本發(fā)明涉及植物檢測裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種可設(shè)定植物生長的光源環(huán)境、具有定量檢測數(shù)據(jù)的植物趨光性檢測裝置及檢測方法。

背景技術(shù)：

根據(jù)科普的需要，目前在中小學(xué)的科學(xué)課程里都有關(guān)于植物趨光性的描述，在學(xué)校也有一些簡易的演示裝置可供學(xué)生觀察應(yīng)用，但大多是采用日光或白熾燈光的光源，對植物的趨光性響應(yīng)的程度也是做定性的判斷，缺乏對進(jìn)一步探究和深入分析不同階段的響應(yīng)程度的實驗裝置。

因此有必要研制和開發(fā)適合于學(xué)?；蛘呒彝嶒灥囊环N植物趨光性檢測裝置，滿足觀察和探究同種植物對于何種波長光源的趨光性響應(yīng)更為敏感，或者不同植物對同一波長光源的趨光性響應(yīng)更為敏感，以及對以上趨光性響應(yīng)進(jìn)行準(zhǔn)確度量的簡單實用裝置。

中國專利授權(quán)公告號：CN201107306Y，授權(quán)公告日2008年8月27日，公開了一種植物趨光性檢驗實驗臺，包括金屬管、角連接件、轉(zhuǎn)盤、底盤、遮光幕和各色濾光片，其結(jié)構(gòu)是金屬管通過角連接件連接構(gòu)成長方體框架，在框架底面設(shè)置底盤，轉(zhuǎn)盤通過轉(zhuǎn)軸連接設(shè)置在底盤上的軸承，一側(cè)框架上設(shè)置卡口，各色濾光片通過卡口安裝在框架的側(cè)面，框架的頂面及四周設(shè)置遮光幕。該發(fā)明不足之處是，結(jié)構(gòu)簡單，不能準(zhǔn)確的給出植物趨光性的具體定量的檢驗數(shù)據(jù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中植物的趨光性響應(yīng)的程度只有定性的判斷，沒有定量數(shù)據(jù)的不足，提供了一種可設(shè)定植物生長的光源環(huán)境、具有定量檢測數(shù)據(jù)的植物趨光性檢測裝置及檢測方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種植物趨光性檢測裝置，包括箱體，設(shè)于箱體內(nèi)底部的植物生長基座，設(shè)于箱體內(nèi)兩側(cè)的兩組LED燈組件，設(shè)于箱體內(nèi)表面的直角坐標(biāo)系，設(shè)于箱體前表面中部的觀察窗，設(shè)于箱體外用于遮擋觀察窗的遮光窗簾，設(shè)于箱體前表面下部的2個電流毫安表和2個LED燈亮度調(diào)節(jié)旋鈕，所述箱體內(nèi)還設(shè)有加熱器、溫度傳感器和攝像頭，所述箱體外還設(shè)有控制芯片、存儲器、顯示屏和用于供電的電源；所述2個電流毫安表、2個LED燈亮度調(diào)節(jié)旋鈕、加熱器、溫度傳感器、攝像頭、存儲器和顯示屏均與控制芯片電連接；一組LED燈組件分別與一個電流毫安表和一個LED燈亮度調(diào)節(jié)旋鈕電連接，另一組LED燈組件分別與另一個電流毫安表和另一個LED燈亮度調(diào)節(jié)旋鈕電連接。

作為優(yōu)選，所述箱體內(nèi)還設(shè)有加濕器和濕度傳感器，所述加濕器和濕度傳感器均與控制芯片電連接。

作為優(yōu)選，所述加熱器為分布在箱體兩側(cè)的若干個橫向的加熱片。

作為優(yōu)選，一組LED燈組依次與一個LED燈亮度調(diào)節(jié)旋鈕和一個電流毫安表串聯(lián)，另一組LED燈組依次與另一個LED燈亮度調(diào)節(jié)旋鈕和另一個電流毫安表串聯(lián)，兩個串聯(lián)電路并聯(lián)，兩組LED燈組均與DC9V電源的一端電連接，兩個電流毫安表均與DC9V電源的另一端電連接。

