本發(fā)明屬于種子發(fā)芽試驗研究技術領域，具體涉及一種基于單片機控制的種子發(fā)芽試驗輔助決策系統(tǒng)。

背景技術：

種子發(fā)芽試驗過程的目的是，在發(fā)芽試驗室內幼苗出現(xiàn)和生長達到一定階段時，判定幼苗的主要構造是否能在室外土壤適宜條件下進一步生長成為正常植株；種子發(fā)芽的主要測定項目有發(fā)芽率、正常幼苗、不正常幼苗、未發(fā)芽的種子、新鮮不發(fā)芽種子等；在發(fā)芽過程中，溫度、光照，濕度，水分是重要的條件，它們最終決定以上重要指標結果；種子發(fā)芽過程的試驗研究，首先要選出具有能較好體現(xiàn)種子發(fā)芽指標的環(huán)境因子控制條件；然后再按照優(yōu)選出的試驗的各發(fā)芽階段重要控制條件再進行足夠的樣本試驗；當樣本試驗數(shù)據(jù)分析獲得滿意的統(tǒng)計結果后，才能進行進一步研究和推廣；因此，為了提高效率和縮短研究開發(fā)周期，迫切需要建立智能控制與輔助決策密切結合的系統(tǒng)，這個系統(tǒng)既能支持科研者分析并且優(yōu)選出較好發(fā)芽指標的試驗過程控制條件，又能支持對樣本試驗結果進行統(tǒng)計分析，同時還能按照試驗的各階段光照，溫度，濕度和水分條件進行發(fā)芽過程的智能控制；建立該系統(tǒng)是改進研究質量，減少研究工作量的重要措施。

目前使用的種子發(fā)芽設施有光照培養(yǎng)箱、智能種子發(fā)芽室兩大類；光照培養(yǎng)箱大多采用強制對流的方式來控制溫度、濕度、光照等參數(shù)，由于強制對流方式使發(fā)芽床的水分容易迅速喪失，加之環(huán)境密閉，造成種子發(fā)芽后幼苗生理失衡，成活率低等現(xiàn)象；智能種子發(fā)芽室可根據(jù)用戶的要求的種子發(fā)芽所需要的時間、溫度、濕度、光照值段進行微電腦全自動控制，控制板一體化，為種子發(fā)芽提供穩(wěn)定的環(huán)境條件，但存在著投入高，場地占用大的缺陷。

為了解決試驗效果與成本問題，已經有人自行搭建的發(fā)芽自動控制室；謝平等(2008)以ATS單片機為核心，用C語言編寫控制軟件，建立了對培養(yǎng)箱的溫度、濕度、光照的自動控制；岑益超(2014)設計了基于STM8S單片機和REX3U無線網(wǎng)絡，使用C語言編寫控制程序的植物組培高效智能LED光照系統(tǒng)；但這些研究僅僅集中在組培苗的培養(yǎng)。

發(fā)明專利“一種網(wǎng)絡化的種子除濕控制系統(tǒng)”(CN 103955240 B)雖然對種子實現(xiàn)了較好的濕度控制，但是并沒有對發(fā)芽過程的光照，溫度等條件的實施控制。

分析以上所述，現(xiàn)有各種發(fā)芽設備和設施的共同缺陷是，僅僅提供一個發(fā)芽過程的控制或者部分條件控制，不能輔助研究者進行與發(fā)芽過程控制相結合的“種子發(fā)芽條件參數(shù)的優(yōu)選決策”，也不能在指定優(yōu)選發(fā)芽參數(shù)下進行樣本試驗自動控制及其研究的輔助決策，同時仍然離不開人工計算和有較多工作量，造成不少處理誤差，因而無法提高種子發(fā)芽全過程研究的效率、質量和方便性。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決以上缺陷技術問題，本發(fā)明提供一種基于單片機控制的種子發(fā)芽試驗輔助決策系統(tǒng)；本發(fā)明采用面向對象模塊化技術和嵌入式開發(fā)技術，在PC機上采用Python腳本文件對種子發(fā)芽過程控制及決策分析研究進行描述，建立發(fā)芽過程監(jiān)控模塊、發(fā)芽研究輔助決策模塊和數(shù)據(jù)庫模塊，以此作為上位機，通過以單片機為核心的發(fā)芽試驗智能控制器，對種子發(fā)芽室內光照、溫度、濕度、水分環(huán)境參數(shù)進行實時采集，實現(xiàn)智能自動調節(jié)功能；同時將反饋來的過程結果進行數(shù)據(jù)分析，以供研究者進行控制條件優(yōu)選；進一步，通過發(fā)芽試驗智能控制器和發(fā)芽室，對優(yōu)選發(fā)芽方案再進行樣本試驗，然后對樣本試驗的結果信息進行統(tǒng)計分析，從而幫助科研人員脫離了繁雜的數(shù)據(jù)統(tǒng)計過程，提高了效率和縮短研究開發(fā)周期，完成了種子發(fā)芽研究全過程的信息化。

本發(fā)明的技術方案如下：

1.一種基于單片機控制的種子發(fā)芽試驗輔助決策系統(tǒng),其特征在于，包括發(fā)芽過程監(jiān)控模塊、發(fā)芽研究輔助決策模塊、發(fā)芽試驗智能控制器、發(fā)芽室和數(shù)據(jù)庫模塊，所述發(fā)芽過程監(jiān)控模塊，發(fā)芽研究輔助決策模塊和數(shù)據(jù)庫模塊均運行于PC上位機平臺上；發(fā)芽試驗智能控制器是本系統(tǒng)的下位機，發(fā)芽室是被監(jiān)控對象；

所述發(fā)芽過程監(jiān)控模塊：用于獲取來自研究者的發(fā)芽試驗種子基本信息；獲取研究者設置的種子發(fā)芽試驗的溫度，濕度，光照強度，水分，控制誤差參數(shù)數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)傳到發(fā)芽試驗智能控制器中以供執(zhí)行；用于獲得發(fā)芽試驗智能控制器和發(fā)芽室傳來的種子發(fā)芽過程的實時溫度，濕度，光照強度和水分數(shù)據(jù)，以表格和圖形曲線界面展示，并生成按年、月、日記錄的EXCEL格式數(shù)據(jù)報表，供研究者分析使用；用于獲取研究者設置的優(yōu)選方案的樣本試驗的樣本數(shù)，溫度，濕度，光照強度，水分數(shù)據(jù)，控制誤差參數(shù)數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)傳到發(fā)芽試驗智能控制器中,以供執(zhí)行；用于獲取來自發(fā)芽試驗智能控制器和發(fā)芽室的優(yōu)選方案的樣本試驗的實時溫度，濕度，光照強度和水分數(shù)據(jù)，以表格和圖形曲線界面展示，形成按年、月、日記錄的EXCEL格式數(shù)據(jù)報表，供以后試驗數(shù)據(jù)分析使用，并提供查詢；用于獲取來自發(fā)芽試驗智能控制器傳來的發(fā)芽室火警信息，及時發(fā)出火警圖像警告和火警報聲，同時自動傳出切斷發(fā)芽室內除攝像頭外的電源的命令至發(fā)芽試驗智能控制器；用于獲得發(fā)芽試驗智能控制器傳來的發(fā)芽室的水分數(shù)據(jù)，當水分數(shù)據(jù)達到水分干旱臨界值時，及時發(fā)出干旱警告圖像文字和警報聲，以供研究者及時處理；以上各功能涉及的所有數(shù)據(jù)均存儲于數(shù)據(jù)庫模塊；

所述發(fā)芽研究輔助決策模塊：用于獲取來自發(fā)芽試驗智能控制器和發(fā)芽室反饋的發(fā)芽過程試驗數(shù)據(jù)，并且用于獲取研究者在發(fā)芽室調查后輸入的發(fā)芽信息，這些信息包括：SN，LN和ZN；其中，SN表示在發(fā)芽勢調查日所調查的發(fā)芽的種子數(shù)，所述發(fā)芽勢調查日為播種后第3-14天，LN表示在發(fā)芽率調查日所調查的正常幼苗數(shù)，所述發(fā)芽率調查日為播種后第5-35天，ZN表示試驗播種的種子數(shù)，并進行統(tǒng)計分析，以供研究者進行發(fā)芽試驗方案的優(yōu)選；用于為研究者提供探究種子發(fā)芽的最佳發(fā)芽條件及其條件差異檢驗的輔助決策；用于獲取來自發(fā)芽試驗智能控制器和發(fā)芽室反饋的優(yōu)選方案的樣本試驗數(shù)據(jù)，以及獲取研究者輸入的優(yōu)選方案的樣本試驗的SN、LN和ZN數(shù)據(jù)，并進行統(tǒng)計檢驗和分析，輔助研究者對這些樣本試驗進行樣本數(shù)的顯著性差異分析及決策；用于獲取研究者輸入的發(fā)芽試驗研究成功或者失敗的經驗總結，并且存儲供查詢，以上各功能涉及的所有數(shù)據(jù)均存儲于數(shù)據(jù)庫模塊；其中，發(fā)芽勢是在發(fā)芽勢調查日調查的發(fā)芽的種子數(shù)占試驗播種的種子數(shù)的百分率，發(fā)芽率是在發(fā)芽率調查日調查的正常幼苗數(shù)占試驗播種的種子數(shù)的百分率；

