CN111338280A - 一种基于光周期诱导甘蔗开花的控制系统 - Google Patents

一种基于光周期诱导甘蔗开花的控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于光周期诱导甘蔗开花的控制系统。控制系统包括：计算机、数据交换机和PLC控制站。其中，光诱导室内设置有光源，计算机内置有分布式控制系统软件，计算机与PLC控制站通过数据交换机连接。PLC控制站能够根据目标光照时长和自然光照时长控制载有甘蔗亲本的甘蔗车甘蔗车进入光诱导室。当甘蔗亲本接受自然光照的时长等于目标光照时长时，PLC控制站控制甘蔗车甘蔗车进入光源关闭即黑暗的光诱导室，使其不再接受光照。当自然光照时长小于目标光照时长时，通过开启光源对甘蔗亲本进行补光，使其接受光照的时长等于目标光照时长，从而实现稳定精准地控制甘蔗开花的目的，使甘蔗开花不受环境因素的影响。

Description

一种基于光周期诱导甘蔗开花的控制系统
技术领域
本发明涉及智能化诱导甘蔗开花的技术领域，特别是涉及一种基于光周期诱导甘蔗开花的控制系统。
背景技术
甘蔗育种过程中，选用优良基因的双亲进行有性杂交是选育新良种的基础，也是提高甘蔗产量和糖分的主要途径。而甘蔗开花是有性杂交育种的前提和条件。
目前，甘蔗有性杂交受到亲本不开花或开花迟的困扰。我国有十分丰富的甘蔗种植资源，但甘蔗开花的问题导致其不能得到充分合理的利用。Badila是珍贵的热带种品种，也是甘蔗杂交利用的重点。但是由于该品种在自然条件下不开花或开花太迟，这给甘蔗创新育种带来极大的困难。人工调控光周期诱导甘蔗开花的技术受环境因素影响较大，存在稳定性差且不能精准控制诱导时间的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于光周期诱导甘蔗开花的控制系统，能够稳定精准地控制甘蔗开花，使甘蔗开花不受环境因素的影响。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于光周期诱导甘蔗开花的控制系统，所述控制系统包括：计算机、数据交换机和PLC控制站；其中，
所述计算机内置有分布式控制系统软件，所述计算机与所述PLC控制站通过所述数据交换机连接；
所述PLC控制站用于根据目标光照时长和自然光照时长控制载有甘蔗亲本的甘蔗车进入光诱导室，并当所述自然光照时长小于所述目标光照时长时，开启所述光诱导室内设置的光源对所述甘蔗亲本进行补光至所述甘蔗亲本接受光照的时长等于所述目标光照时长。
可选的，所述PLC控制站包括：CPU模块、通讯模块和输入/输出模块；其中，
所述输入/输出模块分别与所述甘蔗车、所述光源和所述CPU模块连接；
所述CPU模块用于根据目标光照时长和自然光照时长控制所述甘蔗车进入所述光诱导室，并当所述自然光照时长小于所述目标光照时长时，开启所述光源对所述甘蔗亲本进行补光至所述甘蔗亲本接受光照的时长等于所述目标光照时长；
所述通讯模块与所述数据交换机连接。
可选的，所述光诱导室内还设置有温度传感器、湿度传感器和光照强度传感器，所述温度传感器、所述湿度传感器和所述光照强度传感器均与所述输入/输出模块连接。
可选的，所述光诱导室内还设置有分别与所述输入/输出模块连接的空调和喷雾装置；所述CPU模块用于根据所述温度传感器检测的温度信号控制所述空调工作，以使所述光诱导室内的温度维持在期望温度范围内；所述CPU模块还用于根据所述湿度传感器检测的湿度信号控制所述喷雾装置工作，以使所述光诱导室内的湿度维持在期望湿度范围内。
可选的，对应所述光诱导室的闸门还设置有闸门位置传感器，所述闸门位置传感器与所述输入/输出模块连接。
可选的，所述控制系统还包括与所述甘蔗车连接的卷扬机，所述卷扬机与所述输入/输出模块连接，所述CPU模块用于根据所述闸门位置传感器检测的闸门位置信号控制所述卷扬机运动，以将所述甘蔗车拉入或拉出所述光诱导室。
可选的，5月中旬至9月23日期间，每天的所述目标光照时长为(12+a)小时；9月24日至甘蔗开始孕穗期间，所述目标光照时长每天缩短b秒，直至所述目标光照时长为12小时。
