马铃薯自动化催芽监控系统设计＊

李 明 ， 王润涛 ， 姜 微

（岭南师范学院，广东 湛江 524048）

马铃薯位居世界粮食作物产量第四名，排在玉米、水稻和小麦之后。中国是世界马铃薯种植面积最大的国家。马铃薯的栽培技术主要利用块茎进行无性繁殖，将健康的马铃薯切成3 cm×3 cm大小的茎块，放置于阴凉处进行催芽，10天左右长出幼牙，即可种植。马铃薯的种子催芽过程需要具备一定的环境的温度和湿度，块茎生芽的适宜温度为12℃～16℃，高温会使块茎停止生长，相对湿度70%～80%适宜，湿度过大会导致块茎腐烂。农民一般选择合适季节在温室中进行催芽，但不可控的环境因素仍然无法保证种块出芽率，且催芽过程中的腐烂问题会造成大面积的种块污染，产生了很大浪费。本研究设计密闭式催芽箱体模型，采用自动化技术实现催芽箱体内部环境温度与湿度的实时控制，用户可依据马铃薯种块的出牙情况动态调整参数[1-6]。

1 结构模型设计

马铃薯种块自动化催芽模型结构如图1所示。自动化催芽模型由控制屏、备料模块和催芽模块3部分组成。

备料模块中种块放入料斗，下面的喷淋器为多层环形结构，每层环形内壁设置高压喷水孔，通过软管链接药箱，药箱口装设压力阀能够控制喷淋药液流量强度，种块经由喷淋器消毒进入催芽箱体，完成脱毒处理。催芽模块呈环形结构，上下分别设置环形滑轨，种箱安装于中间位置，种箱由种盘组成，种盘中心贯穿伸缩绳，每个种箱底部设有压力传感器，温湿度传感器位置于环形结构中心，2个风扇、加湿器均安装在环形外壳上方内侧，加热丝呈网状间隔遍布外壳，自动化装置的每个执行终端均配设电机，待所有种箱装入种块后，催芽环形结构外罩透明密闭箱体（风扇处可以外接通风）。

图1 系统结构模型图

2 控制流程

自动化催芽模块控制流程如图2所示。系统采用STM32F103x4为核心控制器，该芯片低功耗，内置高速存储器，丰富的增强I/O端口和外设。选择AM2321湿敏电容数字温度传感器，该传感器体积小、低功耗、信号传输距离20 m以上，响应速度快，抗干扰能力强。

系统开始运行前由人工预先在控制屏上设置喷淋水压与催芽温度、湿度范围，并将马铃薯种块放入料斗，启动电源，控制器发出启动指令，系统运行，电机驱动料斗震动，压力阀开启，药箱中的药液压入喷淋器；催芽模块环形滑轨转动，空载育种箱移动至喷淋器，伸缩绳释放空载育种盘至出料口，育种盘自转且震动，压力传感器实时监测种箱重量，待当前育种盘载重达到上限，伸缩绳释放上一层育种盘，直至当前育种箱所有育种盘满载，环形滑轨转动下一育种箱至出料口，依次循环，直至所有育种箱满载，温湿度传感器实时监测催芽箱整体的温度与湿度信息，超出设定限制范围时，启动加热器加热、加湿喷头加湿、风扇降温排湿。

图2 催芽模块控制流程图

3 试验分析

为验证系统的稳定性和可行性，分别对温度、湿度实验分析。系统每30 s记录一次数据。设定系统温度最小值12℃，温度最大值16℃，湿度最小值70%RH，湿度最大值80%RH。选取1天从凌晨到子夜20个温度点进行分析。催芽箱内温度与室外温度对比图如图3所示。

图3 温度监控曲线

从图中曲线可以看出室外温度变化时催芽箱内温度会随之发生一定的变化，但变化区间稳定在12℃～16℃范围内。当温度低于设定温度时，控制系统启动加热器，并在温度处于设定温度范围内后，关闭加热器，当温度高于设定温度时，控制系统启动风扇散热，并在温度处于预设温度范围内后，停止风扇，使得密闭箱内温度稳定在设定范围内，达到温度自动控制的目的。

催芽箱内湿度与室外湿度对比图如图4所示。

图4 湿度监控曲线

从图中曲线可以看出室外湿度变化时催芽箱内湿度会随之发生一定的变化，但变化区间稳定在70%RH～80%RH范围内。当湿度低于设定湿度时，控制系统启动加湿喷头，并在湿度处于设定湿度范围内后，关闭喷头，当湿度高于设定数值时，控制系统启动风扇，达到自动控湿的目的。

选取50个马铃薯种子，切块后放入自动化催芽装置，12天后，种块出牙率97%。

4 结论

笔者设计了一种马铃薯种块自动化催芽系统，该系统能够实现种块自动消毒、自动测重、种盘自动装载、催芽过程温湿度监控的功能。系统采用单片机作核心控制器，温湿度传感器采集催芽箱内环境信息，按照控制屏预设控制条件进行调节，控制加热器、加湿喷头、风扇等执行终端动作，达到自动化催芽的目的。实验证明，系统能够实现自动化控温控湿，提高马铃薯催芽效果，为马铃薯自动化生产提供了技术支持。