作為優(yōu)選，還包括電源適配器，電源通過電源適配器與交流電220V電連接。

本發(fā)明采用組合嵌套式的箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計，裝置總體分為上下兩部分，下半部是植物生長基座，作為本裝置的基座，保持本裝置的平穩(wěn)，同時在基座里可以放置供植物生長的土壤、營養(yǎng)基以及植物幼苗或種子?；暮蟛堪惭b有垂直的背景板，背景板上貼有居中的十字標(biāo)尺圖案作為直角坐標(biāo)系，可以作為植物生長的背景參照物。裝置的上半部是箱體，箱體的正面上部包括：用玻璃制作的觀察窗，以及覆蓋在觀察窗外的遮光窗簾；通過觀察窗可以用肉眼觀察植物的生長狀況，或者用攝影器材進(jìn)行拍攝；遮光窗簾則可以在不使用觀察窗的時候確保在箱體內(nèi)部環(huán)境中生長的植物不受外部光線的干擾。通過控制芯片控制加熱器和加濕器的工作，達(dá)到不同的植物設(shè)定適合其生長的溫度值和濕度值；通過顯示屏顯示箱體內(nèi)的溫度值和濕度值。箱體的正面下部包括：兩只電流表、兩只LED燈亮度調(diào)節(jié)旋鈕以及電源開關(guān)，箱體的兩側(cè)裝有LED燈組件，電源插座位于箱體側(cè)面的下部，LED燈組件可根據(jù)需要，選用不同波長或顏色的LED單色燈或者白色LED燈，兩只LED燈亮度調(diào)節(jié)旋鈕可以分別調(diào)節(jié)兩側(cè)LED燈組件的亮，而兩只電流表可以分別監(jiān)測兩側(cè)LED燈組件的亮度，考慮到目前LED燈的產(chǎn)品一致性特征，可以認(rèn)為通過LED相同的電流值所對應(yīng)的光亮度是一致的，也可以認(rèn)為在LED燈的額定電流內(nèi)，LED燈的光亮度和其通過的電流大小對應(yīng)。通過控制芯片控制兩個LED燈亮度調(diào)節(jié)旋鈕；通過控制芯片控制攝像頭在設(shè)定的時間點對植物的生長情況進(jìn)行拍照。

本發(fā)明的操作過程如下：

放置植物的種子或幼苗；罩上箱體；選取合適的LED燈組件并裝于箱體兩側(cè)；通過控制芯片控制加熱器和加濕器的工作，達(dá)到不同的植物設(shè)定適合其生長的溫度值和濕度值；通過顯示屏顯示讀取箱體內(nèi)的溫度值和濕度值；通過控制芯片控制兩個LED燈亮度調(diào)節(jié)旋鈕；通過控制芯片控制攝像頭在設(shè)定的時間點對植物的生長情況進(jìn)行拍照；控制芯片對相同時間點的不同電流值時的照片進(jìn)行處理，獲得植物在直角坐標(biāo)系的投影位置，計算植物主莖的斜率，進(jìn)而計算某時刻的植物主莖的斜率與電流值的函數(shù)。

一種植物趨光性檢測裝置的檢測方法，包括如下步驟：

（6-1）在植物生長基座上放置營養(yǎng)基和待檢測植物的種子或幼苗；

（6-2）根據(jù)不同的植物設(shè)定適合其生長的溫度值A(chǔ)，A的取值范圍為[A1，A2]，通過控制芯片控制加熱器的工作：

當(dāng)溫度傳感器檢測的溫度值A(chǔ)小于A1時，控制加熱器工作；當(dāng)溫度傳感器檢測的溫度值A(chǔ)大于A2時，控制加熱器停止工作；控制芯片控制顯示屏顯示箱體內(nèi)的溫度值A(chǔ)；

（6-3）根據(jù)電流的設(shè)定值I_i，通過控制芯片控制兩個LED燈亮度調(diào)節(jié)旋鈕，使2個電流毫安表的數(shù)值的差值為設(shè)定值I_i，同時控制芯片讀取電流毫安表的數(shù)值，其中，i的取值范圍為[1，n]；

（6-4）m天后，在設(shè)定的時間點控制攝像頭對植物的生長情況進(jìn)行拍照；

（6-5）當(dāng)i<n時，使i的值增加1，使電流的設(shè)定值I_i增大ΔI，返回步驟（6-1）；

（6-6）控制芯片對不同電流值I_i時的照片進(jìn)行處理，獲得植物在直角坐標(biāo)系的投影位置，計算植物主莖的斜率K和植物主莖的長度，得到表征植物趨光性的兩個函數(shù)關(guān)系：植物主莖的斜率與電流值的函數(shù)關(guān)系K=f（I）和植物主莖的長度與電流值的函數(shù)關(guān)系L= h（I）。