可选的，所述控制系统还包括GPRS通信模块，移动终端通过所述GPRS通信模块与所述数据交换机连接。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的基于光周期诱导甘蔗开花的控制系统包括：计算机、数据交换机和PLC控制站。其中，光诱导室内设置有光源，计算机内置有分布式控制系统软件，计算机与PLC控制站通过数据交换机连接。PLC控制站能够根据目标光照时长和自然光照时长控制载有甘蔗亲本的甘蔗车进入光诱导室，当自然光照时长小于目标光照时长时，开启光源对甘蔗亲本进行补光至甘蔗亲本接受光照的时长等于目标光照时长。可见，本发明提供的控制系统，当甘蔗亲本接受自然光照的时长等于目标光照时长时，PLC控制站控制甘蔗车进入光源关闭即黑暗的光诱导室，使其不再接受光照。当自然光照时长小于目标光照时长时，通过开启光源对甘蔗亲本进行补光，使其接受光照的时长等于目标光照时长，从而实现稳定精准地控制甘蔗开花的目的，使甘蔗开花不受环境因素的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1提供的一种基于光周期诱导甘蔗开花的控制系统的结构框图；
图2为本发明实施例提供的基于光周期诱导甘蔗开花的控制系统的实施结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于光周期诱导甘蔗开花的控制系统，能够稳定精准地控制甘蔗开花，使甘蔗开花不受环境因素的影响。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例1提供的一种基于光周期诱导甘蔗开花的控制系统的结构框图。如图1所示，所述控制系统包括：计算机1、数据交换机2和PLC控制站3。
基于光周期诱导的光诱导室内设置有光源。所述计算机1内置有分布式控制系统软件，所述计算机1与所述PLC控制站3通过所述数据交换机2连接。
所述PLC控制站3用于根据目标光照时长和自然光照时长控制载有甘蔗亲本的甘蔗车进入所述光诱导室，并当所述自然光照时长小于所述目标光照时长时，开启所述光源以对所述甘蔗亲本进行补光至所述甘蔗亲本接受光照的时长等于所述目标光照时长。
作为一种可选方案，所述PLC控制站包括：CPU模块、通讯模块和输入/输出模块即I/O模块。所述输入/输出模块分别与所述甘蔗车、所述光源和所述CPU模块连接。所述CPU模块用于根据目标光照时长和自然光照时长控制载有甘蔗亲本的甘蔗车进入所述光诱导室，并当所述自然光照时长小于所述目标光照时长时，开启所述光源以对所述甘蔗亲本进行补光至所述甘蔗亲本接受光照的时长等于所述目标光照时长。所述通讯模块与所述数据交换机2连接。
为了进一步控制光诱导室内的温度和湿度，所述光诱导室内还设置有分别与所述输入/输出模块连接的空调、喷雾装置、温度传感器、湿度传感器和光照强度传感器。所述CPU模块用于根据所述温度传感器检测的温度信号控制所述空调工作，以使所述光诱导室内的温度维持在期望温度范围内；所述CPU模块还用于根据所述湿度传感器检测的湿度信号控制所述喷雾装置工作，以使所述光诱导室内的湿度维持在期望湿度范围内。所述CPU模块还可以根据所述光照强度传感器检测的光照强度信号调控所述光源的光强。
进一步地，本实施例中对应所述光诱导室的闸门还设置有闸门位置传感器，所述控制系统还包括与所述甘蔗车连接的卷扬机。所述闸门位置传感器与所述输入/输出模块连接。所述卷扬机与所述输入/输出模块连接。所述CPU模块用于根据所述闸门位置传感器检测的闸门位置信号控制所述卷扬机运动，以将所述甘蔗车拉入或拉出所述光诱导室。
为了提高远程管控性能，所述控制系统还可设置有GPRS通信模块4，移动终端5通过所述GPRS通信模块4与所述数据交换机2连接。本实施例中，移动终端为手机。
实际应用中，可根据具体的育种对象和环境因素设置目标光照时长。本实施例中，5月中旬至9月23日期间，每天的目标光照时长为(12+a)小时。9月24日至甘蔗开始孕穗期间，目标光照时长每天缩短b秒，直至目标光照时长为12小时。其中，a的可选范围为：0.3≤a≤0.5，优选地，a＝0.4。其中，b的可选范围为：20≤b≤40，优选地，b＝30。
图2为本发明实施例提供的基于光周期诱导甘蔗开花的控制系统的实施结构框图。下面以海南省三亚市广州甘蔗糖业研究所在海南甘蔗育种试验区进行的基于光周期诱导甘蔗开花的过程为例，结合图2介绍本发明的具体实施过程。试验区地处于北纬18°21′，年平均气温25.7℃，最高月平均气温28.7℃，最低月平均气温21.4℃。全年日照时间为2534小时，年平均降水量为1347.5毫米。
(一)亲本种植与管理
1.亲本植期
10月初将亲本植株块茎育于苗床，苗床表面覆盖地膜。待蔗苗出齐后揭除地膜，11月中旬将蔗苗移植到塑料桶里。
2.种植方法
用沙壤土、腐熟的牛肥、砂以4∶1.5∶1的比列作为混合栽培基质，将基质装满桶。每桶的材料选取粗壮、无病虫害、长势健康的4～5株蔗苗移植于桶内。
3.苗期管理
从苗期开始每月施一次呋喃丹，每桶每次施约30g，以防止地老虎等地下害虫。每月施一次杀虫丹，每桶每次施约4g，防治螟虫。每月施一次N、P、K复合肥，每桶每次施约20g，甘蔗生长期间仅施两次尿素，于6月止肥。并及时除去分蘖，每桶保留3条健康主茎。