所述發(fā)芽試驗智能控制器：采用的單片機型號為STM32F407ZGT6，與上位機相連，接受來自于發(fā)芽室的濕度、溫度、水分、光照強度實時數(shù)據(jù),同時將這些數(shù)據(jù)傳到PC上位機；接受PC上位機的發(fā)芽過程監(jiān)控模塊中所設置的溫度，濕度，光照強度，水分，控制誤差參數(shù)數(shù)據(jù)，利用內部的協(xié)調智能算法進行運算,并且通過智能接口、驅動模塊和智能開關，及時地調節(jié)發(fā)芽室中的加熱器，加濕器，照明燈的運行，實現(xiàn)發(fā)芽室的發(fā)芽過程環(huán)境條件的閉環(huán)智能控制；

所述發(fā)芽室，包括的設備有：兩層以上架子的培養(yǎng)架、發(fā)芽盒、發(fā)芽床、加熱器、加濕器、紫外燈、照明燈、溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、土壤水分傳感器、煙霧傳感器、報警器、攝像頭；依靠發(fā)芽過程監(jiān)控模塊的試驗參數(shù)設置功能和發(fā)芽試驗智能控制器的智能控制功能，及時地調節(jié)發(fā)芽室內加熱器、加濕器、照明燈的運行，實現(xiàn)發(fā)芽室內種子發(fā)芽環(huán)境條件的自動化控制；發(fā)芽室內的溫度傳感器，濕度傳感器，光照傳感器，土壤水分傳感器，煙霧傳感器和攝像頭，分別將溫度、濕度、光照強度、水分、火警信息以及影像實時信息，通過傳感器接口，不斷地反饋到發(fā)芽試驗智能控制器中；

所述數(shù)據(jù)庫模塊:由數(shù)據(jù)庫及其管理程序構成,接收并存儲來自發(fā)芽室、發(fā)芽試驗智能控制器發(fā)送來的發(fā)芽試驗實時數(shù)據(jù),送往上位機的發(fā)芽過程監(jiān)控模塊，以供研究者查詢，并送往發(fā)芽研究輔助決策模塊進行分析處理,提供輔助決策信息給研究者；接收并且存儲來自研究者設置或者調整的試驗控制參數(shù)，傳送給發(fā)芽試驗智能控制器,以供其通過智能控制方法的運算，對加熱器、加濕器和照明燈的運行進行自動控制調整；存儲有統(tǒng)計學的F分配表和正態(tài)分布Z值表，F(xiàn)分配表中每一個F顯著度值都對應一個F臨界值；以上兩表用于進行統(tǒng)計檢驗及輔助決策分析。

2.根據(jù)技術方案1所述的基于單片機控制的種子發(fā)芽試驗輔助決策系統(tǒng),其特征在于,所述發(fā)芽過程監(jiān)控模塊，包括：

發(fā)芽試驗種子基本信息單元，與數(shù)據(jù)庫模塊相連接，用于提供人機界面，獲取研究者設置的試驗種子的試驗名稱，種子名稱，物種類型，試驗起始日，試驗終止日，發(fā)芽盒號，重復序號，發(fā)芽勢調查日，發(fā)芽率調查日，發(fā)芽床，并且將這些數(shù)據(jù)存儲入數(shù)據(jù)庫模塊中；

發(fā)芽過程參數(shù)及任務設置單元，與數(shù)據(jù)庫模塊相連接，用于提供人機界面，獲取研究者設置的種子發(fā)芽過程的溫度，濕度，光照強度，水分，控制誤差參數(shù)，將以上各參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫模塊中；并將這些信息傳到發(fā)芽試驗智能控制器中，以供其對發(fā)芽室的發(fā)芽環(huán)境條件進行自動控制；

優(yōu)選方案樣本試驗參數(shù)及任務設置單元，與數(shù)據(jù)庫模塊相連接，用于提供人機界面，獲取研究者設置的優(yōu)選方案的樣本試驗的樣本數(shù)，發(fā)芽過程的溫度，濕度，光照強度，水分，控制誤差參數(shù)數(shù)據(jù)，并且將這些數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫模塊中；同時傳到發(fā)芽試驗智能控制器中，以供發(fā)芽試驗智能控制器對發(fā)芽室的發(fā)芽樣本試驗的環(huán)境條件進行自動控制；

試驗實時狀況顯示及查詢單元，與數(shù)據(jù)庫模塊相連接，用于獲取從發(fā)芽試驗智能控制器中反饋來的種子發(fā)芽過程的實時溫度，濕度，光照強度，水分及影像數(shù)據(jù)，以表格、曲線及圖形界面展示，并能夠形成分別按照年、月、日記錄統(tǒng)計的EXCEL格式數(shù)據(jù)報表，供研究者使用；用于及時發(fā)出發(fā)芽床發(fā)生干旱的圖像文字警告和警報聲，以供研究者及時處理；用于從數(shù)據(jù)庫中提取已存入的實時溫度，濕度，光照強度，水分及影像數(shù)據(jù)，以供查詢；

優(yōu)選方案樣本試驗參數(shù)實時顯示及查詢單元，與數(shù)據(jù)庫模塊相連接，用于獲取從發(fā)芽試驗智能控制器中反饋來的優(yōu)選方案的樣本試驗的實時溫度，濕度，光照強度，水分數(shù)據(jù)，以表格和圖形曲線界面展示，并能形成分別按照年、月、日記錄統(tǒng)計的EXCEL格式數(shù)據(jù)報表，供研究者研究決策使用；然后將該樣本試驗的種子發(fā)芽過程的實時溫度，濕度，光照強度，水分數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫模塊中；同時能提取這些數(shù)據(jù)以供查詢；

試驗實時報警及處理單元，與數(shù)據(jù)庫模塊相連接；用于獲得發(fā)芽室內的煙霧傳感器、土壤水分傳感器監(jiān)測傳來的數(shù)據(jù)，當煙霧傳感器反饋的數(shù)據(jù)達到規(guī)定范圍表示火警時，該單元就發(fā)出圖像文字火警和火警報聲，并及時傳出切斷發(fā)芽室內除攝像頭外的電源的命令至發(fā)芽試驗智能控制器；當土壤水分傳感器反饋的水分數(shù)據(jù)達到水分干旱臨界值時，該單元及時發(fā)出干旱圖像文字警告和警報聲，以供研究者及時處理。

3.根據(jù)技術方案1所述的基于單片機控制的種子發(fā)芽試驗輔助決策系統(tǒng),其特征在于,所述發(fā)芽研究輔助決策模塊，包括：

發(fā)芽條件研究統(tǒng)計及優(yōu)選單元，與數(shù)據(jù)庫模塊相連接，用于從發(fā)芽試驗智能控制器中獲取在不同參數(shù)條件下的發(fā)芽試驗過程及結果的數(shù)據(jù)；并且用于獲取研究者經調查后輸入的發(fā)芽信息SN，LN，ZN數(shù)據(jù),并按照發(fā)芽計算模型計算出發(fā)芽勢，發(fā)芽率，以人機界面形式，提供給研究者進行發(fā)芽條件試驗方案的優(yōu)選；然后將在不同參數(shù)條件下的發(fā)芽過程試驗及結果的數(shù)據(jù)，存入數(shù)據(jù)庫；所述發(fā)芽計算模型由發(fā)芽勢(X)公式，發(fā)芽率(Y)公式構成,

發(fā)芽勢(X)公式為：X＝SN/ZN×100％，

發(fā)芽率(Y)公式為：Y＝LN/ZN×100％，

式中，SN為前述的在發(fā)芽勢調查日所調查的發(fā)芽的種子數(shù)，LN為前述的在發(fā)芽率調查日所調查的正常幼苗數(shù)，ZN為前述的試驗播種的種子數(shù)；

發(fā)芽條件差異檢驗優(yōu)選決策單元，與數(shù)據(jù)庫模塊相連接，用于根據(jù)完全隨機設計試驗法模型進行計算，以檢驗同批種子不同溫度、濕度、光照強度或水分發(fā)芽環(huán)境條件對發(fā)芽勢或者發(fā)芽率的差異是否有顯著影響，為研究者優(yōu)選發(fā)芽環(huán)境條件提供決策；下面描述某種子在m個不同溫度下重復試驗n次的完全隨機設計試驗法模型；所述完全隨機設計試驗法模型由矯正數(shù)C公式，總平方和SST公式，處理平方和SSTR公式，誤差平方和SSE公式，處理均方MSTR公式，誤差均方MSE公式，F(xiàn)比值公式構成，其中，

矯正數(shù)C公式為：

總平方和SST公式為：

處理平方和SSTR公式為：

誤差平方和SSE公式為：SSE＝SST-SSTR；

處理均方MSTR公式為：

誤差均方MSE公式為:

F比值:

式中，X_ij為重復第i次試驗的第j個溫度條件下種子的發(fā)芽率；其中i為1,2,…n次；j為1,2,…m個不同溫度；n為試驗重復總次數(shù)，m為溫度控制處理總次數(shù)；r為處理自由度，r＝m；c為重復自由度，c＝n；F比值是指處理均方與誤差均方的比值；

