本發(fā)明屬于種子發(fā)芽試驗(yàn)研究技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于單片機(jī)控制的種子發(fā)芽試驗(yàn)輔助決策系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

種子發(fā)芽試驗(yàn)過程的目的是，在發(fā)芽試驗(yàn)室內(nèi)幼苗出現(xiàn)和生長達(dá)到一定階段時，判定幼苗的主要構(gòu)造是否能在室外土壤適宜條件下進(jìn)一步生長成為正常植株；種子發(fā)芽的主要測定項(xiàng)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(biāo)結(jié)果；種子發(fā)芽過程的試驗(yàn)研究，首先要選出具有能較好體現(xiàn)種子發(fā)芽指標(biāo)的環(huán)境因子控制條件；然后再按照優(yōu)選出的試驗(yàn)的各發(fā)芽階段重要控制條件再進(jìn)行足夠的樣本試驗(yàn)；當(dāng)樣本試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析獲得滿意的統(tǒng)計結(jié)果后，才能進(jìn)行進(jìn)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(jié)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(biāo)的試驗(yàn)過程控制條件，又能支持對樣本試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析，同時還能按照試驗(yàn)的各階段光照，溫度，濕度和水分條件進(jìn)行發(fā)芽過程的智能控制；建立該系統(tǒng)是改進(jìn)研究質(zhì)量，減少研究工作量的重要措施。

目前使用的種子發(fā)芽設(shè)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(qiáng)制對流的方式來控制溫度、濕度、光照等參數(shù)，由于強(qiáng)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(jìn)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(yàn)效果與成本問題，已經(jīng)有人自行搭建的發(fā)芽自動控制室；謝平等(2008)以ATS單片機(jī)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(shè)計了基于STM8S單片機(jī)和REX3U無線網(wǎng)絡(luò)，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(luò)化的種子除濕控制系統(tǒng)”(CN 103955240 B)雖然對種子實(shí)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(shí)施控制。

分析以上所述，現(xiàn)有各種發(fā)芽設(shè)備和設(shè)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(jìn)行與發(fā)芽過程控制相結(jié)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(jìn)行樣本試驗(yàn)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(zhì)量和方便性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決以上缺陷技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于單片機(jī)控制的種子發(fā)芽試驗(yàn)輔助決策系統(tǒng)；本發(fā)明采用面向?qū)ο竽K化技術(shù)和嵌入式開發(fā)技術(shù)，在PC機(jī)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(jìn)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(jī)，通過以單片機(jī)為核心的發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器，對種子發(fā)芽室內(nèi)光照、溫度、濕度、水分環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時采集，實(shí)現(xiàn)智能自動調(diào)節(jié)功能；同時將反饋來的過程結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以供研究者進(jìn)行控制條件優(yōu)選；進(jìn)一步，通過發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器和發(fā)芽室，對優(yōu)選發(fā)芽方案再進(jìn)行樣本試驗(yàn)，然后對樣本試驗(yàn)的結(jié)果信息進(jìn)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(shù)方案如下：

1.一種基于單片機(jī)控制的種子發(fā)芽試驗(yàn)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(yàn)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(yùn)行于PC上位機(jī)平臺上；發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器是本系統(tǒng)的下位機(jī)，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(yàn)種子基本信息；獲取研究者設(shè)置的種子發(fā)芽試驗(yàn)的溫度，濕度，光照強(qiáng)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(yàn)智能控制器中以供執(zhí)行；用于獲得發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器和發(fā)芽室傳來的種子發(fā)芽過程的實(shí)時溫度，濕度，光照強(qiáng)度和水分?jǐn)?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(shè)置的優(yōu)選方案的樣本試驗(yàn)的樣本數(shù)，溫度，濕度，光照強(qiáng)度，水分?jǐn)?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(yàn)智能控制器中,以供執(zhí)行；用于獲取來自發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器和發(fā)芽室的優(yōu)選方案的樣本試驗(yàn)的實(shí)時溫度，濕度，光照強(qiáng)度和水分?jǐn)?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(yàn)數(shù)據(jù)分析使用，并提供查詢；用于獲取來自發(fā)芽試驗(yàn)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(nèi)除攝像頭外的電源的命令至發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器；用于獲得發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器傳來的發(fā)芽室的水分?jǐn)?shù)據(jù)，當(dāng)水分?jǐn)?shù)據(jù)達(dá)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(yàn)智能控制器和發(fā)芽室反饋的發(fā)芽過程試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并且用于獲取研究者在發(fā)芽室調(diào)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(diào)查日所調(diào)查的發(fā)芽的種子數(shù)，所述發(fā)芽勢調(diào)查日為播種后第3-14天，LN表示在發(fā)芽率調(diào)查日所調(diào)查的正常幼苗數(shù)，所述發(fā)芽率調(diào)查日為播種后第5-35天，ZN表示試驗(yàn)播種的種子數(shù)，并進(jìn)行統(tǒng)計分析，以供研究者進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)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(yàn)的輔助決策；用于獲取來自發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器和發(fā)芽室反饋的優(yōu)選方案的樣本試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以及獲取研究者輸入的優(yōu)選方案的樣本試驗(yàn)的SN、LN和ZN數(shù)據(jù)，并進(jìn)行統(tǒng)計檢驗(yàn)和分析，輔助研究者對這些樣本試驗(yàn)進(jìn)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(yàn)研究成功或者失敗的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，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(diào)查日調(diào)查的發(fā)芽的種子數(shù)占試驗(yàn)播種的種子數(shù)的百分率，發(fā)芽率是在發(fā)芽率調(diào)查日調(diào)查的正常幼苗數(shù)占試驗(yàn)播種的種子數(shù)的百分率；