(二)基于光周期诱导甘蔗亲本开花
1.智能化光周期诱导方法：
如图2所示，本实施例提供的基于光周期诱导甘蔗开花的控制系统包括计算机1、数据交换机2、GPRS通信模块4、手机5、PLC控制站3、信号电缆、现场传感器及执行机构。
其中，计算机1安装有专用的DCS系统(分布式控制系统，Distributed ControlSystem)，该系统具有集中显示、分散控制、兼容能力强的特点，不仅能够为操作人员提供一个可视化窗口，还能记录和分析数据。DCS系统可以通过三个途径进行控制，一是在工业控制柜上安装一个触摸屏进行操作控制；二是控制室中的工业计算机，采用MPI协议进行实时通讯、显示及远程操作控制；三是通过手机移动端APP进行远程操作控制。同时，计算机具有记忆和查询功能，可对各重要参数进行实时连续记录和存贮，数据存贮最长可达30年。
PLC控制站3包括CPU模块、通讯模块和I/O模块。CPU模块与I/O模块通过MPI协议实现数据交互，I/O模块通过信号电缆与现场的传感器及执行机构连接并完成D/A转换和A/D转换。本实施例中，I/O模块通过信号电缆连接温度传感器、湿度传感器、光照强度传感器、闸门执行器、卷扬机执行器和喷淋电子阀。I/O模块主要完成与现场传感器及执行机构的连接，实现控制器数据采集及运算结果输出的A/D转换和/或D/A转换功能。CPU模块采集系统所有数据，并根据现场传感器的数据控制执行机构。通讯模块通过数据交换机将PLC控制站3、GPRS通信模块与计算机1相连接，通过工业以太网方式远传至计算机1，采用MPI协议进行实时通讯、显示及远程操作控制。同时GPRS通信模块通过数据交换机连入PLC控制站，操作人员可通过手机移动端APP进行远程操作，实现智能化调控光照强度、温度和湿度。
本实施例中，PLC控制站与计算机是相对独立运行的，在计算机(或触摸屏)退出或者死机的情况下还能保证控制系统的顺利运行。I/O模块及分站扩展模块均采用ET200M系列产品，并采取有源背板的方式，利用PROFIBUS的通讯方式将I/O与现场总线相连。所有的I/O模块均支持热插拔，完全不影响其他模块的运行，对各模块组态时将同一个光诱导室的所有参数整合到同一组模块中，保证了每间光诱导室的独立性，确保控制系统运行的稳定性及安全性。
待亲本材料生长期达到满足光周期处理所需株龄时，选用桶栽节茎有5～6节健康、无病虫害的甘蔗在光诱导室内进行诱导。本实施例中，从次年5月16日起，将亲本材料移至甘蔗车上进行诱导，以LED灯为光源，以12小时25分固定日长处理至9月23日止。从9月24日开始以30s/天递减日光照时长至日光照时长为12小时，至甘蔗孕穗开花停止光照。其中，日光照时长为自然光照时长和自动补光时长的和。
2.光周期DCS自动控制：
(1)甘蔗车控制：
a.甘蔗车拉进光诱导室
根据三亚市气象局公布的日出日落时刻表，设定好固定光照时间和递减光照时间表，将时间表导入计算机中的DCS系统。当设定时间一到，DCS系统首先控制灯源开启，立即开启闸门；待闸门开启到位后，该系统自动控制卷扬机启动将甘蔗车拉入光诱导室内；最后当甘蔗车到达指定位置后关闭闸门，开启空调和风机，确保循环送风，并打开喷雾增加湿度，对温度及湿度进行实时控制。
b.甘蔗车拉出诱导室
DCS系统根据诱导时间表，当设定时间一到，首先立即关闭灯源，打开闸门；当闸门开启到位后，将甘蔗车拉出诱导室；最后当甘蔗车到达指定位置后，关闭空调并拉下闸门。实际应用中，可通过诱导室外的喷淋系统对温度及湿度进行实时调控。
(2)温度控制：
光诱导室内的对角设置有两个CWS18-06-V5-B-G型温湿度检测器，三面墙壁均铺设一层保温材料，外面采用彩钢板，构成送风循环系统，确保了送风均匀。考虑空气冷热对流，通过PLC控制站对空调和风机进行实时调控，精准控制夜间温度为22.5℃。
(3)湿度控制：
对于光诱导室，PLC控制站根据房间内的湿度检测器的检测结果控制喷雾电磁阀开启或关闭，使得光诱导室内的湿度保持在80％以上，记录并保存湿度数据。对于光诱导室外，取室外湿度作为控制参考信号，综合水管压力，通过控制喷淋电磁阀将室外湿度保持在75％以上，记录并保存湿度数据。
(4)补光控制：
根据三亚市气象局公布日出日落时刻表，首先设定固定光照时长为12小时25分，以固定光照时长处理至9月23日止。从9月24日开始以30s/天的速度递减光照时长至光照时长为12小时为止，此后每天固定光照时长为12小时至12月底止。将设定好的光照时间表导入计算机中的DCS系统，该系统根据预设时间自动开启或关闭补光灯源，可将启、停时间精确控制到小于或者等于1s，并通过光照强度SPIC-200型监控器对灯源光强进行实时检测，并做好记录，保存试验数据。