作為優(yōu)選，所述箱體內(nèi)還設(shè)有加濕器和濕度傳感器，所述加濕器和濕度傳感器均與控制芯片電連接；步驟（6-2）由步驟（7-1）替換，具體步驟如下：

（7-1）根據(jù)不同的植物設(shè)定適合其生長的溫度值A(chǔ)和濕度值B，A的取值范圍為[A1，A2]，B的取值范圍為[B1，B2]，通過控制芯片控制加熱器和加濕器的工作；

設(shè)定C=A*a+100*B*b，其中，a的取值范圍為[0.8，0.9]，b的取值范圍為[0.1，0.2]，a+b=1，C的取值范圍為[C1，C2]；

當(dāng)C小于C1，B小于B1時，控制加濕器工作；當(dāng)C小于C1，A小于A1時，控制加熱器工作；當(dāng)C大于C2，A大于A2時，控制加熱器停止工作；當(dāng)C大于C2，B大于B2時，控制加濕器停止工作；

控制芯片控制顯示屏顯示箱體內(nèi)的溫度值A(chǔ)和濕度值B。

作為優(yōu)選，所述加熱器為分布在箱體兩側(cè)的若干個橫向的加熱片；步驟（7-1）還包括如下步驟：

溫度傳感器檢測的溫度值A(chǔ)小于A1時，控制所有的加熱片工作；當(dāng)溫度傳感器檢測的溫度值A(chǔ)大于A3時，只留一個加熱片工作，控制其他加熱片停止工作；當(dāng)溫度傳感器檢測的溫度值A(chǔ)大于A2時，控制所有的加熱片停止工作；其中，A1<A3<A2。

設(shè)置溫度值A(chǔ)3，更加精細(xì)的控制加熱器的工作情況，防止溫度過高對植物造成傷害。

作為優(yōu)選，所述溫度值A(chǔ)1的取值范圍為15℃至25℃，所述溫度值A(chǔ)2的取值范圍為35℃至40℃，所述溫度值A(chǔ)3的取值范圍為30℃至39℃，所述濕度值B1的取值范圍為50%至70%，所述濕度值B2的取值范圍為80%至90%。

其中，C1，C2的值根據(jù)A1、a、B1、b確定。

因此，本發(fā)明具有如下有益效果：可設(shè)定植物生長的光源環(huán)境、具有定量檢測數(shù)據(jù)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的外部的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的內(nèi)部的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)原理框圖；

圖4是本發(fā)明的一種電路原理圖；

圖5是本發(fā)明的一種操作流程圖。

圖中：箱體1、植物生長基座2、LED燈組件3、直角坐標(biāo)系4、觀察窗5、遮光窗簾6、電流毫安表7、LED燈亮度調(diào)節(jié)旋鈕8、加熱器9、溫度傳感器10、攝像頭11、控制芯片12、存儲器13、顯示屏14、加濕器15、濕度傳感器16、電源適配器17。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。

如圖1、圖2、圖3的實施例是一種植物趨光性檢測裝置，包括箱體1，設(shè)于箱體內(nèi)底部的植物生長基座2，設(shè)于箱體內(nèi)兩側(cè)的兩組LED燈組件3，設(shè)于箱體內(nèi)表面的直角坐標(biāo)系4，設(shè)于箱體前表面中部的觀察窗5，設(shè)于箱體外用于遮擋觀察窗的遮光窗簾6，設(shè)于箱體前表面下部的2個電流毫安表7和2個LED燈亮度調(diào)節(jié)旋鈕8，所述箱體內(nèi)還設(shè)有加熱器9、溫度傳感器10和攝像頭11，所述箱體外還設(shè)有控制芯片12、存儲器13、顯示屏14和用于供電的電源；所述2個電流毫安表、2個LED燈亮度調(diào)節(jié)旋鈕、加熱器、溫度傳感器、攝像頭、存儲器和顯示屏均與控制芯片電連接；一組LED燈組件分別與一個電流毫安表和一個LED燈亮度調(diào)節(jié)旋鈕電連接，另一組LED燈組件分別與另一個電流毫安表和另一個LED燈亮度調(diào)節(jié)旋鈕電連接；所述箱體內(nèi)還設(shè)有加濕器15和濕度傳感器16，所述加濕器和濕度傳感器均與控制芯片電連接；所述加熱器為分布在箱體兩側(cè)的若干個橫向的加熱片；還包括電源適配器17，電源通過電源適配器與交流電220V電連接。

