%至90%。
其中,C1,C2的值根据A1、a、B1、b确定。
因此,本发明具有如下有益效果:可设定植物生长的光源环境、具有定量检测数据。
附图说明
图1是本发明的外部的一种结构示意图;
图2是本发明的内部的一种结构示意图;
图3是本发明的一种结构原理框图;
图4是本发明的一种电路原理图;
图5是本发明的一种操作流程图。
图中:箱体1、植物生长基座2、LED灯组件3、直角坐标系4、观察窗5、遮光窗帘6、电流毫安表7、LED灯亮度调节旋钮8、加热器9、温度传感器10、摄像头11、控制芯片12、存储器13、显示屏14、加湿器15、湿度传感器16、电源适配器17。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图1、图2、图3的实施例是一种植物趋光性检测装置,包括箱体1,设于箱体内底部的植物生长基座2,设于箱体内两侧的两组LED灯组件3,设于箱体内表面的直角坐标系4,设于箱体前表面中部的观察窗5,设于箱体外用于遮挡观察窗的遮光窗帘6,设于箱体前表面下部的2个电流毫安表7和2个LED灯亮度调节旋钮8,所述箱体内还设有加热器9、温度传感器10和摄像头11,所述箱体外还设有控制芯片12、存储器13、显示屏14和用于供电的电源;所述2个电流毫安表、2个LED灯亮度调节旋钮、加热器、温度传感器、摄像头、存储器和显示屏均与控制芯片电连接;一组LED灯组件分别与一个电流毫安表和一个LED灯亮度调节旋钮电连接,另一组LED灯组件分别与另一个电流毫安表和另一个LED灯亮度调节旋钮电连接;所述箱体内还设有加湿器15和湿度传感器16,所述加湿器和湿度传感器均与控制芯片电连接;所述加热器为分布在箱体两侧的若干个横向的加热片;还包括电源适配器17,电源通过电源适配器与交流电220V电连接。
图4是本发明的一种电路原理图,一组LED灯组依次与一个LED灯亮度调节旋钮和一个电流毫安表串联,另一组LED灯组依次与另一个LED灯亮度调节旋钮和另一个电流毫安表串联,两个串联电路并联,两组LED灯组均与DC9V电源的一端电连接,两个电流毫安表均与DC9V电源的另一端电连接。
一种植物趋光性检测装置的检测方法,包括如下步骤:
步骤100:在植物生长基座上放置营养基和待检测植物的种子或幼苗;
步骤200:根据不同的植物设定适合其生长的温度值A和湿度值B,A的取值范围为[A1,A2],B的取值范围为[B1,B2],通过控制芯片控制加热器和加湿器的工作;
设定C=A*a+100*B*b,其中,a的取值范围为[0.6,0.8],b的取值范围为[0.3,0.5],a+b=1,C的取值范围为[C1,C2];
当C小于C1,B小于B1时,控制加湿器工作;当C小于C1,A小于A1时,控制加热器工作;当C大于C2,A大于A2时,控制加热器停止工作;当C大于C2,B大于B2时,控制加湿器停止工作;
温度传感器检测的温度值A小于A1时,控制所有的加热片工作;当温度传感器检测的温度值A大于A3时,只留一个加热片工作,控制其他加热片停止工作;当温度传感器检测的温度值A大于A2时,控制所有的加热片停止工作;其中,A1<A3<A2;
控制芯片控制显示屏显示箱体内的温度值A和湿度值B;
步骤300:根据电流的设定值Ii,通过控制芯片控制两个LED灯亮度调节旋钮,使2个电流毫安表的数值的差值为设定值Ii,同时控制芯片读取电流毫安表的数值,其中,i的取值范围为[1,n];
步骤400:m天后,在设定的时间点控制摄像头对植物的生长情况进行拍照;
步骤500:当i<n时,使i的值增加1,使电流的设定值Ii增大ΔI,返回步骤100;
步骤600:控制芯片对不同电流值Ii时的照片进行处理,获得植物在直角坐标系的投影位置,计算植物主茎的斜率K和植物主茎的长度,得到表征植物趋光性的两个函数关系:植物主茎的斜率与电流值的函数关系K=f(I)和植物主茎的长度与电流值的函数关系L= h(I)。
作为优选,所述温度值A1为25℃,所述温度值A2为35℃,所述温度值A3为34℃,所述湿度值B1为70%,所述湿度值B2为80%,a=0.8,b=0.2,所述C1取值为34,所述C2取值为44。
取m=8,n=5,I1=40,ΔI=10,设置左侧LED灯的电流值小于右侧LED灯的电流值,电流I的单位为mA,电流Ii分别为40、50、60、70、80,直角坐标系的x轴和y轴的单位为cm,植物根部坐标为(0,-10),根据摄像头拍摄的照片得到5个植物顶部坐标,计算植物主茎的斜率和植物主茎的长度;得到植物主茎的斜率与电流值的关系点坐标,植物主茎的长度与电流值的关系点坐标;使用最小二乘法计算,得到植物主茎的斜率与电流值的拟合直线为K=k1I+b1和植物主茎的长度与电流值的拟合直线为L= k2I+b2;电流值I表示LED灯的光的亮度,因此,函数K和L表征了植物趋光性与光照强度的关系。
因此,本发明具有可设定植物生长的光源环境、具有定量检测数据的特点。
应理解,本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (9)