該發(fā)芽條件差異檢驗優(yōu)選決策單元在運行時,首先從數(shù)據(jù)庫模塊中取出同批種子的X_ij,n,m,r,c數(shù)據(jù)，然后根據(jù)以上完全隨機設計試驗法模型進行計算，求出F比值；再從數(shù)據(jù)庫模塊的F分配表中取出F顯著度＝0.05對應臨界值F^*(0.05)；接著該單元以人機界面形式顯示F比值與F^*(0.05)值，如果F比值＞F^*(0.05)，表示不同溫度值對發(fā)芽率的差異有影響，否則對發(fā)芽率無影響；當研究者判斷F比值＞F^*(0.05)時，就驗證優(yōu)選發(fā)芽方案的溫度參數(shù)具有統(tǒng)計意義；以上完全隨機設計試驗法模型同樣能用于濕度或光照強度的輔助決策；

優(yōu)選方案樣本試驗統(tǒng)計決策單元，與數(shù)據(jù)庫模塊相連接，用于從發(fā)芽試驗智能控制器中獲取同一優(yōu)選方案的樣本數(shù)各不相同的發(fā)芽樣本試驗的過程數(shù)據(jù)及結果數(shù)據(jù)，并且用于獲取研究者經調查后輸入的發(fā)芽樣本試驗的發(fā)芽信息SN，LN，ZN數(shù)據(jù),并按照發(fā)芽計算模型計算出發(fā)芽勢，發(fā)芽率，并進行統(tǒng)計分析，以人機界面形式，提供給研究者研究決策；然后將這些不同樣本數(shù)的樣本試驗過程數(shù)據(jù)及結果數(shù)據(jù)，存入數(shù)據(jù)庫模塊中；這里的發(fā)芽計算模型與上述發(fā)芽條件研究統(tǒng)計及優(yōu)選單元中的發(fā)芽計算模型一樣；

優(yōu)選方案樣本試驗樣本檢驗決策單元，用于優(yōu)選方案樣本試驗中同批種子不同樣本數(shù)的樣本試驗的發(fā)芽率或者發(fā)芽勢的差異分析，為研究者擴大樣本數(shù)試驗提供輔助決策信息；采用種子雙樣本發(fā)芽情況檢驗公式進行計算，以檢驗優(yōu)選方案樣本試驗中，不同樣本數(shù)的試驗的發(fā)芽率或者發(fā)芽勢差異是否來自隨機誤差或者處理誤差，從而能夠為研究者提供輔助決策；所述種子雙樣本發(fā)芽情況檢驗公式為：

式中，P1表示第一個樣本試驗的發(fā)芽率，P2表示第二個樣本試驗的發(fā)芽率，Z值是統(tǒng)計過程控制的常用統(tǒng)計量之一，Z值是某一特征值與均值或百分率之間標準偏差的數(shù)量，它是一個相對量；

S_(P1-P2)表示雙樣本百分率標準誤差，其計算公式如下：

式中，n1表示第一個樣本試驗的樣本數(shù)，n2表示第二個樣本試驗的樣本數(shù)；

該單元在運行時,首先從數(shù)據(jù)庫模塊中取出同一批次種子在相同溫度，濕度和光照強度下在兩個樣本試驗的樣本數(shù)n1和n2，以及發(fā)芽率P1和P2，然后根據(jù)以上種子雙樣本發(fā)芽情況檢驗公式進行計算，求出Z值，再從數(shù)據(jù)庫模塊的Z正態(tài)分布表中取出顯著性水平精度α＝0.05對應的Z臨界值Z^*(0.05)；接著該單元以人機界面形式顯示Z值與Z^*(0.05)值，如果Z值＞Z^*(0.05)，表示不同樣本數(shù)對發(fā)芽率的差異有影響，否則對發(fā)芽率無影響；當研究者判斷Z值<Z^*(0.05)時，就說明其誤差不是樣本數(shù)所致；以上公式同樣能用于發(fā)芽勢的樣本檢驗；

樣本試驗總結及查詢單元，用于提供人機界面，以供研究者輸入樣本試驗成功或者失敗的技術經驗，并將輸入的技術經驗存入數(shù)據(jù)庫模塊；還能夠按照查詢要求從數(shù)據(jù)庫模塊中取出這些技術經驗，以人機界面顯示或打印。

4.根據(jù)技術方案1所述的基于單片機控制的種子發(fā)芽試驗輔助決策系統(tǒng),其特征在于,所述發(fā)芽試驗智能控制器：包括：多種外設輸入輸出接口，多種智能開關，多種傳感器接口，數(shù)據(jù)通信接口元件；配置一個觸控面板、報警裝置和可插拔存儲設備；

觸控面板，一方面用于發(fā)芽室內種子發(fā)芽試驗的環(huán)境條件實時數(shù)據(jù)的顯示功能；另一方面用于手動選取其內部存儲的發(fā)芽過程參數(shù)和控制任務配置文件，自動完成發(fā)芽過程中的環(huán)境參數(shù)調節(jié)過程；

多種外設輸入輸出接口，包括光電隔離輸出接口、A/D轉換器、各種驅動模塊、TF卡接口、時鐘電源插座、指示燈部件；用于輸出控制信號驅動發(fā)芽室的加熱器，加濕器，照明燈的運行，用于將外來的模擬信息轉換為數(shù)字信息；

多種傳感器接口，包括RS485接口、I²C接口、GPIO接口、SDIO接口，用于接受傳感器反饋的實時信息；

多種智能開關，用于實現(xiàn)對發(fā)芽室內加熱器、加濕器，照明燈的啟動和較高精度的調節(jié)，以及用于實現(xiàn)對發(fā)芽室內電源的切斷；

數(shù)據(jù)通信接口元件，包括UBS接口，定時器，中斷控制器,外部中斷控制器和實時時鐘，用于實現(xiàn)發(fā)芽試驗智能控制器與PC上位機之間的信息傳輸；

報警裝置，具備報警參數(shù)設置及報警功能，用于根據(jù)發(fā)芽室報警數(shù)據(jù)進行報警。

5.根據(jù)技術方案4所述的基于單片機控制的種子發(fā)芽試驗輔助決策系統(tǒng),其特征在于,所述發(fā)芽試驗智能控制器，其內部具備溫度、濕度和光照強度的協(xié)同智能控制算法；發(fā)芽試驗智能控制器自動根據(jù)研究者在發(fā)芽過程監(jiān)控模塊中設置的種子發(fā)芽試驗的溫度，濕度，光照強度，控制誤差參數(shù)數(shù)據(jù)和所獲取的發(fā)芽試驗實時溫度，濕度，光照強度數(shù)據(jù)，采用協(xié)同智能控制算法進行運算，不斷調節(jié)發(fā)芽室的溫度，濕度，光照強度發(fā)芽試驗環(huán)境，消除溫度、濕度和光照強度之間相互影響和干擾作用，實現(xiàn)發(fā)芽室的溫度，濕度，光照強度發(fā)芽環(huán)境參數(shù)的智能控制。

6.根據(jù)技術方案1至5中任一技術方案所述的基于單片機控制的種子發(fā)芽試驗輔助決策系統(tǒng),其特征在于,所述發(fā)芽試驗智能控制器，采用USB HID協(xié)議，通過數(shù)據(jù)通信接口元件，定時接收和存儲PC上位機下發(fā)的控制指令或Python腳本配置文件，同時定時將來自發(fā)芽室種子發(fā)芽過程的實時溫度，濕度，光照強度，水分數(shù)據(jù)上傳至PC上位機數(shù)據(jù)庫中以供分析查詢，實現(xiàn)發(fā)芽試驗智能控制器與上位機之間的指令、圖像、傳感器值、開關狀態(tài)的傳輸。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、為種子發(fā)芽研究提供高效，高質的輔助決策手段；本系統(tǒng)將輔助決策和自動控制密切結合，既能輔助研究者分析并且優(yōu)選出滿意發(fā)芽指標的試驗及其控制條件，又能支持對優(yōu)選發(fā)芽方案的樣本試驗的結果數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析及輔助決策，同時還能按照試驗的光照，溫度，濕度條件進行發(fā)芽過程的智能控制；全過程一體化，減少研究工作量，縮短研究周期。

2、是種子發(fā)芽研究靈活方便的現(xiàn)代自動化工具；當需要對發(fā)芽條件試驗的發(fā)芽條件進行多個試驗和研究時，或者需要對優(yōu)選出滿意指標的種子發(fā)芽條件參數(shù)再進行樣本試驗時，本系統(tǒng)能增加智能控制器和發(fā)芽室，靈活方便地進行不同參數(shù)條件的智能控制試驗；本系統(tǒng)能夠獲取多個智能控制器和發(fā)芽室反饋回來的數(shù)據(jù)，并能結合研究者錄入的相關數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，從多個層次數(shù)據(jù)分析，優(yōu)選出滿意指標的種子發(fā)芽條件參數(shù)，為研究者提供具有統(tǒng)計學意義的科學指標和結論。