圖4是本發(fā)明的一種電路原理圖，一組LED燈組依次與一個LED燈亮度調(diào)節(jié)旋鈕和一個電流毫安表串聯(lián)，另一組LED燈組依次與另一個LED燈亮度調(diào)節(jié)旋鈕和另一個電流毫安表串聯(lián)，兩個串聯(lián)電路并聯(lián)，兩組LED燈組均與DC9V電源的一端電連接，兩個電流毫安表均與DC9V電源的另一端電連接。

一種植物趨光性檢測裝置的檢測方法，包括如下步驟：

步驟100：在植物生長基座上放置營養(yǎng)基和待檢測植物的種子或幼苗；

步驟200：根據(jù)不同的植物設(shè)定適合其生長的溫度值A(chǔ)和濕度值B，A的取值范圍為[A1，A2]，B的取值范圍為[B1，B2]，通過控制芯片控制加熱器和加濕器的工作；

設(shè)定C=A*a+100*B*b，其中，a的取值范圍為[0.6，0.8]，b的取值范圍為[0.3，0.5]，a+b=1，C的取值范圍為[C1，C2]；

當(dāng)C小于C1，B小于B1時，控制加濕器工作；當(dāng)C小于C1，A小于A1時，控制加熱器工作；當(dāng)C大于C2，A大于A2時，控制加熱器停止工作；當(dāng)C大于C2，B大于B2時，控制加濕器停止工作；

溫度傳感器檢測的溫度值A(chǔ)小于A1時，控制所有的加熱片工作；當(dāng)溫度傳感器檢測的溫度值A(chǔ)大于A3時，只留一個加熱片工作，控制其他加熱片停止工作；當(dāng)溫度傳感器檢測的溫度值A(chǔ)大于A2時，控制所有的加熱片停止工作；其中，A1<A3<A2；

控制芯片控制顯示屏顯示箱體內(nèi)的溫度值A(chǔ)和濕度值B；

步驟300：根據(jù)電流的設(shè)定值I_i，通過控制芯片控制兩個LED燈亮度調(diào)節(jié)旋鈕，使2個電流毫安表的數(shù)值的差值為設(shè)定值I_i，同時控制芯片讀取電流毫安表的數(shù)值，其中，i的取值范圍為[1，n]；

步驟400：m天后，在設(shè)定的時間點控制攝像頭對植物的生長情況進(jìn)行拍照；

步驟500：當(dāng)i<n時，使i的值增加1，使電流的設(shè)定值I_i增大ΔI，返回步驟100；

步驟600：控制芯片對不同電流值I_i時的照片進(jìn)行處理，獲得植物在直角坐標(biāo)系的投影位置，計算植物主莖的斜率K和植物主莖的長度，得到表征植物趨光性的兩個函數(shù)關(guān)系：植物主莖的斜率與電流值的函數(shù)關(guān)系K=f（I）和植物主莖的長度與電流值的函數(shù)關(guān)系L= h（I）。

作為優(yōu)選，所述溫度值A(chǔ)1為25℃，所述溫度值A(chǔ)2為35℃，所述溫度值A(chǔ)3為34℃，所述濕度值B1為70%，所述濕度值B2為80%，a=0.8，b=0.2，所述C1取值為34，所述C2取值為44。

取m=8，n=5，I₁=40，ΔI=10，設(shè)置左側(cè)LED燈的電流值小于右側(cè)LED燈的電流值，電流I的單位為mA，電流I_i分別為40、50、60、70、80，直角坐標(biāo)系的x軸和y軸的單位為cm，植物根部坐標(biāo)為（0，-10），根據(jù)攝像頭拍攝的照片得到5個植物頂部坐標(biāo)，計算植物主莖的斜率和植物主莖的長度；得到植物主莖的斜率與電流值的關(guān)系點坐標(biāo)，植物主莖的長度與電流值的關(guān)系點坐標(biāo)；使用最小二乘法計算，得到植物主莖的斜率與電流值的擬合直線為K=k₁I+b₁和植物主莖的長度與電流值的擬合直線為L= k₂I+b₂；電流值I表示LED燈的光的亮度，因此，函數(shù)K和L表征了植物趨光性與光照強度的關(guān)系。

因此，本發(fā)明具有可設(shè)定植物生長的光源環(huán)境、具有定量檢測數(shù)據(jù)的特點。

應(yīng)理解，本實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。