所述發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器：采用的單片機(jī)型號為STM32F407ZGT6，與上位機(jī)相連，接受來自于發(fā)芽室的濕度、溫度、水分、光照強(qiáng)度實(shí)時數(shù)據(jù),同時將這些數(shù)據(jù)傳到PC上位機(jī)；接受PC上位機(jī)的發(fā)芽過程監(jiān)控模塊中所設(shè)置的溫度，濕度，光照強(qiáng)度，水分，控制誤差參數(shù)數(shù)據(jù)，利用內(nèi)部的協(xié)調(diào)智能算法進(jìn)行運(yùn)算,并且通過智能接口、驅(qū)動模塊和智能開關(guān)，及時地調(diào)節(jié)發(fā)芽室中的加熱器，加濕器，照明燈的運(yùn)行，實(shí)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(shè)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(yàn)參數(shù)設(shè)置功能和發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器的智能控制功能，及時地調(diào)節(jié)發(fā)芽室內(nèi)加熱器、加濕器、照明燈的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)發(fā)芽室內(nèi)種子發(fā)芽環(huán)境條件的自動化控制；發(fā)芽室內(nèi)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(qiáng)度、水分、火警信息以及影像實(shí)時信息，通過傳感器接口，不斷地反饋到發(fā)芽試驗(yàn)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(gòu)成,接收并存儲來自發(fā)芽室、發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器發(fā)送來的發(fā)芽試驗(yàn)實(shí)時數(shù)據(jù),送往上位機(jī)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(jìn)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(shè)置或者調(diào)整的試驗(yàn)控制參數(shù)，傳送給發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器,以供其通過智能控制方法的運(yùn)算，對加熱器、加濕器和照明燈的運(yùn)行進(jìn)行自動控制調(diào)整；存儲有統(tǒng)計學(xué)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(yīng)一個F臨界值；以上兩表用于進(jìn)行統(tǒng)計檢驗(yàn)及輔助決策分析。

2.根據(jù)技術(shù)方案1所述的基于單片機(jī)控制的種子發(fā)芽試驗(yàn)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(yàn)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(jī)界面，獲取研究者設(shè)置的試驗(yàn)種子的試驗(yàn)名稱，種子名稱，物種類型，試驗(yàn)起始日，試驗(yàn)終止日，發(fā)芽盒號，重復(fù)序號，發(fā)芽勢調(diào)查日，發(fā)芽率調(diào)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(wù)設(shè)置單元，與數(shù)據(jù)庫模塊相連接，用于提供人機(jī)界面，獲取研究者設(shè)置的種子發(fā)芽過程的溫度，濕度，光照強(qiáng)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(yàn)智能控制器中，以供其對發(fā)芽室的發(fā)芽環(huán)境條件進(jìn)行自動控制；

優(yōu)選方案樣本試驗(yàn)參數(shù)及任務(wù)設(shè)置單元，與數(shù)據(jù)庫模塊相連接，用于提供人機(jī)界面，獲取研究者設(shè)置的優(yōu)選方案的樣本試驗(yàn)的樣本數(shù)，發(fā)芽過程的溫度，濕度，光照強(qiáng)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(yàn)智能控制器中，以供發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器對發(fā)芽室的發(fā)芽樣本試驗(yàn)的環(huán)境條件進(jìn)行自動控制；

試驗(yàn)實(shí)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(yàn)智能控制器中反饋來的種子發(fā)芽過程的實(shí)時溫度，濕度，光照強(qiáng)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(shí)時溫度，濕度，光照強(qiáng)度，水分及影像數(shù)據(jù)，以供查詢；

優(yōu)選方案樣本試驗(yàn)參數(shù)實(shí)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(yàn)智能控制器中反饋來的優(yōu)選方案的樣本試驗(yàn)的實(shí)時溫度，濕度，光照強(qiáng)度，水分?jǐn)?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(yàn)的種子發(fā)芽過程的實(shí)時溫度，濕度，光照強(qiáng)度，水分?jǐn)?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(yàn)實(shí)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(nèi)的煙霧傳感器、土壤水分傳感器監(jiān)測傳來的數(shù)據(jù)，當(dāng)煙霧傳感器反饋的數(shù)據(jù)達(dá)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(nèi)除攝像頭外的電源的命令至發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器；當(dāng)土壤水分傳感器反饋的水分?jǐn)?shù)據(jù)達(dá)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(shù)方案1所述的基于單片機(jī)控制的種子發(fā)芽試驗(yàn)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(yàn)智能控制器中獲取在不同參數(shù)條件下的發(fā)芽試驗(yàn)過程及結(jié)果的數(shù)據(jù)；并且用于獲取研究者經(jīng)調(diào)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(jī)界面形式，提供給研究者進(jìn)行發(fā)芽條件試驗(yàn)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(yàn)及結(jié)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(gòu)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(diào)查日所調(diào)查的發(fā)芽的種子數(shù)，LN為前述的在發(fā)芽率調(diào)查日所調(diào)查的正常幼苗數(shù)，ZN為前述的試驗(yàn)播種的種子數(shù)；

