第一章绪论
随着工厂化嫁接育苗技术的推广，国内外设施栽培面积不断扩大，正在逐步成为蔬菜生产的主要方式。嫁接可以克服作物在设施栽培生产中的连作障碍，还可以提高作物产量，因而嫁接技术在设施栽培中得到广泛的应用，嫁接自动化技术在国内外研究中也不断成熟。如何实现自动嫁接中供苗的自动化则是现阶段的一个主要问题。虽然嫁接自动化在设施农业中已经可以基本得到实现，但是，由于目前嫁接机大多对要嫁接的幼苗具有一定的要求，因而一般只能采用人工上苗供给嫁接机进行嫁接的方式。为了提高嫁接的效率和降低人工劳动强度，生产标准化苗实现自动嫁接机的自动供苗成为目前设施农业中的一种迫切需求。
1.1研究背景和目的
国内外设施栽培面积不断扩大，嫁接技术在设施蔬菜栽培中又是被广泛应用的一种技术，而自动嫁接机对需要嫁接的幼苗具有要求子叶生长方向一致的要求，这就对播种设备提出了一定的要求，需要使得播种设备在播种后种子长轴方向排列一致。
(1)设施栽培面积
不断扩大传统的育苗一般出苗率仅在 60％～70％之间，而工厂化育苗由于可以严格的控制发芽时期的环境，因而可以使出苗率达到 90%左右。工厂化育苗一般采用的是穴盘育苗技术，穴盘育苗具有省工、省力、低成本、高效率和便于规范化管理的优点，而且还具有高效、节约种子和所培育出的秧苗品质高等特点，有利于幼苗的标准化、规模化和集约化的生产，是蔬菜生产走向现代化的重要一步（别之龙 2008）。设施栽培如图 1-1 所示。
(2)嫁接育苗设备存在的问题研究
工厂化育苗机械，国外开始研究的时间要比国内早，因而国外的技术比较成熟，其各种功能也会相对全面，而且其机械的自动化程度也较高。其中，播种机械研究在国内外知名度较高的有美国的布莱克默(Blaekmore)、E—z、万达能(Vandana)和 Gro—Mor；英国的汉密尔顿(Hamilton)；荷兰的 Visser；澳大利亚的 Williames；韩国大东机电株式会和日本洋马公司。虽然目前来说精量播种机研究技术已经很成熟，但是大多针对的小粒种子，没有针对大粒种子进行研究，而对于嫁接所使用的瓜科砧木，所使用的都是大粒种子。因而，针对大粒种子进行播种设备的研制进行播种是有必要的。日本从 1986 年开始研究嫁接机，并在 1987 年到 1991 年之间先后研制出 3 种样机，最终得到嫁接成功率在 90%以上的全自动嫁接机。其中一号样机需要人工上苗，三号样机则首先需要先对植株幼苗子叶进行辨别，而后才能进行嫁接作业。我国嫁接机的研制有中国农业大学的张铁中教授首先展开，并且在 1998 年成功制作出了蔬菜自动嫁接机，该嫁接机采用贴接法嫁接成功率为 95%，生产率为 600 株/小时。此样机需要人工进行供苗。
1.2国内外大粒种子定向播种装置研究发展现状
国外工厂化嫁接育研究较早，因而国外的育苗装备较为成熟，其中日本在大粒种子播种方面的研究最为成熟。欧美等国家采用工厂化育苗已有 20 多年的历史，比较著名的有美国 CKMORE 公司研制的针状气吸式自动播种机，荷兰飞梭国际贸易与工程公司研制的全自动化播种机都不能很好地实现对嫁接用大粒种子的精量播种。日本洋马农机株式会社在 2001 年研制出 SF70 型大粒种子精量播种机，专门用于针对南瓜等大粒种子的精量播种，其机构利用种子与放置种子的平板之间的摩擦作用进行种子方向的定位，可实现大粒种子的精量播种作业, 其成功率可以达到百分之九十五，播种偏差(为整盘种子沿种子长轴方向对齐的偏差 )不超过正负 30o。
第二章实现标准化幼苗生产的播种方式及总体方案的确定
通过进行大粒种子不同播种方式的基础试验，证明了定向播种可以实现种子出叶后幼苗子叶方向基本一致，可以为标准化苗的生产提供前提基础。说明了对大粒种子定向播种装置的研制具有意义。为实现大粒种子定向播种装置播种后的种子可以实现种子长轴方向排列一致且出芽点朝向一致的问题，对各种不同的方法进行分析比较，确定大粒种子定向播种装置的设计方案。
2.1 不同播种方式对比试验
为了研究定向播种是否可以实现标准化幼苗的生产，进行了针对南瓜种子不同播种方式的对比试验。试验分为两组，试验 1 利用天虹南瓜种子进行试验，验证定向播种是否对一般大粒种子出芽后子叶朝向具有影响。试验 2 采用嫁接用黑籽南瓜种子，验证定向播种是否可以得到子叶朝向一致的标准化幼苗，以利于嫁接自动化供苗。播种试验在杨凌美庭工厂化育苗馆中进行。杨凌美庭工厂化育苗馆利用现代化的育苗设施和先进的育苗技术，结合现代化、企业化的模式组织种苗生产和经营，实现种苗的规模化生产。杨凌美庭工厂化育苗馆利用穴盘育苗技术培育幼苗，如图 2-1 所示。育苗馆中的自动播种机采用气吸式播种，如图 2-2 所示，可用于 70 穴苗盘的自动播种，此播种设备主要针对丸粒化的小粒种子，可以实现分离苗盘、填充介质，压穴、播种和覆土整个播种过程的自动化。工作效率为 120-200 盘小时。
第三章南瓜种子的出芽点位置的方法........................................ 25-33
3.1 摄像头捕获种子图像 ........................................ 25-27
3.2种子出芽点所在位置的方法........................................ 27-30
3.3 试验装置及试验方法........................................ 30-32
3.4 本章小结 ........................................ 32-33
第四章 大粒种子定向播种装置中调向机........................................ 33-44
4.1 调向机构的结构和工作原理 ........................................ 33-35
4.2 调向机构主要参数设计........................................ 35-43
4.3 本章小结 ........................................ 43-44
第五章 定向播种装置的控制方法........................................ 44-51
5.1 调向装置系统控制方法........................................ 44-46
5.2 图像处理信息通信工作........................................ 46-47
5.3 单片机串口通信........................................ 47-48
5.4 定向播种装置试验........................................ 48-50
结论
为实现标准化幼苗的生产便于实现嫁接的自动化和幼苗后期的统一管理，设计了针对大粒种子的定向播种装置。完成的主要内容有：
(1) 明确了定向播种的意义。通过进行基础试验，证实了定向播种可以使得种子出芽后子叶的方向基本保持一致。因而明确了定向播种可以为后续的嫁接效率的提高提供前提条件。
(2) 提出利用图像处理技术自动判断大粒种子出芽点位置的方法。为了实现种子方向的自动判断，采用数字图像处理的办法。首先利用VFW库进行视频捕捉，得到种子原始图像，然后使用RGB转换公式，得到种子灰度图像。利用灰度图像可以得到种子的二值图像，进而通过利用图像处理技术判别大粒种子的方向，采用的方法为依据种子外观特点，利用面积比较方法来进行判断出种子的方向。
(3) 试制了用于实现大粒种子的定向播种的调向机构。
(4) 实现了将图像处理和调向机构进行结合的控制方法。控制利用STC89C52单片机，通过串口使计算机和单片机进行通信，从而将图像处理的信息和调向机构的控制结合起来。经过试验，经定向播种装置播种后的种子长轴方向不大于30°的成功率为80%。
(5) 为嫁接自动化过程的自动供苗提供了前期的研究基础。