1.一种植物趋光性检测装置,其特征是,包括箱体(1),设于箱体内底部的植物生长基座(2),设于箱体内两侧的两组LED灯组件(3),设于箱体内表面的直角坐标系(4),设于箱体前表面中部的观察窗(5),设于箱体外用于遮挡观察窗的遮光窗帘(6),设于箱体前表面下部的2个电流毫安表(7)和2个LED灯亮度调节旋钮(8),所述箱体内还设有加热器(9)、温度传感器(10)和摄像头(11),所述箱体外还设有控制芯片(12)、存储器(13)、显示屏(14)和用于供电的电源;所述2个电流毫安表、2个LED灯亮度调节旋钮、加热器、温度传感器、摄像头、存储器和显示屏均与控制芯片电连接;一组LED灯组件分别与一个电流毫安表和一个LED灯亮度调节旋钮电连接,另一组LED灯组件分别与另一个电流毫安表和另一个LED灯亮度调节旋钮电连接。
2.根据权利要求1所述的一种植物趋光性检测装置,其特征是,所述箱体内还设有加湿器(15)和湿度传感器(16),所述加湿器和湿度传感器均与控制芯片电连接。
3.根据权利要求1所述的一种植物趋光性检测装置,其特征是,所述加热器为分布在箱体两侧的若干个横向的加热片。
4.根据权利要求1所述的一种植物趋光性检测装置,其特征是,一组LED灯组依次与一个LED灯亮度调节旋钮和一个电流毫安表串联,另一组LED灯组依次与另一个LED灯亮度调节旋钮和另一个电流毫安表串联,两个串联电路并联,两组LED灯组均与DC9V电源的一端电连接,两个电流毫安表均与DC9V电源的另一端电连接。
5.根据权利要求1所述的一种植物趋光性检测装置,其特征是,还包括电源适配器(17),电源通过电源适配器与交流电220V电连接。
6.一种基于权利要求1所述的植物趋光性检测装置的检测方法,其特征是,包括如下步骤:
(6-1)在植物生长基座上放置营养基和待检测植物的种子或幼苗;
(6-2)根据不同的植物设定适合其生长的温度值A,A的取值范围为[A1,A2],通过控制芯片控制加热器的工作:
当温度传感器检测的温度值A小于A1时,控制加热器工作;当温度传感器检测的温度值A大于A2时,控制加热器停止工作;控制芯片控制显示屏显示箱体内的温度值A;
(6-3)根据电流的设定值Ii,通过控制芯片控制两个LED灯亮度调节旋钮,使2个电流毫安表的数值的差值为设定值Ii,同时控制芯片读取电流毫安表的数值,其中,i的取值范围为[1,n];
(6-4)m天后,在设定的时间点控制摄像头对植物的生长情况进行拍照;
(6-5)当i<n时,使i的值增加1,使电流的设定值Ii增大ΔI,返回步骤(6-1);
(6-6)控制芯片对不同电流值Ii时的照片进行处理,获得植物在直角坐标系的投影位置,计算植物主茎的斜率K和植物主茎的长度,得到表征植物趋光性的两个函数关系:植物主茎的斜率与电流值的函数关系K=f(I)和植物主茎的长度与电流值的函数关系L= h(I)。
7.根据权利要求6所述的一种植物趋光性检测装置的检测方法,所述箱体内还设有加湿器和湿度传感器,所述加湿器和湿度传感器均与控制芯片电连接;其特征是,步骤(6-2)由步骤(7-1)替换,具体步骤如下:
(7-1)根据不同的植物设定适合其生长的温度值A和湿度值B,A的取值范围为[A1,A2],B的取值范围为[B1,B2],通过控制芯片控制加热器和加湿器的工作;
设定C=A*a+100*B*b,其中,a的取值范围为[0.8,0.9],b的取值范围为[0.1,0.2],a+b=1,C的取值范围为[C1,C2];
当C小于C1,B小于B1时,控制加湿器工作;当C小于C1,A小于A1时,控制加热器工作;当C大于C2,A大于A2时,控制加热器停止工作;当C大于C2,B大于B2时,控制加湿器停止工作;
控制芯片控制显示屏显示箱体内的温度值A和湿度值B。
8.根据权利要求7所述的一种植物趋光性检测装置的检测方法,所述加热器为分布在箱体两侧的若干个横向的加热片;其特征是,步骤(7-1)还包括如下步骤:
温度传感器检测的温度值A小于A1时,控制所有的加热片工作;当温度传感器检测的温度值A大于A3时,只留一个加热片工作,控制其他加热片停止工作;当温度传感器检测的温度值A大于A2时,控制所有的加热片停止工作;其中,A1<A3<A2。
9.根据权利要求8所述的一种植物趋光性检测装置的检测方法,其特征是,所述温度值A1的取值范围为15℃至25℃,所述温度值A2的取值范围为35℃至40℃,所述温度值A3的取值范围为30℃至39℃,所述湿度值B1的取值范围为50%至70%,所述湿度值B2的取值范围为80%至90%。
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Legal Events
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---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |