基于工控机的智能化蚕种催青系统研究

刘 健 范 涛 代君君 孟庆杰 舒 蕊 章玉萍

(1安徽省农业科学院蚕桑研究所，安徽合肥 230061; 2阜阳市农业技术推广中心，安徽阜阳 236000)

基于工控机的智能化蚕种催青系统研究

刘 健1范 涛1代君君1孟庆杰2舒 蕊1章玉萍1

(1安徽省农业科学院蚕桑研究所，安徽合肥 230061;2阜阳市农业技术推广中心，安徽阜阳 236000)

蚕种催青技术对蚕种孵化整齐度和家蚕体质至关重要，直接影响蚕桑生产。但催青技术仍主要停留在人工或人工加自动化保护家蚕胚胎发育阶段的环境调节，无法从实际意义上实现蚕种催青的智能化、现代化控制。基于蚕种发育特点和对蚕种催青技术参数的充分分析，研究了基于工业控制计算机(以下简称工控机)的智能化蚕种催青技术，优化了催青室控制设备，将智能化监测软件与工控机结合，实现系统对催青胚胎的发育值的测定，并根据测定值在线调节催青室中的湿度、温度、光照等因子，提高了控制系统的自动控制程度与自适应能力。

蚕种;催青;胚胎发育;工控机;在线测量软件

蚕桑产业是我国传承已久的农业优势产业，而且随着我国人民生活水平的提高，丝绸制品越来越受到人们的青睐。但传统的养蚕技术已越来越不适应现代蚕桑产业发展的需要，研发智能养蚕控制系统对于蚕桑产业的提质升级具有重要的意义。养蚕过程主要包括蚕种催青和农户饲养2个重要环节，其中蚕种催青对蚕桑产业的发展具有重要作用［1］。蚕种催青技术自产生以来逐步得到发展，并实现了工业生产模式，为提高蚕种催青控制系统的自动控制程度、适应能力及降低人工成本，我们针对蚕种催青时的技术要求及如何测定胚胎的发育情况，提出了基于工业控制计算机(以下简称工控机)的智能蚕种催青控制系统，提高了控制系统的自动控制程度与自适应能力。现将有关情况报告如下，供同仁参考。

1 系统技术方案

1.1 蚕种催青技术简介

蚕种催青技术是指将解除滞育的蚕种放在满足一定温湿度要求的环境中催动家蚕胚胎发育孵化的技术，因为家蚕胚胎在孵化前1 d蚕种将变成蓝色，故该过程被称为蚕种催青［2－3］。催青是养蚕的关键环节，其质量的好坏将直接影响到家蚕的生长发育和蚕茧的产、质量。然而决定蚕种催青质量的关键因素在于催青室能否满足蚕种催青所需要的温湿度等环境条件。随着自动化技术在催青技术中的应用，我国不少地方已经实现了高密度蚕种催青，主要表现在轻质金属组合催青板架的应用，催青室空气循环系统的推广，恒温、恒湿设备的引进，分布式工控机控制网络的实现等方面［4］(图1)。

图1 高密度蚕种催青室

以上4种因素共同推动了高密度催青技术的实现:金属组合催青架板，容量大、体积小，便于拆卸，透气性好，增大了催青密度;空气循环系统为催青室建立动态气流有利于建立卫生、有效的催青环境;恒温、恒湿设备改善了催青室的环境因素，更有利于家蚕胚胎的发育;分布式工控机控制系统实现了对催青室各个因素的监测、控制，大大减小了人力投入，提高了蚕种孵化率。但当前的催青技术仍有很多不足之处:系统实时控制效果不佳、测量误差较大;仍需要人工大量巡视，无法实现高度自动控制;需通过解剖蚕种确定当前胚胎的发育状态［5］。因此，实现智能化的催青控制技术对蚕业发展具有重要意义。

1.2 系统需求分析

基于工控机的智能化蚕种催青控制系统应克服当前催青控制系统的缺点，满足催青技术要求，具有远程操作及较高程度的自动化控制水平，图2为本文研究的智能催青控制系统的结构设计图，其所需的主要功能如下:一是具有实时监测催青室温度、湿度等功能;二是自动分析报警功能，即可智能分析出催青室参数超标情况，并有报警功能;三是具有智能计算模块，可根据系统载入的模型自动计算、控制各个催青室的设备;四是符合工业控制网络要求，具有远程监测与控制功能。

图2 系统控制设计图

2 智能化蚕种催青控制相关因素

2.1 催青控制因素探究

湿度、温度、光照程度、空气流通程度等因素是影响蚕种催青和胚胎发育的主要因素，其中湿度和温度是影响蚕种胚胎发育的主要因素，也是催青技术中公认的难把握因素［3］。在外界自然环境中，温度高低的分布一般是上高下低，湿度则呈上小下大分布;在室内若进行人工恒温恒湿控制，则室内不同位置的温度和湿度值经常会跟随设备的分布位置与热辐射大小而呈现出不同的变化。为了使室内不同位置的蚕种胚胎发育程度相近，势必要让不同位置的蚕种享受相近的环境因素，很多催青室均采用调种、摇卵等方式改善种胚的周围环境。如表1所示，为了探究影响催青室不同位置温度、湿度的因素，我们选择了18个测试点对催青室内不同状态下的温度、湿度进行测试。