3、試驗環(huán)境條件控制可靠性強；本發(fā)明的發(fā)芽智能控制器和受控的發(fā)芽室，保證了各試驗在同一時期的溫度、濕度、光照的穩(wěn)定性；本發(fā)明采用智能控制器所具備的溫度、濕度和光照協(xié)同智能控制算法，能自動根據(jù)設定的控制目標實現(xiàn)發(fā)芽環(huán)境參數(shù)的自動控制功能和最佳效果，可實時監(jiān)控、體積小，控制可靠，精度高。

4.本系統(tǒng)提供了除國家標準所要求的發(fā)芽溫度條件以外的若干發(fā)芽控制條件的檢測，反饋與控制；使?jié)穸?，光照強度，水分等發(fā)芽條件的數(shù)字化應用在本系統(tǒng)中得到充分體現(xiàn),特別是能利用智能控制技術，實時采集發(fā)芽室中發(fā)芽床的水分狀態(tài)進行監(jiān)控，能夠及時發(fā)出干旱報警，對于種子生理研究具有重要意義。

附圖說明

圖1：基于單片機控制的種子發(fā)芽試驗輔助決策系統(tǒng)結構圖。

圖2:PC上位機的模塊結構及其與發(fā)芽試驗智能控制器及發(fā)芽室的信息聯(lián)系圖。

圖3：發(fā)芽條件試驗實施流程圖。

圖4：優(yōu)選試驗樣本檢驗實施流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施方式對本發(fā)明進一步說明。

術語：

正常幼苗，在《中華人民共和國國家標準農作物種子檢驗過程發(fā)芽試驗GB/T3543.4-1995》有專門定義，詳見《中華人民共和國國家標準農作物種子檢驗過程發(fā)芽試驗GB/T 3543.4-1995》。

發(fā)芽勢調查日，為播種后第3-第14天，自播種日起計算；發(fā)芽勢調查日是根據(jù)《中華人民共和國國家標準農作物種子檢驗過程發(fā)芽試驗GB/T 3543.4-1995》中表1農作物種子的發(fā)芽技術規(guī)定所例舉的農作物的初次計數(shù)天數(shù)確定的。

發(fā)芽率調查日，為播種后第5-第35天，自播種日起計算；發(fā)芽率調查日是根據(jù)《中華人民共和國國家標準農作物種子檢驗過程發(fā)芽試驗GB/T 3543.4-1995》中表1農作物種子的發(fā)芽技術規(guī)定所例舉的農作物的末次計數(shù)天數(shù)確定的。

發(fā)芽勢是在發(fā)芽勢調查日調查的發(fā)芽的種子數(shù)占試驗播種的種子數(shù)的百分率。

發(fā)芽率是在發(fā)芽率調查日調查的正常幼苗數(shù)占試驗播種的種子數(shù)的百分率。

溫度為發(fā)芽室室溫；濕度為發(fā)芽室內空氣相對濕度；光照強度為照明燈的光照強度；水分為發(fā)芽床的水分。

圖1所示的是本發(fā)明所推出的基于單片機控制的種子發(fā)芽試驗輔助決策系統(tǒng)結構圖，該系統(tǒng)由發(fā)芽過程監(jiān)控模塊1、發(fā)芽研究輔助決策模塊2、數(shù)據(jù)庫模塊3、發(fā)芽試驗智能控制器4和發(fā)芽室5構成；發(fā)芽研究輔助決策模塊2，發(fā)芽過程監(jiān)控模塊1和數(shù)據(jù)庫模塊3均運行于PC上位機平臺上；發(fā)芽試驗智能控制器4是本系統(tǒng)的下位機。

發(fā)芽過程監(jiān)控模塊1用于獲取來自研究者的發(fā)芽試驗種子基本信息；用于獲取研究者設置的種子發(fā)芽條件試驗或者優(yōu)選方案的樣本試驗的樣本數(shù)，溫度，濕度，光照強度，水分，控制誤差參數(shù)數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)傳到發(fā)芽試驗智能控制器4中以供執(zhí)行；用于獲取來自發(fā)芽試驗智能控制器4和發(fā)芽室5反饋來的種子發(fā)芽過程或者優(yōu)選方案的樣本試驗的實時溫度，濕度，光照強度和水分數(shù)據(jù)，將其以表格和圖形曲線界面展示，并生成按年、月、日記錄的EXCEL格式數(shù)據(jù)報表，供研究者分析使用；用于獲取來自發(fā)芽試驗智能控制器4的火警報警信號，及時發(fā)出火警圖像文字警告和警報聲，同時傳出切斷發(fā)芽室5內除攝像頭外的電源的命令至發(fā)芽試驗智能控制器，以保證安全；用于獲得發(fā)芽試驗智能控制器傳來的達到干旱臨界值的發(fā)芽床的水分數(shù)據(jù)，及時地發(fā)出干旱圖像文字警告和警報聲，以供研究者及時處理；以上各功能涉及的所有數(shù)據(jù)均存儲于數(shù)據(jù)庫模塊3。

發(fā)芽研究輔助決策模塊2用于獲取來自發(fā)芽試驗智能控制器4反饋的種子發(fā)芽條件試驗數(shù)據(jù)或者優(yōu)選方案的樣本試驗數(shù)據(jù)，用于獲取研究者經調查后輸入的發(fā)芽信息，這些信息包括：SN，LN和ZN；其中，SN為在發(fā)芽勢調查日所調查的發(fā)芽的種子數(shù)，所述發(fā)芽勢調查日為播種后第3-第14天，LN為在發(fā)芽率調查日所調查的正常幼苗數(shù)，所述發(fā)芽率調查日為播種后第5-第35天，ZN為試驗播種的種子數(shù)，并進行統(tǒng)計和分析，提供有統(tǒng)計意義的優(yōu)選發(fā)芽條件方案；或者輔助研究者對優(yōu)選發(fā)芽方案的樣本試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計及樣本數(shù)檢測的顯著性差異分析，以獲得統(tǒng)計意義的驗證；用于獲取研究者錄入的樣本試驗成功或者失敗的經驗總結，并且存儲供查詢，以上各功能涉及的所有數(shù)據(jù)均存儲于數(shù)據(jù)庫模塊3。

發(fā)芽試驗智能控制器4采用的是單片機型號為STM32F407ZGT6，包括：多個外設輸入輸出接口，多種智能開關48，多種傳感器，數(shù)據(jù)通信接口元件410，靜態(tài)存儲41，程序閃存42，鍵盤44；配置有觸控面板43，報警裝置45和可插拔存儲設備。

多種外設輸入輸出接口包括光電隔離輸出接口47、A/D轉換器、各種驅動模塊49、RS485接口、TF卡接口、時鐘智能電源插座、指示燈部件；用于輸出控制信號，驅動發(fā)芽室的加熱器59，加濕器510，照明燈58的運行；用于將外來模擬信息轉換為數(shù)字信息。

多種傳感器接口46，包括RS485接口、I²C接口、GPIO接口、SDIO接口；用于接受傳感器反饋的實時信息。

多種智能開關48，用于實現(xiàn)對發(fā)芽室5內加熱器59、加濕器510，照明燈58的啟動和較高精度的調節(jié)，以及用于實現(xiàn)對發(fā)芽室5內電源的切斷；

數(shù)據(jù)通信接口元件410，包括UBS接口，RS485接口，定時器，中斷控制器,外部中斷控制器和實時時鐘，用于接收和存儲PC上位機下發(fā)的控制指令或Python腳本配置文件，同時定時將記錄得到的發(fā)芽室5內發(fā)芽試驗過程數(shù)據(jù)上傳至PC上位機進行分析；發(fā)芽試驗智能控制器4采用USB HID協(xié)議，通過數(shù)據(jù)通信接口元件410，實現(xiàn)發(fā)芽試驗智能控制器4與PC上位機之間的指令、圖像、傳感器值、開關狀態(tài)的傳輸。

觸控面板43，一方面用于顯示發(fā)芽室5內種子發(fā)芽試驗的實時溫度，濕度，光照強度，水分數(shù)據(jù)；另一方面用于手動選取其內部存儲的發(fā)芽過程參數(shù)和控制任務配置文件，自動完成發(fā)芽過程中的環(huán)境參數(shù)調節(jié)過程。

報警裝置45，具備報警參數(shù)設置及報警提示功能，用于獲得發(fā)芽室5內的煙霧傳感器54、土壤水分傳感器55監(jiān)測傳來的數(shù)據(jù)；當煙霧傳感器54反饋的數(shù)據(jù)達到表示火警規(guī)定數(shù)據(jù)時，該裝置就發(fā)出火警圖像文字和警報聲，并及時傳出切斷發(fā)芽室5內除攝像頭外的電源的命令至智能開關48；當土壤水分傳感器55反饋的發(fā)芽床5的水分數(shù)據(jù)達到水分干旱臨界值時，該裝置就及時發(fā)出干旱圖像文字警告和警報聲，以供研究者及時處理。

發(fā)芽試驗智能控制器4接受來自于發(fā)芽室5的濕度、溫度、水分，光照強度、報警信息和現(xiàn)場圖像等反饋信號,同時接受來自于連接在PC上位機上的發(fā)芽過程監(jiān)控模塊1中所有設置的溫度，濕度，光照強度，水分，控制誤差參數(shù)信息，并且利用內部溫度、濕度和光照協(xié)同智能控制算法，通過智能接口48、驅動模塊49和光電隔離47，輸出控制電壓信號，調節(jié)發(fā)芽室5中的加熱器59，加濕器510，照明燈58的運行變化，實現(xiàn)發(fā)芽室5的發(fā)芽過程環(huán)境條件的閉環(huán)智能控制功能；同時能對墑情干旱和火警及時地報警。

發(fā)芽室5包括的設備有：含有兩層以上架子的培養(yǎng)架50，發(fā)芽盒512、發(fā)芽床、加熱器59、加濕器510、紫外燈57、照明燈58、溫度傳感器51、濕度傳感器52、光照傳感器53、土壤水分傳感器55、煙霧傳感器54、攝像頭56，報警器511。

其中，培養(yǎng)架50的長、寬、高分別為1250mm，550mm，1800mm，架體為鋼管，架體立柱；層間距為300～500mm；煙霧傳感器54和報警器511安裝在發(fā)芽室5內的屋頂，培養(yǎng)架50、加熱器59和加濕器510放置在發(fā)芽室5內；發(fā)芽盒512放置在培養(yǎng)架50的層面上，發(fā)芽盒512內鋪設有發(fā)芽床，所述發(fā)芽床為紙床或砂床或土壤；培養(yǎng)架50的每層的上方頂部安裝有紫外燈57、照明燈58、光照傳感器53和攝像頭56，溫度傳感器51，濕度傳感器52和煙霧傳感器54安裝在培養(yǎng)架50上；土壤水分傳感器55插在發(fā)芽盒512內鋪設的發(fā)芽床上。

在培養(yǎng)架50的每層的上方頂部安裝有紫外燈57、照明燈58、光照傳感器53和攝像頭56，這些設備與該層頂面之間安裝反光板，以提高光源的利用率。

溫度傳感器51采用FY-W01型號，濕度傳感器采用JCJ175A型號，土壤水分傳感器采用SWR-100型號，三針扁平結構；以上三者均與發(fā)芽試驗智能控制器4的RS485接口相連，用于將溫度，濕度，水分的實時數(shù)據(jù)傳到發(fā)芽試驗智能控制器中。

光照傳感器53采用型號為SS1060I，可測試0-20000Lux光照強度，與發(fā)芽試驗智能控制器4的I²C接口相連，用于將光照實時信息傳到發(fā)芽試驗智能控制器4。

照明燈58采用IP65型號，功率為20W，紫外燈57采用型號為騰諾GPH150T5，用于種子發(fā)芽前滅菌處理，每小時滅菌率99.99％，照射面積達40m²；加熱器59采用奧克斯KFR-51LW/R1T型號，制熱量為8100W，循環(huán)風量為1200m³/h；加濕器510采用貝菱XH-M4000型號，加濕容量280mL/h以上，適用面積40m²以上；攝像頭采用OV7725型號，30萬像素，彩色，640*480分辨率，體積為21mm x 21mm x 10mm；發(fā)芽室內的報警器511采用DF-8000型號，可無線通訊，并帶強制切斷電源功能，與報警裝置45不同的是，該報警器511自帶傳感器，專門用于火警報警。

發(fā)芽室內的溫度傳感器51、濕度傳感器52、光照傳感器53、土壤水分傳感器55、煙霧傳感器54；攝像頭56，通過傳感器接口46，分別將溫度、濕度、光照強度、水分、火警信息以及影像信息實時反饋到發(fā)芽試驗智能控制器4中，以供其進行智能運算和智能控制；發(fā)芽試驗智能控制器4又通過數(shù)據(jù)通信接口元件410,利用UBS HID協(xié)議，將來自發(fā)芽室5的溫度、濕度、光照強度、水分、火警信息以及影像信息實時上傳到PC上位機的發(fā)芽過程監(jiān)控模塊1、發(fā)芽研究輔助決策模塊2、數(shù)據(jù)庫模塊3中；以供監(jiān)控和輔助分析決策；

數(shù)據(jù)庫模塊3由數(shù)據(jù)庫及其管理程序構成，用于接收并存儲來自發(fā)芽室5、發(fā)芽試驗智能控制器4發(fā)送來的發(fā)芽試驗實時數(shù)據(jù),送往上位機的發(fā)芽過程監(jiān)控模塊1，以供研究者查詢；送往發(fā)芽研究輔助決策模塊2進行分析處理,提供輔助決策信息給研究者；接收并且存儲來自研究者設置或者調整的試驗控制參數(shù)，傳送給發(fā)芽試驗智能控制器4，以供其通過控制方法的運算，對加熱器59、加濕器510和照明燈58的運行進行自動控制調整；存儲有統(tǒng)計學的F分配表和正態(tài)分布Z值表，F(xiàn)分配表中每一個F顯著度值都對應一個F臨界值；以上F分配表和正態(tài)分布Z值表，用于統(tǒng)計和輔助決策。

圖1所示的基于單片機控制的種子發(fā)芽試驗輔助決策系統(tǒng)結構圖中，PC上位機的發(fā)芽過程監(jiān)控模塊1、發(fā)芽研究輔助決策模塊2，采用Python腳本文件對種子發(fā)芽過程控制及輔助決策分析進行描述，PC上位機的數(shù)據(jù)庫模塊3內建立了針對種子發(fā)芽試驗智能控制及輔助決策的便于計算，操作、存儲的數(shù)據(jù)庫；該系統(tǒng)將具有強大智能控制與運算功能以及智能接口功能的單片機STM32F407ZGT6作為發(fā)芽試驗智能控制器4的核心，采用多種先進傳感器，對發(fā)芽室5內光照、溫度、濕度、水分環(huán)境參數(shù)進行實時采集，并且利用內部溫度、濕度和光照協(xié)同智能控制算法，通過智能接口48、驅動模塊49和光電隔離47，不斷地對發(fā)芽室5中的加熱器59，加濕器510，照明燈58進行智能調節(jié)，實現(xiàn)發(fā)芽室5的發(fā)芽過程環(huán)境條件的閉環(huán)智能控制；同時，發(fā)芽試驗智能控制器4將各傳感器傳來的發(fā)芽過程的光照、溫度、濕度、水分數(shù)據(jù)及結果數(shù)據(jù)，通過USB HID協(xié)議，反饋到數(shù)據(jù)庫模塊4、發(fā)芽過程監(jiān)控模塊1以及發(fā)芽研究輔助決策模塊2中，為決策者提供輔助決策分析；此外，發(fā)芽過程監(jiān)控模塊1和發(fā)芽試驗智能控制器4均能對發(fā)芽室的水分干旱和火警及時地進行報警；發(fā)芽室內部也能通過報警器實現(xiàn)火警報警。

圖2是PC上位機的模塊結構及其與發(fā)芽試驗智能控制器及發(fā)芽室的信息聯(lián)系圖，圖2中發(fā)芽過程監(jiān)控模塊1、發(fā)芽研究輔助決策模塊2和數(shù)據(jù)庫模塊3均在PC上位機中；發(fā)芽過程監(jiān)控模塊1、發(fā)芽研究輔助決策模塊2中的各單元均與數(shù)據(jù)庫模塊3連接，也與下位機的發(fā)芽智能控制器相連，進行數(shù)據(jù)交換。

在圖2所示的技術方案中，發(fā)芽過程監(jiān)控模塊1包括：

發(fā)芽試驗種子基本信息單元11，發(fā)芽過程參數(shù)及任務設置單元12，試驗實時狀況顯示及查詢單元13，優(yōu)選方案樣本試驗參數(shù)及任務設置單元14，優(yōu)選方案樣本試驗參數(shù)實時顯示及查詢單元15，試驗實時報警及處理單元16，這6個模塊均與數(shù)據(jù)庫模塊3模塊相連接，同時也與下位機的發(fā)芽智能控制器相連，進行數(shù)據(jù)交換。

發(fā)芽試驗種子基本信息單元11用于提供人機界面，獲取研究者設置試驗種子的試驗名稱，種子名稱，物種類型，試驗起始日，試驗終止日，發(fā)芽盒號，發(fā)芽勢調查日，發(fā)芽率調查日，發(fā)芽床，并且將這些數(shù)據(jù)存儲入數(shù)據(jù)庫模塊3中。

發(fā)芽過程參數(shù)及任務設置單元12用于提供人機界面，獲取研究者設置種子發(fā)芽過程的溫度，濕度，光照強度，水分，控制誤差參數(shù)，并生成的試驗編號；然后將以上信息存入數(shù)據(jù)庫模塊3中；并將該信息要求傳到發(fā)芽試驗智能控制器4中，以供其對發(fā)芽室5的發(fā)芽環(huán)境條件進行自動控制。

試驗實時狀況顯示及查詢單元13，與數(shù)據(jù)庫模塊相連，用于獲取來自發(fā)芽試驗智能控制器4中反饋來的種子發(fā)芽過程的實時溫度，濕度，光照強度，水分數(shù)據(jù)，將其以表格和圖形曲線界面展示，并能夠形成分別按照年、月、日記錄統(tǒng)計的EXCEL格式數(shù)據(jù)報表，供研究者使用，然后將該實時溫度，濕度，光照強度，水分數(shù)據(jù)，存入數(shù)據(jù)庫模塊3中；同時能提取這些數(shù)據(jù)以供查詢；當發(fā)芽室5內的土壤水分傳感器反饋來的水分數(shù)據(jù)達到水分干旱臨界值時，該單元就及時發(fā)出干旱圖像文字警告和警報聲，以供研究者及時處理。