(5)异常情况处理
当温度、湿度、灯源或甘蔗车信号出现错误时，DCS系统立即发出声光报警信号，且自动对闸门、空调、灯源和电机电流进行保护，同时在计算机屏幕上提示相应的故障部位及原因，并在系统内部作好忠实的记录，方便管理人员查询及检修。
试验结果表明：5月16日开始诱导处理亲本，诱导亲本开花效果比较明显，是比较适合的诱导处理起始时间；先固定12小时25分光照处理，再以30秒/天递减，直至12小时光照固定至孕穗开始；夜间温度22.5℃，湿度75～80％，通过自动控制光照、温度和湿度，成功诱导甘蔗开花以及提早开花，实现与野生资源及其杂交后代进行杂交和回交的目的，为培育出含有野生种血缘的新品种(品系)提供了可能，对拓宽甘蔗遗传背景、品种改良及创制新的独立亲本体系奠定了基础。
本发明提供的基于光周期诱导甘蔗开花的控制系统能够满足精准、连续诱导甘蔗开花的要求。采用本发明提供的控制系统可诱导Badila等难开花亲本开花，可使得ROC16、ROC22花期提前15～20天，并且花期延长10～15天，确保甘蔗花期相遇，进行有性杂交。本发明解决了Badila、中国种、大茎野生种不开花或开花迟的问题，有助于培育出含野生种血缘的新品系及品种，为拓宽甘蔗遗传背景、品种改良及创立亲本体系奠定了基础。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种基于光周期诱导甘蔗开花的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：计算机、数据交换机和PLC控制站；其中，
所述计算机内置有分布式控制系统软件，所述计算机与所述PLC控制站通过所述数据交换机连接；
所述PLC控制站用于根据目标光照时长和自然光照时长控制载有甘蔗亲本的甘蔗车进入光诱导室，并当所述自然光照时长小于所述目标光照时长时，开启所述光诱导室内设置的光源对所述甘蔗亲本进行补光至所述甘蔗亲本接受光照的时长等于所述目标光照时长。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述PLC控制站包括：CPU模块、通讯模块和输入/输出模块；其中，
所述输入/输出模块分别与所述甘蔗车、所述光源和所述CPU模块连接；
所述CPU模块用于根据目标光照时长和自然光照时长控制所述甘蔗车进入所述光诱导室，并当所述自然光照时长小于所述目标光照时长时，开启所述光源对所述甘蔗亲本进行补光至所述甘蔗亲本接受光照的时长等于所述目标光照时长；
所述通讯模块与所述数据交换机连接。
3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述光诱导室内还设置有温度传感器、湿度传感器和光照强度传感器，所述温度传感器、所述湿度传感器和所述光照强度传感器均与所述输入/输出模块连接。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述光诱导室内还设置有分别与所述输入/输出模块连接的空调和喷雾装置；所述CPU模块用于根据所述温度传感器检测的温度信号控制所述空调工作，以使所述光诱导室内的温度维持在期望温度范围内；所述CPU模块还用于根据所述湿度传感器检测的湿度信号控制所述喷雾装置工作，以使所述光诱导室内的湿度维持在期望湿度范围内。
5.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，对应所述光诱导室的闸门还设置有闸门位置传感器，所述闸门位置传感器与所述输入/输出模块连接。
6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括与所述甘蔗车连接的卷扬机，所述卷扬机与所述输入/输出模块连接，所述CPU模块用于根据所述闸门位置传感器检测的闸门位置信号控制所述卷扬机运动，以将所述甘蔗车拉入或拉出所述光诱导室。
7.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，5月中旬至9月23日期间，每天的所述目标光照时长为(12+a)小时；9月24日至甘蔗开始孕穗期间，所述目标光照时长每天缩短b秒，直至所述目标光照时长为12小时。
8.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括GPRS通信模块，移动终端通过所述GPRS通信模块与所述数据交换机连接。
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