發(fā)芽條件差異檢驗(yàn)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(jī)設(shè)計試驗(yàn)法模型進(jìn)行計算，以檢驗(yàn)同批種子不同溫度、濕度、光照強(qiáng)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(fù)試驗(yàn)n次的完全隨機(jī)設(shè)計試驗(yàn)法模型；所述完全隨機(jī)設(shè)計試驗(yàn)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(gòu)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(fù)第i次試驗(yàn)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(yàn)重復(fù)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(fù)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(yàn)優(yōu)選決策單元在運(yùn)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(jī)設(shè)計試驗(yàn)法模型進(jìn)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(yīng)臨界值F^*(0.05)；接著該單元以人機(jī)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(dāng)研究者判斷F比值＞F^*(0.05)時，就驗(yàn)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(jī)設(shè)計試驗(yàn)法模型同樣能用于濕度或光照強(qiáng)度的輔助決策；

優(yōu)選方案樣本試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)的過程數(shù)據(jù)及結(jié)果數(shù)據(jù)，并且用于獲取研究者經(jīng)調(diào)查后輸入的發(fā)芽樣本試驗(yàn)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(jìn)行統(tǒng)計分析，以人機(jī)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(yàn)過程數(shù)據(jù)及結(jié)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(yàn)樣本檢驗(yàn)決策單元，用于優(yōu)選方案樣本試驗(yàn)中同批種子不同樣本數(shù)的樣本試驗(yàn)的發(fā)芽率或者發(fā)芽勢的差異分析，為研究者擴(kuò)大樣本數(shù)試驗(yàn)提供輔助決策信息；采用種子雙樣本發(fā)芽情況檢驗(yàn)公式進(jìn)行計算，以檢驗(yàn)優(yōu)選方案樣本試驗(yàn)中，不同樣本數(shù)的試驗(yàn)的發(fā)芽率或者發(fā)芽勢差異是否來自隨機(jī)誤差或者處理誤差，從而能夠?yàn)檠芯空咛峁┹o助決策；所述種子雙樣本發(fā)芽情況檢驗(yàn)公式為：

式中，P1表示第一個樣本試驗(yàn)的發(fā)芽率，P2表示第二個樣本試驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)誤差，其計算公式如下：

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

該單元在運(yùn)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(qiáng)度下在兩個樣本試驗(yàn)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(yàn)公式進(jìn)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(yīng)的Z臨界值Z^*(0.05)；接著該單元以人機(jī)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(dāng)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(yàn)；

樣本試驗(yàn)總結(jié)及查詢單元，用于提供人機(jī)界面，以供研究者輸入樣本試驗(yàn)成功或者失敗的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，并將輸入的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)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(shù)經(jīng)驗(yàn)，以人機(jī)界面顯示或打印。

4.根據(jù)技術(shù)方案1所述的基于單片機(jī)控制的種子發(fā)芽試驗(yàn)輔助決策系統(tǒng),其特征在于,所述發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器：包括：多種外設(shè)輸入輸出接口，多種智能開關(guān)，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(shè)備；

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

多種外設(shè)輸入輸出接口，包括光電隔離輸出接口、A/D轉(zhuǎn)換器、各種驅(qū)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(qū)動發(fā)芽室的加熱器，加濕器，照明燈的運(yùn)行，用于將外來的模擬信息轉(zhuǎn)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(shí)時信息；

多種智能開關(guān)，用于實(shí)現(xiàn)對發(fā)芽室內(nèi)加熱器、加濕器，照明燈的啟動和較高精度的調(diào)節(jié)，以及用于實(shí)現(xiàn)對發(fā)芽室內(nèi)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(shí)時時鐘，用于實(shí)現(xiàn)發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器與PC上位機(jī)之間的信息傳輸；

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

5.根據(jù)技術(shù)方案4所述的基于單片機(jī)控制的種子發(fā)芽試驗(yàn)輔助決策系統(tǒng),其特征在于,所述發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器，其內(nèi)部具備溫度、濕度和光照強(qiáng)度的協(xié)同智能控制算法；發(fā)芽試驗(yàn)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(shè)置的種子發(fā)芽試驗(yàn)的溫度，濕度，光照強(qiáng)度，控制誤差參數(shù)數(shù)據(jù)和所獲取的發(fā)芽試驗(yàn)實(shí)時溫度，濕度，光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)，采用協(xié)同智能控制算法進(jìn)行運(yùn)算，不斷調(diào)節(jié)發(fā)芽室的溫度，濕度，光照強(qiáng)度發(fā)芽試驗(yàn)環(huán)境，消除溫度、濕度和光照強(qiáng)度之間相互影響和干擾作用，實(shí)現(xiàn)發(fā)芽室的溫度，濕度，光照強(qiáng)度發(fā)芽環(huán)境參數(shù)的智能控制。

6.根據(jù)技術(shù)方案1至5中任一技術(shù)方案所述的基于單片機(jī)控制的種子發(fā)芽試驗(yàn)輔助決策系統(tǒng),其特征在于,所述發(fā)芽試驗(yàn)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(jī)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(shí)時溫度，濕度，光照強(qiáng)度，水分?jǐn)?shù)據(jù)上傳至PC上位機(jī)數(shù)據(jù)庫中以供分析查詢，實(shí)現(xiàn)發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器與上位機(jī)之間的指令、圖像、傳感器值、開關(guān)狀態(tài)的傳輸。

與現(xiàn)有技術(shù)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(zhì)的輔助決策手段；本系統(tǒng)將輔助決策和自動控制密切結(jié)合，既能輔助研究者分析并且優(yōu)選出滿意發(fā)芽指標(biāo)的試驗(yàn)及其控制條件，又能支持對優(yōu)選發(fā)芽方案的樣本試驗(yàn)的結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析及輔助決策，同時還能按照試驗(yàn)的光照，溫度，濕度條件進(jìn)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(dāng)需要對發(fā)芽條件試驗(yàn)的發(fā)芽條件進(jìn)行多個試驗(yàn)和研究時，或者需要對優(yōu)選出滿意指標(biāo)的種子發(fā)芽條件參數(shù)再進(jìn)行樣本試驗(yàn)時，本系統(tǒng)能增加智能控制器和發(fā)芽室，靈活方便地進(jìn)行不同參數(shù)條件的智能控制試驗(yàn)；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(jié)合研究者錄入的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)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(biāo)的種子發(fā)芽條件參數(shù)，為研究者提供具有統(tǒng)計學(xué)意義的科學(xué)指標(biāo)和結(jié)論。

3、試驗(yàn)環(huán)境條件控制可靠性強(qiáng)；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(yàn)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(shè)定的控制目標(biāo)實(shí)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)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?qiáng)度，水分等發(fā)芽條件的數(shù)字化應(yīng)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(shù)，實(shí)時采集發(fā)芽室中發(fā)芽床的水分狀態(tài)進(jìn)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(jī)控制的種子發(fā)芽試驗(yàn)輔助決策系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖2:PC上位機(jī)的模塊結(jié)構(gòu)及其與發(fā)芽試驗(yàn)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(yàn)實(shí)施流程圖。

圖4：優(yōu)選試驗(yàn)樣本檢驗(yàn)實(shí)施流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

術(shù)語：

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

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

發(fā)芽率調(diào)查日，為播種后第5-第35天，自播種日起計算；發(fā)芽率調(diào)查日是根據(jù)《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)作物種子檢驗(yàn)過程發(fā)芽試驗(yàn)GB/T 3543.4-1995》中表1農(nóng)作物種子的發(fā)芽技術(shù)規(guī)定所例舉的農(nóng)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(diào)查日調(diào)查的發(fā)芽的種子數(shù)占試驗(yàn)播種的種子數(shù)的百分率。

發(fā)芽率是在發(fā)芽率調(diào)查日調(diào)查的正常幼苗數(shù)占試驗(yàn)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(nèi)空氣相對濕度；光照強(qiáng)度為照明燈的光照強(qiáng)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(jī)控制的種子發(fā)芽試驗(yàn)輔助決策系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(yàn)智能控制器4和發(fā)芽室5構(gòu)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(yùn)行于PC上位機(jī)平臺上；發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器4是本系統(tǒng)的下位機(jī)。

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(yàn)種子基本信息；用于獲取研究者設(shè)置的種子發(fā)芽條件試驗(yàn)或者優(yōu)選方案的樣本試驗(yàn)的樣本數(shù)，溫度，濕度，光照強(qiáng)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(yàn)智能控制器4中以供執(zhí)行；用于獲取來自發(fā)芽試驗(yàn)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(yàn)的實(shí)時溫度，濕度，光照強(qiáng)度和水分?jǐn)?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(yàn)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(nèi)除攝像頭外的電源的命令至發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器，以保證安全；用于獲得發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器傳來的達(dá)到干旱臨界值的發(fā)芽床的水分?jǐn)?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(yàn)智能控制器4反饋的種子發(fā)芽條件試驗(yàn)數(shù)據(jù)或者優(yōu)選方案的樣本試驗(yàn)數(shù)據(jù)，用于獲取研究者經(jīng)調(diào)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(diào)查日所調(diào)查的發(fā)芽的種子數(shù)，所述發(fā)芽勢調(diào)查日為播種后第3-第14天，LN為在發(fā)芽率調(diào)查日所調(diào)查的正常幼苗數(shù)，所述發(fā)芽率調(diào)查日為播種后第5-第35天，ZN為試驗(yàn)播種的種子數(shù)，并進(jìn)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(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)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(yàn)證；用于獲取研究者錄入的樣本試驗(yàn)成功或者失敗的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，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(yàn)智能控制器4采用的是單片機(jī)型號為STM32F407ZGT6，包括：多個外設(shè)輸入輸出接口，多種智能開關(guān)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(shè)備。

多種外設(shè)輸入輸出接口包括光電隔離輸出接口47、A/D轉(zhuǎn)換器、各種驅(qū)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(qū)動發(fā)芽室的加熱器59，加濕器510，照明燈58的運(yùn)行；用于將外來模擬信息轉(zhuǎn)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(shí)時信息。

多種智能開關(guān)48，用于實(shí)現(xiàn)對發(fā)芽室5內(nèi)加熱器59、加濕器510，照明燈58的啟動和較高精度的調(diào)節(jié)，以及用于實(shí)現(xiàn)對發(fā)芽室5內(nèi)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(shí)時時鐘，用于接收和存儲PC上位機(jī)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(nèi)發(fā)芽試驗(yàn)過程數(shù)據(jù)上傳至PC上位機(jī)進(jìn)行分析；發(fā)芽試驗(yàn)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(shí)現(xiàn)發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器4與PC上位機(jī)之間的指令、圖像、傳感器值、開關(guān)狀態(tài)的傳輸。

觸控面板43，一方面用于顯示發(fā)芽室5內(nèi)種子發(fā)芽試驗(yàn)的實(shí)時溫度，濕度，光照強(qiáng)度，水分?jǐn)?shù)據(jù)；另一方面用于手動選取其內(nèi)部存儲的發(fā)芽過程參數(shù)和控制任務(wù)配置文件，自動完成發(fā)芽過程中的環(huán)境參數(shù)調(diào)節(jié)過程。