優(yōu)選方案樣本試驗參數(shù)及任務設置單元14，與數(shù)據(jù)庫模塊相連，用于獲取研究者設置優(yōu)選方案的樣本試驗的溫度，濕度，光照強度，水分，控制誤差參數(shù)和樣本數(shù)參數(shù)，將這些參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫模塊3中；并將這些參數(shù)傳到發(fā)芽試驗智能控制器4中，以供發(fā)芽試驗智能控制器4對發(fā)芽室5的發(fā)芽樣本試驗的環(huán)境條件進行自動控制。

優(yōu)選方案樣本試驗參數(shù)實時顯示及查詢單元15，與數(shù)據(jù)庫模塊相連，用于將優(yōu)選方案的樣本試驗過程的實時溫度，濕度，光照強度，水分數(shù)據(jù)以表格和圖形曲線界面展示，并能夠形成分別按照年、月、日記錄統(tǒng)計的EXCEL格式數(shù)據(jù)報表，供研究者研究決策使用；然后將該樣本試驗的實時溫度，濕度，光照強度，水分數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫模塊3中；同時能提取這些數(shù)據(jù)以供查詢；當發(fā)芽室5內的土壤水分傳感器反饋來的水分數(shù)據(jù)達到水分干旱臨界值時，該單元就及時發(fā)出干旱圖像文字警告和警報聲，以供研究者及時處理。

試驗實時報警及處理單元16，與數(shù)據(jù)庫模塊相連接；用于獲得發(fā)芽室5內的煙霧傳感器54、土壤水分傳感器55監(jiān)測傳來的數(shù)據(jù)，當煙霧傳感器54反饋的數(shù)據(jù)達到規(guī)定范圍表示火警時，該單元就發(fā)出火警報警圖像、文字和報警聲，并及時傳出切斷發(fā)芽室內除攝像頭外的電源的命令至發(fā)芽試驗智能控制器；當發(fā)芽室5內土壤水分傳感器反饋來的發(fā)芽床5的水分數(shù)據(jù)達到水分干旱臨界值時，該單元就及時發(fā)出干旱圖像文字警告和警報聲，以供研究者及時處理。

發(fā)芽研究輔助決策模塊2包括：發(fā)芽條件研究統(tǒng)計及優(yōu)選單元21，發(fā)芽條件差異檢驗優(yōu)選決策單元22，優(yōu)選方案樣本試驗統(tǒng)計決策單元23，優(yōu)選方案樣本試驗樣本檢驗決策單元24，樣本試驗總結及查詢單元25，這5個單元均與數(shù)據(jù)庫模塊3相連接，進行數(shù)據(jù)交換；同時與下位機的發(fā)芽試驗智能控制器4相連，進行數(shù)據(jù)交換。

發(fā)芽條件研究統(tǒng)計及優(yōu)選單元21，用于從發(fā)芽試驗智能控制器4中獲取在不同參數(shù)條件下的發(fā)芽條件試驗過程及結果的數(shù)據(jù)；并且用于獲取研究者經調查后輸入的發(fā)芽信息SN，LN，ZN數(shù)據(jù),并按照發(fā)芽計算模型計算出發(fā)芽勢，發(fā)芽率，以人機界面形式，提供給研究者進行優(yōu)選；然后將在不同參數(shù)條件下的發(fā)芽過程試驗及結果的數(shù)據(jù)，存入數(shù)據(jù)庫模塊3。

發(fā)芽計算模型包括發(fā)芽勢(X)公式和發(fā)芽率(Y)公式構成，

發(fā)芽勢(X)公式為：X＝SN/ZN×100％

發(fā)芽率(Y)公式為：Y＝LN/ZN×100％

式中，SN為在發(fā)芽勢調查日所調查的發(fā)芽的種子數(shù)，所述發(fā)芽勢調查日為播種后第3-第14天，LN為在發(fā)芽率調查日所調查的正常幼苗數(shù)，所述發(fā)芽率調查日為播種后第5-第35天，ZN為試驗播種的種子數(shù)。

發(fā)芽條件差異檢驗優(yōu)選決策單元22，與數(shù)據(jù)庫模塊3相連接，用于根據(jù)完全隨機設計試驗法公式進行計算，以檢驗對應同樣種子不同溫度、或濕度、或光照強度是否對發(fā)芽勢或者發(fā)芽率的差異是否有顯著影響，從而能夠為研究者優(yōu)選效果最大的發(fā)芽環(huán)境條件提供決策。

所述完全隨機設計試驗法公式包括矯正數(shù)C公式，總平方和SST公式，處理平方和SSTR公式，誤差平方和SSE公式，處理均方MSTR公式，誤差均方MSE公式和F比值公式；下面描述某種子在m個不同溫度下重復試驗n次的完全隨機設計試驗法模型；其中，

矯正數(shù)C公式為：

總平方和SST公式為：

處理平方和SSTR公式為：

誤差平方和SSE公式為：SSE＝SST-SSTR；

處理均方MSTR公式為：

誤差均方MSE公式為:

F比值:

式中，X_ij為重復第i次試驗的第j個溫度條件下種子的發(fā)芽率；其中i為1,2,…n次；j為1,2,…m個溫度；n為試驗重復總次數(shù)，m為溫度控制處理總次數(shù)；r為處理自由度，r＝m；c為重復自由度，c＝n；F比值是指處理均方與誤差均方的比值。

該單元在運行時,首先從數(shù)據(jù)庫模塊中取出同批種子的X_ij,n,m,r,c數(shù)據(jù)，然后根據(jù)以上完全隨機設計試驗法模型進行計算，求出F比值；再從數(shù)據(jù)庫模塊的F分配表中取出F顯著度＝0.05對應臨界值F^*(0.05)；接著該單元以人機界面形式顯示F比值與F^*(0.05)值，如果F比值＞F^*(0.05)，表示不同溫度值對發(fā)芽率的差異有影響，否則對發(fā)芽率無影響；當研究者判斷F比值＞F^*(0.05)時，就能從中獲得優(yōu)選發(fā)芽率的控制溫度；以上完全隨機設計試驗法模型同樣能用于濕度或光照強度或水分的輔助決策。

優(yōu)選方案樣本試驗統(tǒng)計決策單元23用于從發(fā)芽試驗智能控制器4中獲取優(yōu)選發(fā)芽方案的樣本試驗的過程數(shù)據(jù)及結果數(shù)據(jù)，并且用于獲取研究者經過調查而輸入的發(fā)芽信息SN，LN，ZN數(shù)據(jù),并按照發(fā)芽計算模型計算出發(fā)芽勢，發(fā)芽率，并進行統(tǒng)計分析，以人機界面形式，提供給研究者優(yōu)選；然后將優(yōu)選方案的各發(fā)芽樣本再試驗的過程數(shù)據(jù)及結果數(shù)據(jù)，存入數(shù)據(jù)庫模塊3；將決策選出的具有統(tǒng)計學意義的優(yōu)選發(fā)芽方案，也存入數(shù)據(jù)庫模塊3中。

優(yōu)選方案樣本試驗樣本檢驗決策單元24，用于檢驗優(yōu)選方案樣本試驗中同批種子不同樣本數(shù)的試驗的發(fā)芽率或者發(fā)芽勢差異是否來自處理誤差和隨機誤差，為優(yōu)選發(fā)芽方案擴大樣本應用提供輔助決策信息；該單元采用種子雙樣本發(fā)芽情況檢驗公式進行計算；種子雙樣本發(fā)芽情況檢驗公式為：

式中，P1表示第一個樣本試驗的發(fā)芽率，P2表示第二個樣本試驗的發(fā)芽率，Z值是統(tǒng)計過程控制的常用統(tǒng)計量之一，Z值是某一特征值與均值或百分率之間標準偏差的數(shù)量，它是一個相對量；

S_(P1-P2)表示雙樣本百分率標準誤差，其計算公式如下：

式中，n1表示第一個樣本試驗的樣本數(shù)，n2表示第二個樣本試驗的樣本數(shù)。

該單元首先從取出數(shù)據(jù)庫模塊3中同批種子在相同溫度，濕度和光照強度下進行樣本試驗的樣本數(shù)n1和n2，以及發(fā)芽率P1和P2，然后根據(jù)以上種子雙樣本發(fā)芽情況檢驗公式進行計算，求出Z比值，再從數(shù)據(jù)庫模塊3的正態(tài)分布Z值表中取出顯著性水平精度α＝0.05對應得Z臨界值Z^*(0.05)；接著該單元以人機界面形式顯示Z值與Z^*(0.05)值，如果Z值<Z^*(0.05)，表示不同樣本對發(fā)芽率的差異無影響，說明優(yōu)選發(fā)芽試驗的發(fā)芽控制方案具有擴大樣本數(shù)的有價值，否則，Z值＞Z^*(0.05)，表示樣本數(shù)對發(fā)芽率有影響；研究者能從以上分析信息中確定優(yōu)選發(fā)芽方案的發(fā)芽條件具有統(tǒng)計意義；該單元的以上功能同樣用于發(fā)芽勢的樣本檢驗。