表1 催青室不同位置不同状态下的温度、湿度值

由表1可以看出，在自然状态下，同一层不同位置的温度与相对湿度值相差较小，最大的差值为0.4℃和4.0%，但相对湿度较低;而在升温加湿无循环状态下，同一层不同位置的温度与相对湿度差值较大，最大差值可达1.1℃和21%;若在升温加湿的条件下加入空气循环，则同一层不同位置的温度与相对湿度差值则大大减小(分别为0.4℃和4.0%)。因此，催青室中通过升温加湿保持室内恒温恒湿的重要因素是加入空气循环，其主要作用是加速室内冷热空气对流，缩小温差、均衡室内湿度、提高空气含氧量。

2.2 催青室循环结构

室内循环对于蚕种催青具有重要作用，设计催青室循环系统时要充分考虑内外循环的方向设置因素、循环功率及循环参数。图3为本系统设计的智能催青室循环系统结构图。智能催青室循环系统由主气孔、气腔、风道等组成，可以控制室内气流流向，增加室内主动换气动力，改善室内微循环。

2.3 胚胎发育进程鉴定

由于家蚕胚胎在发育的不同阶段有鲜明的特征区别，长期以来人们都是根据这些特征来确定胚胎的发育进程。根据以往的研究经验，家蚕滞育卵的发育一般经历以下几个阶段:前滞育阶段、滞育阶段、越冬阶段、临界阶段、器官形成阶段、发育完成阶段［6］。在蚕种胚胎的不同发育阶段对催青室的温度、湿度条件有不同的要求，以往的催青技术人员均是通过解剖胚胎确定其发育阶段进而调整催青室的温度、湿度指数，随着自动化技术在蚕桑产业的应用，利用计算机技术确定家蚕胚胎发育进程的技术已经被提出，本文引进数字化胚胎认定思想，通过识别胚胎的积温指数，确定胚胎的发育进程，进而获得催青室所需的温、湿度要求。

图3 智能催青室循环系统结构

3 系统设计

3.1 催青室系统设计思路

图4 催青室控制网络

本系统催青室的网络控制结构如图4所示，是以工控机为控制核心，以windows系统为控制平台，集数据采集与数据输出模块于一体，接入胚胎发育程度鉴定模块，可实现智能化信息采集、自适应调节控制环境参数等功能。其中数据采集模块采集的信息包括催青蚕种的品名、数量等基本信息，催青要求及达到各发育阶段的积温要求，催青室内的各种环境因素等。催青室的数据采集与输出模块均采用PC总线型兼容模块，进而实现对催青室内各个状态的监测与控制。

3.2 催青控制系统

本系统采用模块化软件设计方法，采用主程序逐级调用子程序的编程思路，其中主要控制模块有数据采集程序模块、系统信息传输程序模块、信息处理程序模块及信息控制模块等。首先数据采集模块对催青室的温湿度等信息进行采集，并将采集到的数据利用系统信息传输通道传输给信息处理模块，信息处理模块将信息进行处理，同时会根据采集到的数据处理结果做出相应的响应，如升高或降低催青室的温度等。系统的数据传输结构图、整个系统的接线图分别如图5和图6所示。

图5 催青室数据采集与传输的局部结构图

图6 系统接线图

4 结束语

通过分析影响蚕种催青过程的主要因素，确定了空气循环是决定催青质量的重要因素，设计了基于工控机的智能蚕种催青控制系统。此系统采用数字化识别蚕种胚胎发育进程的技术，集家蚕胚胎发育进程鉴定，实时监测蚕种催青室环境，在线调整催青室中的湿度、温度、光照、气流等多功能于一体，增强了催青控制系统的准确性与自适应性，为蚕种催青技术的发展提供了一个方向。

［1］徐青，刘小芬.提高蚕种催青一日孵化率的关键技术体会［J］.安徽农学通报，2015，21(14):141－142.

［2］中国农业科学院蚕业研究所.中国养蚕学［M］.上海:上海科学技术出版社，1991:430.

［3］肖顺斌，朱水芬，杨文.简易温湿度自动控制系统的研制及在蚕种催青上的应用［J］.中国蚕业，2011，32(1):68－71.

［4］黎泉，刘迪，何奇文，等.蚕种催青架控制系统设计［J］.中国农机化学报，2015(1):58－61.

［5］陶凌，聂惠娟.基于RS－485总线的蚕种催青控制系统［J］.微计算机信息，2008(10):111－113.

［6］兰自勉，潘庆流.蚕种催青室温湿度自动控制系统的设计与应用试验［J］.中国蚕业，2013，34(1):69－72.

S882.3+4

B

1007－0982(2016)04－0077－05

10.16839/j.cnki.zgcy.2016.04.017

2016－06－17;接受日期:2016－10－11

安徽省农业科学院学科建设项目(编号16A0617);现代农业产业技术体系建设专项(编号CARS－22)。

第1作者信息:刘健(1973—)，男，安徽合肥，硕士，农艺师。Tel:0551－65154995，E-mail:lsj0551@sina.com

信息:范涛(1962—)，男，安徽合肥，硕士，研究员。Tel:0551－62826686，E-mail:fantao116@sohu.com