報警裝置45，具備報警參數(shù)設(shè)置及報警提示功能，用于獲得發(fā)芽室5內(nèi)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(dāng)煙霧傳感器54反饋的數(shù)據(jù)達(dá)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(nèi)除攝像頭外的電源的命令至智能開關(guān)48；當(dāng)土壤水分傳感器55反饋的發(fā)芽床5的水分?jǐn)?shù)據(jù)達(dá)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(yàn)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(qiáng)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(jī)上的發(fā)芽過程監(jiān)控模塊1中所有設(shè)置的溫度，濕度，光照強(qiáng)度，水分，控制誤差參數(shù)信息，并且利用內(nèi)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(qū)動模塊49和光電隔離47，輸出控制電壓信號，調(diào)節(jié)發(fā)芽室5中的加熱器59，加濕器510，照明燈58的運(yùn)行變化，實(shí)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(shè)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(nèi)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(nèi)；發(fā)芽盒512放置在培養(yǎng)架50的層面上，發(fā)芽盒512內(nèi)鋪設(shè)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(nèi)鋪設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)；以上三者均與發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器4的RS485接口相連，用于將溫度，濕度，水分的實(shí)時數(shù)據(jù)傳到發(fā)芽試驗(yàn)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(qiáng)度，與發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器4的I²C接口相連，用于將光照實(shí)時信息傳到發(fā)芽試驗(yàn)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(dá)40m²；加熱器59采用奧克斯KFR-51LW/R1T型號，制熱量為8100W，循環(huán)風(fēng)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(nèi)的報警器511采用DF-8000型號，可無線通訊，并帶強(qiáng)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(nèi)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(qiáng)度、水分、火警信息以及影像信息實(shí)時反饋到發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器4中，以供其進(jìn)行智能運(yùn)算和智能控制；發(fā)芽試驗(yàn)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(qiáng)度、水分、火警信息以及影像信息實(shí)時上傳到PC上位機(jī)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(gòu)成，用于接收并存儲來自發(fā)芽室5、發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器4發(fā)送來的發(fā)芽試驗(yàn)實(shí)時數(shù)據(jù),送往上位機(jī)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(jìn)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(shè)置或者調(diào)整的試驗(yàn)控制參數(shù)，傳送給發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器4，以供其通過控制方法的運(yùn)算，對加熱器59、加濕器510和照明燈58的運(yùn)行進(jìn)行自動控制調(diào)整；存儲有統(tǒng)計學(xué)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(yīng)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(jī)控制的種子發(fā)芽試驗(yàn)輔助決策系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中，PC上位機(jī)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(jìn)行描述，PC上位機(jī)的數(shù)據(jù)庫模塊3內(nèi)建立了針對種子發(fā)芽試驗(yàn)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(qiáng)大智能控制與運(yùn)算功能以及智能接口功能的單片機(jī)STM32F407ZGT6作為發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器4的核心，采用多種先進(jìn)傳感器，對發(fā)芽室5內(nèi)光照、溫度、濕度、水分環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時采集，并且利用內(nèi)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(qū)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(jìn)行智能調(diào)節(jié)，實(shí)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(yàn)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?jǐn)?shù)據(jù)及結(jié)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(yàn)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(jìn)行報警；發(fā)芽室內(nèi)部也能通過報警器實(shí)現(xiàn)火警報警。

圖2是PC上位機(jī)的模塊結(jié)構(gòu)及其與發(fā)芽試驗(yàn)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(jī)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(jī)的發(fā)芽智能控制器相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

在圖2所示的技術(shù)方案中，發(fā)芽過程監(jiān)控模塊1包括：

發(fā)芽試驗(yàn)種子基本信息單元11，發(fā)芽過程參數(shù)及任務(wù)設(shè)置單元12，試驗(yàn)實(shí)時狀況顯示及查詢單元13，優(yōu)選方案樣本試驗(yàn)參數(shù)及任務(wù)設(shè)置單元14，優(yōu)選方案樣本試驗(yàn)參數(shù)實(shí)時顯示及查詢單元15，試驗(yàn)實(shí)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(jī)的發(fā)芽智能控制器相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

發(fā)芽試驗(yàn)種子基本信息單元11用于提供人機(jī)界面，獲取研究者設(shè)置試驗(yàn)種子的試驗(yàn)名稱，種子名稱，物種類型，試驗(yàn)起始日，試驗(yàn)終止日，發(fā)芽盒號，發(fā)芽勢調(diào)查日，發(fā)芽率調(diào)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(wù)設(shè)置單元12用于提供人機(jī)界面，獲取研究者設(shè)置種子發(fā)芽過程的溫度，濕度，光照強(qiáng)度，水分，控制誤差參數(shù)，并生成的試驗(yàn)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(yàn)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(jìn)行自動控制。

試驗(yàn)實(shí)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(yàn)智能控制器4中反饋來的種子發(fā)芽過程的實(shí)時溫度，濕度，光照強(qiáng)度，水分?jǐn)?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(shí)時溫度，濕度，光照強(qiáng)度，水分?jǐn)?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(dāng)發(fā)芽室5內(nèi)的土壤水分傳感器反饋來的水分?jǐn)?shù)據(jù)達(dá)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(yàn)參數(shù)及任務(wù)設(shè)置單元14，與數(shù)據(jù)庫模塊相連，用于獲取研究者設(shè)置優(yōu)選方案的樣本試驗(yàn)的溫度，濕度，光照強(qiáng)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(yàn)智能控制器4中，以供發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器4對發(fā)芽室5的發(fā)芽樣本試驗(yàn)的環(huán)境條件進(jìn)行自動控制。