樣本試驗總結及查詢單元25，用于提供人機界面，以供研究者輸入樣本試驗成功或者失敗的技術經驗，并將輸入的技術經驗存入數(shù)據(jù)庫模塊3；還能夠按照查詢要求從數(shù)據(jù)庫模塊3中取出這些技術經驗，以人機界面顯示或打印。

在圖2所示的基于單片機控制的種子發(fā)芽試驗輔助決策系統(tǒng)的PC上位機模塊結構圖中，發(fā)芽過程監(jiān)控模塊1和發(fā)芽研究輔助決策模塊2是通過多個單元的具體功能而完成對種子發(fā)芽試驗過程的智能控制及輔助決策分析任務的；發(fā)芽過程監(jiān)控模塊1用于獲取來自發(fā)芽試驗智能控制器4的發(fā)芽室5內的發(fā)芽試驗過程的實時溫度、濕度和光照強度數(shù)據(jù)，以提供研究者者監(jiān)控和分析；同時發(fā)芽過程監(jiān)控模塊1將發(fā)芽過程參數(shù)及任務設置單元12和優(yōu)選方案樣本試驗參數(shù)及任務設置單元14所設置的溫度，濕度，光照強度，水分，控制誤差參數(shù)信息，下傳到發(fā)芽試驗智能控制器4，使其對發(fā)芽室5的發(fā)芽試驗條件進行閉環(huán)智能控制；發(fā)芽研究輔助決策模塊2從數(shù)據(jù)庫模塊3中取出發(fā)芽試驗實時溫度、濕度和光照強度數(shù)據(jù)，通過發(fā)芽條件研究統(tǒng)計及優(yōu)選單元21的功能，為研究者探究種子發(fā)芽的最佳條件提供發(fā)芽條件差異的統(tǒng)計分析；同時通過優(yōu)選方案樣本試驗樣本檢驗決策單元24的分析計算，輔助研究者對優(yōu)選試驗方案的樣本試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計及顯著性差異分析，以獲得統(tǒng)計意義的驗證；本系統(tǒng)將輔助決策和智能控制相結合，控制效果佳，消除手工計算，減少工作量，是種子發(fā)芽研究全過程一體化的高效高質信息化工具。

在圖2所示的技術方案中，本發(fā)明的系統(tǒng)各大模塊之間的數(shù)據(jù)交換主要是通過USB通訊交換技術完成的；發(fā)芽試驗智能控制器4采用USB HID協(xié)議，通過數(shù)字通信接口46，實現(xiàn)發(fā)芽試驗智能控制器4與PC上位機之間的指令、圖像、傳感器值、開關狀態(tài)的傳輸；

上述有效的數(shù)據(jù)交換方式為智能控制和輔助決策奠定基礎，同時發(fā)芽試驗智能控制器4內部具備溫度、濕度和光照強度的協(xié)同智能控制算法，為實現(xiàn)發(fā)芽環(huán)境條件的智能控制提供適應復雜控制環(huán)境的重要運算方法。

發(fā)芽試驗智能控制器4利用UBS HID協(xié)議定時接受來自于發(fā)芽室5的濕度、溫度、水分、光照強度和圖像反饋信號,同時接受來自于PC上位機的發(fā)芽過程監(jiān)控模塊1中所有設置的溫度，濕度，光照強度，水分，控制誤差參數(shù)信息，并利用述內部協(xié)同智能控制算法，結合上述數(shù)據(jù)進行運算,通過發(fā)芽試驗智能控制器4的智能接口48、驅動模塊49和光電隔離輸出接口47，不斷向發(fā)芽室5中的加熱器59，加濕器510，照明燈58發(fā)出控制調節(jié)信息，不斷調節(jié)發(fā)芽室5的溫度，濕度，光照強度發(fā)芽試驗環(huán)境，消除溫度、濕度和光照強度之間相互影響和干擾作用，實現(xiàn)對發(fā)芽室5的溫度，濕度，光照強度發(fā)芽環(huán)境參數(shù)的閉環(huán)智能控制。

以下結合圖3和圖4進一步說明本發(fā)明的功能和優(yōu)勢。

圖3是發(fā)芽條件試驗實施流程圖，該試驗是為探究種子發(fā)芽的最佳控制條件，并對控制條件進行顯著性差異檢驗，以獲得統(tǒng)計意義的科學驗證；結合圖3，該實施步驟如下：

步驟1，研究者在“發(fā)芽試驗種子基本信息單元”錄入基本信息，包括試驗種子的試驗名稱，種子名稱，物種類型，試驗起始日，試驗終止日，發(fā)芽盒號，發(fā)芽勢調查日，發(fā)芽率調查日，發(fā)芽床。

步驟2，在“發(fā)芽過程參數(shù)及任務設置單元”設置發(fā)芽條件試驗的控制條件參數(shù)，包括發(fā)芽過程的溫度，濕度，光照強度，水分，控制誤差參數(shù)，在確認后就被系統(tǒng)存入數(shù)據(jù)庫中，并且以腳本形式存在PC機中，并且獲取該單元生成的試驗編號BH。

步驟3，當試驗開始后，研究者在“試驗實時狀況顯示及查詢單元”輸入試驗編號BH，能獲取該試驗的實時數(shù)據(jù)信息，包括試驗實時的溫度，濕度，光照強度，水分信息，以及圖形曲線展示界面，該單元能夠形成分別按照年、月、日記錄統(tǒng)計的EXCEL格式數(shù)據(jù)報表，供研究者使用。

步驟4，在試驗的第4-10天即發(fā)芽勢發(fā)芽計數(shù)日期，搜集發(fā)芽室5中試驗種子的發(fā)芽粒數(shù)SN；在發(fā)芽率發(fā)芽計數(shù)日期，搜集發(fā)芽室5中試驗種子的正常幼苗數(shù)LN，以及收集供試驗的全部種子粒數(shù)ZN；然后在“發(fā)芽條件研究統(tǒng)計及優(yōu)選單元”中試驗編號BH的記錄中錄入SN,LN和ZN數(shù)據(jù)；錄入這些數(shù)據(jù)完畢后，能獲得系統(tǒng)自動計算出發(fā)芽勢和發(fā)芽率數(shù)據(jù)，以及該試驗的控制條件數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)用以提供給研究者進行優(yōu)選。

步驟5，經過上述步驟得到優(yōu)選發(fā)芽試驗方案后，點擊“發(fā)芽條件差異檢驗優(yōu)選決策單元”，該單元能針對所選的不同數(shù)量的某一控制參數(shù)(溫度，濕度，光照強度之一，其余兩控制參數(shù)不變)的若干個試驗方案，進行計算分析，提供單一試驗控制條件即溫度，濕度，光照強度三條件之一，對發(fā)芽勢及發(fā)芽率的影響的輔助決策信息。

只要在單元就能輸入的上述若干個試驗的編號，系統(tǒng)就從數(shù)據(jù)庫中取出這些試驗的試驗結果數(shù)據(jù)，進行溫度，濕度，光照強度三條件之一對發(fā)芽勢及發(fā)芽率影響的顯著性差異分析，提供運算結果以供研究者獲取有統(tǒng)計意義的驗證。

如果在所需研究的試驗數(shù)據(jù)不足，研究者返回執(zhí)行步驟2，在“發(fā)芽過程參數(shù)及任務設置單元”設置需要增加的試驗的控制條件參數(shù)，并且繼續(xù)按照上述順序步驟進行操作；

圖4是優(yōu)選試驗樣本檢驗實施流程圖，該實施流程圖是在研究者已經獲得優(yōu)選發(fā)芽試驗的發(fā)芽條件數(shù)據(jù)的情況下而需要進一步進行研究的試驗流程，其目的是為了對優(yōu)選發(fā)芽方案再進行樣本試驗，探究在樣本擴大后該種子的發(fā)芽控制條件是否仍然有效，對不同樣本數(shù)的試驗進行顯著性差異檢驗，以獲得統(tǒng)計意義的科學驗證；結合圖4，該實施步驟如下：

步驟6，在“優(yōu)選方案樣本試驗參數(shù)及任務設置單元”設置優(yōu)選方案的若干個樣本試驗的發(fā)芽過程的統(tǒng)一控制條件，包括統(tǒng)一的溫度，濕度，光照強度，水分，控制誤差以及若干個不同的樣本數(shù)，系統(tǒng)就將這些參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫模塊3中，并且傳到發(fā)芽試驗智能控制器4中，以供發(fā)芽試驗智能控制器4對發(fā)芽室5的發(fā)芽樣本試驗的環(huán)境條件進行自動控制；同時生成這些試驗的試驗編號。

步驟7，當試驗開始時，研究者在“優(yōu)選方案樣本試驗參數(shù)實時顯示及查詢單元”按照這些若干個不同試驗編號，能分別獲取這些樣本試驗的實時數(shù)據(jù)信息，包括這些樣本試驗的實時溫度，濕度，光照強度，水分信息，以及圖形曲線，該單元能夠形成分別按照年、月、日記錄統(tǒng)計的EXCEL格式數(shù)據(jù)報表，供研究者使用。