優(yōu)選方案樣本試驗(yàn)參數(shù)實(shí)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(yàn)過程的實(shí)時溫度，濕度，光照強(qiáng)度，水分?jǐn)?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(yàn)的實(shí)時溫度，濕度，光照強(qiáng)度，水分?jǐn)?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(dāng)發(fā)芽室5內(nèi)的土壤水分傳感器反饋來的水分?jǐn)?shù)據(jù)達(dá)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(yàn)實(shí)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(nèi)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(dāng)煙霧傳感器54反饋的數(shù)據(jù)達(dá)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(nèi)除攝像頭外的電源的命令至發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器；當(dāng)發(fā)芽室5內(nèi)土壤水分傳感器反饋來的發(fā)芽床5的水分?jǐn)?shù)據(jù)達(dá)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(yàn)優(yōu)選決策單元22，優(yōu)選方案樣本試驗(yàn)統(tǒng)計決策單元23，優(yōu)選方案樣本試驗(yàn)樣本檢驗(yàn)決策單元24，樣本試驗(yàn)總結(jié)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(jìn)行數(shù)據(jù)交換；同時與下位機(jī)的發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器4相連，進(jìn)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(yàn)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(yàn)過程及結(jié)果的數(shù)據(jù)；并且用于獲取研究者經(jīng)調(diào)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(jī)界面形式，提供給研究者進(jìn)行優(yōu)選；然后將在不同參數(shù)條件下的發(fā)芽過程試驗(yàn)及結(jié)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(gòu)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(diào)查日所調(diào)查的發(fā)芽的種子數(shù)，所述發(fā)芽勢調(diào)查日為播種后第3-第14天，LN為在發(fā)芽率調(diào)查日所調(diào)查的正常幼苗數(shù)，所述發(fā)芽率調(diào)查日為播種后第5-第35天，ZN為試驗(yàn)播種的種子數(shù)。

發(fā)芽條件差異檢驗(yàn)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(jī)設(shè)計試驗(yàn)法公式進(jìn)行計算，以檢驗(yàn)對應(yīng)同樣種子不同溫度、或濕度、或光照強(qiáng)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?yàn)檠芯空邇?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(jī)設(shè)計試驗(yàn)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(fù)試驗(yàn)n次的完全隨機(jī)設(shè)計試驗(yàn)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(fù)第i次試驗(yàn)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(yàn)重復(fù)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(fù)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(yùn)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(jī)設(shè)計試驗(yàn)法模型進(jìn)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(yīng)臨界值F^*(0.05)；接著該單元以人機(jī)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(dāng)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(jī)設(shè)計試驗(yàn)法模型同樣能用于濕度或光照強(qiáng)度或水分的輔助決策。

優(yōu)選方案樣本試驗(yàn)統(tǒng)計決策單元23用于從發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器4中獲取優(yōu)選發(fā)芽方案的樣本試驗(yàn)的過程數(shù)據(jù)及結(jié)果數(shù)據(jù)，并且用于獲取研究者經(jīng)過調(diào)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(jìn)行統(tǒng)計分析，以人機(jī)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(yàn)的過程數(shù)據(jù)及結(jié)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(xué)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(yàn)樣本檢驗(yàn)決策單元24，用于檢驗(yàn)優(yōu)選方案樣本試驗(yàn)中同批種子不同樣本數(shù)的試驗(yàn)的發(fā)芽率或者發(fā)芽勢差異是否來自處理誤差和隨機(jī)誤差，為優(yōu)選發(fā)芽方案擴(kuò)大樣本應(yīng)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(yàn)公式進(jìn)行計算；種子雙樣本發(fā)芽情況檢驗(yàn)公式為：

式中，P1表示第一個樣本試驗(yàn)的發(fā)芽率，P2表示第二個樣本試驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)誤差，其計算公式如下：

式中，n1表示第一個樣本試驗(yàn)的樣本數(shù)，n2表示第二個樣本試驗(yàn)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(qiáng)度下進(jìn)行樣本試驗(yàn)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(yàn)公式進(jìn)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(yīng)得Z臨界值Z^*(0.05)；接著該單元以人機(jī)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(yàn)的發(fā)芽控制方案具有擴(kuò)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(yàn)。

樣本試驗(yàn)總結(jié)及查詢單元25，用于提供人機(jī)界面，以供研究者輸入樣本試驗(yàn)成功或者失敗的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，并將輸入的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)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(shù)經(jīng)驗(yàn)，以人機(jī)界面顯示或打印。

在圖2所示的基于單片機(jī)控制的種子發(fā)芽試驗(yàn)輔助決策系統(tǒng)的PC上位機(jī)模塊結(jié)構(gòu)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(yàn)過程的智能控制及輔助決策分析任務(wù)的；發(fā)芽過程監(jiān)控模塊1用于獲取來自發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器4的發(fā)芽室5內(nèi)的發(fā)芽試驗(yàn)過程的實(shí)時溫度、濕度和光照強(qiáng)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(wù)設(shè)置單元12和優(yōu)選方案樣本試驗(yàn)參數(shù)及任務(wù)設(shè)置單元14所設(shè)置的溫度，濕度，光照強(qiáng)度，水分，控制誤差參數(shù)信息，下傳到發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器4，使其對發(fā)芽室5的發(fā)芽試驗(yàn)條件進(jìn)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(yàn)實(shí)時溫度、濕度和光照強(qiáng)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(yàn)樣本檢驗(yàn)決策單元24的分析計算，輔助研究者對優(yōu)選試驗(yàn)方案的樣本試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計及顯著性差異分析，以獲得統(tǒng)計意義的驗(yàn)證；本系統(tǒng)將輔助決策和智能控制相結(jié)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(zhì)信息化工具。

在圖2所示的技術(shù)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(shù)完成的；發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器4采用USB HID協(xié)議，通過數(shù)字通信接口46，實(shí)現(xiàn)發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器4與PC上位機(jī)之間的指令、圖像、傳感器值、開關(guān)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(chǔ)，同時發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器4內(nèi)部具備溫度、濕度和光照強(qiáng)度的協(xié)同智能控制算法，為實(shí)現(xiàn)發(fā)芽環(huán)境條件的智能控制提供適應(yīng)復(fù)雜控制環(huán)境的重要運(yùn)算方法。

發(fā)芽試驗(yàn)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(qiáng)度和圖像反饋信號,同時接受來自于PC上位機(jī)的發(fā)芽過程監(jiān)控模塊1中所有設(shè)置的溫度，濕度，光照強(qiáng)度，水分，控制誤差參數(shù)信息，并利用述內(nèi)部協(xié)同智能控制算法，結(jié)合上述數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算,通過發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器4的智能接口48、驅(qū)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(diào)節(jié)信息，不斷調(diào)節(jié)發(fā)芽室5的溫度，濕度，光照強(qiáng)度發(fā)芽試驗(yàn)環(huán)境，消除溫度、濕度和光照強(qiáng)度之間相互影響和干擾作用，實(shí)現(xiàn)對發(fā)芽室5的溫度，濕度，光照強(qiáng)度發(fā)芽環(huán)境參數(shù)的閉環(huán)智能控制。

以下結(jié)合圖3和圖4進(jìn)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(yàn)實(shí)施流程圖，該試驗(yàn)是為探究種子發(fā)芽的最佳控制條件，并對控制條件進(jìn)行顯著性差異檢驗(yàn)，以獲得統(tǒng)計意義的科學(xué)驗(yàn)證；結(jié)合圖3，該實(shí)施步驟如下：

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

步驟2，在“發(fā)芽過程參數(shù)及任務(wù)設(shè)置單元”設(shè)置發(fā)芽條件試驗(yàn)的控制條件參數(shù)，包括發(fā)芽過程的溫度，濕度，光照強(qiáng)度，水分，控制誤差參數(shù)，在確認(rèn)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(jī)中，并且獲取該單元生成的試驗(yàn)編號BH。

步驟3，當(dāng)試驗(yàn)開始后，研究者在“試驗(yàn)實(shí)時狀況顯示及查詢單元”輸入試驗(yàn)編號BH，能獲取該試驗(yàn)的實(shí)時數(shù)據(jù)信息，包括試驗(yàn)實(shí)時的溫度，濕度，光照強(qiáng)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(yàn)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(yàn)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(yàn)種子的正常幼苗數(shù)LN，以及收集供試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)的控制條件數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)用以提供給研究者進(jìn)行優(yōu)選。

步驟5，經(jīng)過上述步驟得到優(yōu)選發(fā)芽試驗(yàn)方案后，點(diǎn)擊“發(fā)芽條件差異檢驗(yàn)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(qiáng)度之一，其余兩控制參數(shù)不變)的若干個試驗(yàn)方案，進(jìn)行計算分析，提供單一試驗(yàn)控制條件即溫度，濕度，光照強(qiáng)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(yàn)的編號，系統(tǒng)就從數(shù)據(jù)庫中取出這些試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，進(jìn)行溫度，濕度，光照強(qiáng)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(yùn)算結(jié)果以供研究者獲取有統(tǒng)計意義的驗(yàn)證。

如果在所需研究的試驗(yàn)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(wù)設(shè)置單元”設(shè)置需要增加的試驗(yàn)的控制條件參數(shù)，并且繼續(xù)按照上述順序步驟進(jìn)行操作；

圖4是優(yōu)選試驗(yàn)樣本檢驗(yàn)實(shí)施流程圖，該實(shí)施流程圖是在研究者已經(jīng)獲得優(yōu)選發(fā)芽試驗(yàn)的發(fā)芽條件數(shù)據(jù)的情況下而需要進(jìn)一步進(jìn)行研究的試驗(yàn)流程，其目的是為了對優(yōu)選發(fā)芽方案再進(jìn)行樣本試驗(yàn)，探究在樣本擴(kuò)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(yàn)進(jìn)行顯著性差異檢驗(yàn)，以獲得統(tǒng)計意義的科學(xué)驗(yàn)證；結(jié)合圖4，該實(shí)施步驟如下：

步驟6，在“優(yōu)選方案樣本試驗(yàn)參數(shù)及任務(wù)設(shè)置單元”設(shè)置優(yōu)選方案的若干個樣本試驗(yàn)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(qiáng)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(yàn)智能控制器4中，以供發(fā)芽試驗(yàn)智能控制器4對發(fā)芽室5的發(fā)芽樣本試驗(yàn)的環(huán)境條件進(jìn)行自動控制；同時生成這些試驗(yàn)的試驗(yàn)編號。

步驟7，當(dāng)試驗(yàn)開始時，研究者在“優(yōu)選方案樣本試驗(yàn)參數(shù)實(shí)時顯示及查詢單元”按照這些若干個不同試驗(yàn)編號，能分別獲取這些樣本試驗(yàn)的實(shí)時數(shù)據(jù)信息，包括這些樣本試驗(yàn)的實(shí)時溫度，濕度，光照強(qiáng)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(yàn)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(yàn)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(yàn)的正常幼苗數(shù)LN，以及全部供驗(yàn)種子數(shù)ZN,并在“優(yōu)選方案樣本試驗(yàn)統(tǒng)計決策單元”錄入這些試驗(yàn)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(yàn)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(jìn)一步試驗(yàn)。