步驟8，在試驗的第4-10天，即在發(fā)芽勢發(fā)芽計數(shù)日期，研究者在發(fā)芽室5中搜集這些試驗的發(fā)芽粒數(shù)SN，在發(fā)芽率發(fā)芽計數(shù)日期搜集這些試驗的正常幼苗數(shù)LN，以及全部供驗種子數(shù)ZN,并在“優(yōu)選方案樣本試驗統(tǒng)計決策單元”錄入這些試驗的SN,LN,ZN數(shù)據(jù)；在錄入這些數(shù)據(jù)完畢后，研究者能夠獲取系統(tǒng)自動計算出這些不同樣本數(shù)試驗的發(fā)芽勢和發(fā)芽率數(shù)據(jù)，以及控制條件，這些數(shù)據(jù)用以提供給研究者進一步試驗。

步驟9，研究者在“優(yōu)選方案樣本試驗樣本檢驗決策單元”進行樣本數(shù)對發(fā)芽勢及發(fā)芽率的影響的顯著性差異分析，以獲取有統(tǒng)計意義的驗證；輸入若干個同批種子在相同控制條件的不同樣本數(shù)試驗的試驗編號，系統(tǒng)單元就會進行不同樣本數(shù)對發(fā)芽勢及發(fā)芽率影響的顯著性差異分析，提供計算分析結果，以提供研究者獲取有統(tǒng)計意義的驗證。

如果在該單元所需要的數(shù)據(jù)不足，研究者返回執(zhí)行步驟6，在“優(yōu)選方案樣本試驗參數(shù)及任務設置單元”設置增加的試驗的控制條件參數(shù)，并且繼續(xù)按照步驟順序執(zhí)行。

步驟10，最后，研究者在”樣本試驗總結及查詢單元”，輸入樣本試驗成功或者失敗的技術經驗，系統(tǒng)將輸入的技術經驗存入數(shù)據(jù)庫模塊3；如果要求查詢，能從該單元獲取從數(shù)據(jù)庫模塊3中取出的這些技術經驗，并能打印這些技術經驗。

為了更好地說明本發(fā)明的有效性及其優(yōu)點，采用元陽縣種子管理站提供的月亮谷水稻種子在系統(tǒng)中進行種子發(fā)芽條件試驗研究及樣本試驗分析；該試驗涉及的月亮谷水稻種子和試劑均為市售，實施具體步驟如下：

(1)在發(fā)芽室中的發(fā)芽盒中放置發(fā)芽床，所述發(fā)芽床為紙床，將月亮谷種子播種在發(fā)芽床上，準備進行發(fā)芽條件試驗；首先在發(fā)芽過程監(jiān)控模塊的“發(fā)芽試驗種子基本信息單元”錄入該發(fā)芽試驗種子的基本信息，包括試驗種子的試驗名稱，種子名稱，物種類型，統(tǒng)一的試驗起始日，試驗終止日，發(fā)芽勢計數(shù)日，發(fā)芽勢調查日，發(fā)芽床，以及不同的發(fā)芽盒。

開啟培養(yǎng)室內的紫外燈，滅菌30min，同時啟動攝像頭對培養(yǎng)室內的情況進行監(jiān)控；

(2)滅菌結束后，通過系統(tǒng)在發(fā)芽過程監(jiān)控模塊的“發(fā)芽過程參數(shù)及任務設置單元”設置按照設置試驗控制條件參數(shù)，包括發(fā)芽過程的統(tǒng)一的控制溫度，濕度，光照強度，水分以及控制誤差參數(shù)，也可以在發(fā)芽智能控制器的面板控制器手動設置以上參數(shù),同時獲得系統(tǒng)生成的發(fā)芽試驗編號；所設置月亮谷水稻的種子發(fā)芽條件的具體參數(shù)見表1。

表1水稻種子發(fā)芽環(huán)境條件參數(shù)

表1中紙上(TP)表示將種子放在紙上。

發(fā)芽室的溫度、濕度、光照穩(wěn)定后，根據(jù)中華共和國國家標準《農作物種子檢驗規(guī)程發(fā)芽試驗》(GB/T 3543.4-1995)在發(fā)芽室內將種子播種在發(fā)芽盒內的發(fā)芽床上。

(3)在種子發(fā)芽期間，在發(fā)芽過程監(jiān)控模塊的“試驗實時狀況顯示及查詢單元”輸入發(fā)芽試驗編號，獲取試驗實時數(shù)據(jù)信息，包括試驗實時的溫度，濕度，光照強度和水分數(shù)據(jù)，以表格形式和圖形曲線界面展示；該單元能夠形成分別按照年、月、日記錄統(tǒng)計的EXCEL格式數(shù)據(jù)報表，供研究者使用；表2內容是編號M011試驗一天內的溫度、濕度、光照、水分的實時數(shù)據(jù)。

表2試驗編號M011在2016年10月10日內的實時數(shù)據(jù)表

(4)在第5天即發(fā)芽勢發(fā)芽調查日，調查發(fā)芽室5中試驗種子發(fā)芽的種子數(shù)SN；在第14天即發(fā)芽率發(fā)芽調查日，調查發(fā)芽室5中試驗種子的正常幼苗數(shù)LN，同時記錄試驗播種的種子數(shù)ZN；在“發(fā)芽條件研究統(tǒng)計及優(yōu)選單元”中輸入發(fā)芽試驗編號，在該試驗編號的記錄中錄入SN,LN和ZN數(shù)據(jù)；錄入這些數(shù)據(jù)完畢后，能獲得系統(tǒng)自動計算出的發(fā)芽勢和發(fā)芽率數(shù)據(jù)，以及獲得該試驗的控制條件數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)用以提供給研究者對發(fā)芽率和發(fā)芽勢的試驗進行優(yōu)選。

表3就是發(fā)芽條件試驗的3個試驗結果，其中，3個試驗的溫度，濕度，光照強度，均一致控制為28℃,70％(濕度),1250Lx(光照強度)；發(fā)芽水分參數(shù)保持在54.7％，樣本數(shù)為試驗播種種子數(shù)。

表3相同發(fā)芽條件下不同樣本數(shù)的月亮谷種子試驗的發(fā)芽勢及發(fā)芽率

從表3可見，發(fā)芽條件試驗的3個試驗，在相同的環(huán)境條件控制下，其發(fā)芽勢和發(fā)芽率的差異很小，計算3個試驗發(fā)芽勢和發(fā)芽率的平均值，該月亮谷水稻的發(fā)芽勢為89.58,發(fā)芽率為87.1，達到國家標準。

試驗表明，在系統(tǒng)中輸入上述3個試驗的SN,LN,ZN數(shù)據(jù)，系統(tǒng)就自動計算出3個試驗的發(fā)芽勢及發(fā)芽率，避免了人工計算，減少了誤差和工作量；該系統(tǒng)對溫度，濕度，光照強度進行了穩(wěn)定控制，能實時反饋試驗發(fā)芽盒的水分，還能對干旱和火警進行報警；

(5)檢驗樣本數(shù)對發(fā)芽勢和發(fā)芽率的差異的影響；按照前述步驟9操作，在發(fā)芽研究輔助決策模塊2的“優(yōu)選方案樣本試驗樣本檢驗決策單元”進行樣本數(shù)對發(fā)芽勢及發(fā)芽率的影響的顯著性差異分析，以獲取有統(tǒng)計意義的驗證。

在前述試驗編號M011,M012,M013三個試驗中，各試驗的種子總數(shù)差距很大；我們以各試驗播種的種子總數(shù)即Z值作為樣本數(shù)，研究這不同樣本數(shù)對發(fā)芽率的影響的顯著性差異分析；即在“優(yōu)選方案樣本試驗樣本檢驗決策單元”單元中分別選擇M011與M012兩個樣本，M011與M012兩個樣本，M011與M012兩個樣本，進行雙樣本檢驗；圖4就是按上述選擇，通過運算而得的雙樣本檢驗Z值表。

表4各雙樣本檢驗Z值

表4中的樣本數(shù)，取自表3中的各試驗的ZN值，即各試驗播種的種子總數(shù)。

從表4可見，試驗M011、M012和M013兩兩之間的雙樣本檢驗值Z均明顯小于ɑ＝0.05*之對應Z值1.65，說明各發(fā)芽率差異不是由于樣本數(shù)所影響而產生的，而是處理誤差隨機誤差所致；表示在發(fā)芽試驗控制條件不變的條件下，樣本數(shù)擴大不影響發(fā)芽率差異；也說明此該種子的發(fā)芽條件溫度，濕度和光照強度具有推廣應用意義。

以上試驗的檢驗方法同樣能用于對發(fā)芽勢的樣本試驗檢驗。

本發(fā)明的系統(tǒng)不僅能為種子發(fā)芽研究和樣本試驗提供高效，高質的輔助決策和試驗可靠性強的環(huán)境條件自動化控制，而且還能為有關種子發(fā)芽的其他研究提供同樣的輔助決策及自動化控制。