步驟9，研究者在“優(yōu)選方案樣本試驗(yàn)樣本檢驗(yàn)決策單元”進(jìn)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(yàn)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(yàn)的試驗(yàn)編號，系統(tǒng)單元就會進(jìn)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(jié)果，以提供研究者獲取有統(tǒng)計意義的驗(yàn)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(yàn)參數(shù)及任務(wù)設(shè)置單元”設(shè)置增加的試驗(yàn)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(yàn)總結(jié)及查詢單元”，輸入樣本試驗(yàn)成功或者失敗的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)將輸入的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)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(shù)經(jīng)驗(yàn)，并能打印這些技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

為了更好地說明本發(fā)明的有效性及其優(yōu)點(diǎn)，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(jìn)行種子發(fā)芽條件試驗(yàn)研究及樣本試驗(yàn)分析；該試驗(yàn)涉及的月亮谷水稻種子和試劑均為市售，實(shí)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(zhǔn)備進(jìn)行發(fā)芽條件試驗(yàn)；首先在發(fā)芽過程監(jiān)控模塊的“發(fā)芽試驗(yàn)種子基本信息單元”錄入該發(fā)芽試驗(yàn)種子的基本信息，包括試驗(yàn)種子的試驗(yàn)名稱，種子名稱，物種類型，統(tǒng)一的試驗(yàn)起始日，試驗(yàn)終止日，發(fā)芽勢計數(shù)日，發(fā)芽勢調(diào)查日，發(fā)芽床，以及不同的發(fā)芽盒。

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

(2)滅菌結(jié)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(wù)設(shè)置單元”設(shè)置按照設(shè)置試驗(yàn)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(qiáng)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(shè)置以上參數(shù),同時獲得系統(tǒng)生成的發(fā)芽試驗(yàn)編號；所設(shè)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(biāo)準(zhǔn)《農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程發(fā)芽試驗(yàn)》(GB/T 3543.4-1995)在發(fā)芽室內(nèi)將種子播種在發(fā)芽盒內(nèi)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(yàn)實(shí)時狀況顯示及查詢單元”輸入發(fā)芽試驗(yàn)編號，獲取試驗(yàn)實(shí)時數(shù)據(jù)信息，包括試驗(yàn)實(shí)時的溫度，濕度，光照強(qiáng)度和水分?jǐn)?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(nèi)容是編號M011試驗(yàn)一天內(nèi)的溫度、濕度、光照、水分的實(shí)時數(shù)據(jù)。

表2試驗(yàn)編號M011在2016年10月10日內(nèi)的實(shí)時數(shù)據(jù)表

(4)在第5天即發(fā)芽勢發(fā)芽調(diào)查日，調(diào)查發(fā)芽室5中試驗(yàn)種子發(fā)芽的種子數(shù)SN；在第14天即發(fā)芽率發(fā)芽調(diào)查日，調(diào)查發(fā)芽室5中試驗(yàn)種子的正常幼苗數(shù)LN，同時記錄試驗(yàn)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(yàn)編號，在該試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)進(jìn)行優(yōu)選。

表3就是發(fā)芽條件試驗(yàn)的3個試驗(yàn)結(jié)果，其中，3個試驗(yàn)的溫度，濕度，光照強(qiáng)度，均一致控制為28℃,70％(濕度),1250Lx(光照強(qiáng)度)；發(fā)芽水分參數(shù)保持在54.7％，樣本數(shù)為試驗(yàn)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(yàn)的發(fā)芽勢及發(fā)芽率

從表3可見，發(fā)芽條件試驗(yàn)的3個試驗(yàn)，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(yàn)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(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。

試驗(yàn)表明，在系統(tǒng)中輸入上述3個試驗(yàn)的SN,LN,ZN數(shù)據(jù)，系統(tǒng)就自動計算出3個試驗(yàn)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(qiáng)度進(jìn)行了穩(wěn)定控制，能實(shí)時反饋試驗(yàn)發(fā)芽盒的水分，還能對干旱和火警進(jìn)行報警；

(5)檢驗(yàn)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(yàn)樣本檢驗(yàn)決策單元”進(jìn)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(yàn)證。

在前述試驗(yàn)編號M011,M012,M013三個試驗(yàn)中，各試驗(yàn)的種子總數(shù)差距很大；我們以各試驗(yàn)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(yàn)樣本檢驗(yàn)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(jìn)行雙樣本檢驗(yàn)；圖4就是按上述選擇，通過運(yùn)算而得的雙樣本檢驗(yàn)Z值表。

表4各雙樣本檢驗(yàn)Z值

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

從表4可見，試驗(yàn)M011、M012和M013兩兩之間的雙樣本檢驗(yàn)值Z均明顯小于ɑ＝0.05*之對應(yīng)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(chǎn)生的，而是處理誤差隨機(jī)誤差所致；表示在發(fā)芽試驗(yàn)控制條件不變的條件下，樣本數(shù)擴(kuò)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(qiáng)度具有推廣應(yīng)用意義。

以上試驗(yàn)的檢驗(yàn)方法同樣能用于對發(fā)芽勢的樣本試驗(yàn)檢驗(yàn)。

本發(fā)明的系統(tǒng)不僅能為種子發(fā)芽研究和樣本試驗(yàn)提供高效，高質(zhì)的輔助決策和試驗(yàn)可靠性強(qiáng)的環(huán)境條件自動化控制，而且還能為有關(guān)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。