本发明涉及昆虫饲养领域，尤其是涉及一种植食性昆虫智能饲养架及其使用方法。
背景技术：
植物的生长离不开光，不同种类或同一种类不同生长时期的植物对光的需求有很大不同。如喜阴植物（如兰花、芦荟、茶树等）和喜阳植物（如水稻、向日葵、莴苣等）对光的需求差异很大；研究证实小麦苗期需要蓝光照射，以合成足够的叶绿素，并防止苗茎过度伸长，在小麦拔节期红光可促进植株快速生长，在孕穗和抽穗灌浆期在红光和蓝光的复合作用下可增加种子产量。昆虫的生长发育同样需要光照。研究证实幼（若）虫期植食性昆虫在长时间暗环境下无法完成蜕皮（或羽化）。此外，不同种植食性昆虫对光波长、光照强度及光周期的喜好存在差异。因此在室内利用寄主植物对植食性昆虫的饲养，需要同时考虑到植物和昆虫对光的需求，这就需要一款能够根据植物和昆虫特性进行光照调节的智能饲养架。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种植食性昆虫智能饲养架及其使用方法，实现植食性昆虫饲养期间光照的智能调节。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种植食性昆虫智能饲养架，包括架体单元和智能调控模块，每个架体单元包括架体以及在架体内上下设置的可调节灯板组件和载物板，所述可调节灯板组件包括底板槽、多个灯板块、多个高度调节线和多个高度调节电机，每个高度调节线的一端连接底板槽的边缘，每个高度调节线的另一端对应连接一高度调节电机的转动端，所述高度调节电机设于架体上，所述底板槽的槽口朝下，多个灯板块布设在底板槽的槽口内，每个灯板块的底面设有led灯珠阵列，每个灯板块的顶面边缘设有多个磁柱，底板槽上设有与磁柱配合的金属片，所述智能调控模块包括数据接收处理器、用于调节led灯珠阵列工作状态的灯光控制器以及用于分别采集饲养环境情况的光强传感器、温湿度传感器和气体传感器，所述光强传感器吸附于寄主植物叶片上，所述数据接收处理器分别连接灯光控制器、光强传感器、温湿度传感器、气体传感器和高度调节电机，所述灯光控制器连接led灯珠阵列。
所述架体单元为多个。
所述底板槽的槽底一侧设有进气孔，底板槽的槽底另一侧设有出气孔，所述底板槽内设有与出气孔配合的静音风扇，所述静音风扇连接数据接收处理器。
所述led灯珠阵列包括多个纵向上依次交替排列的第一led灯珠线列和第二led灯珠线列，每个第一led灯珠线列包括纵向上依次顺序排列的近红外led灯珠线列、白光led灯珠线列和蓝光led灯珠线列，每个第二led灯珠线列包括纵向上依次顺序排列的近红外led灯珠线列和白光led灯珠线列，第一led灯珠线列和第二led灯珠线列内的近红外led灯珠线列均包括多个横向均匀排列的近红外led灯珠，第一led灯珠线列和第二led灯珠线列内的白光led灯珠线列均包括多个横向均匀排列的白光led灯珠，所述蓝光led灯珠线列包括多个横向均匀排列的蓝光led灯珠。
单个近红外led灯珠线列中近红外led灯珠的个数、单个白光led灯珠线列中白光led灯珠的个数和单个蓝光led灯珠线列中蓝光led灯珠的个数的比例为3-4:2-3:1。
所述气体传感器为二氧化碳传感器。
所述数据接收处理器连接有触控屏和计算机。
一种上述植食性昆虫智能饲养架的使用方法，包括以下步骤：
步骤s1：将寄主植物放在载物板上，寄主植物上接入植食性昆虫，在寄主植物的一叶片上安置光强传感器，光强传感器的感应面正对灯板块；
步骤s2：设定工作参数，工作参数的设定有以下形式：
1）对led灯珠阵列各个时间段的光谱比例、光照强度和光周期，以及灯板块与载物板之间的距离进行一一设定；设定后，led灯珠阵列根据设定的光周期显现出相应的光谱比例、光照强度，高度调节电机根据设定的距离调整灯板块和寄主植物之间的距离；
2）实时将光强传感器采集到的光强数据与设定的光照强度进行比较，如存在差异，则通过高度调节电机调节灯板块与光强传感器的高度，使光强传感器检测到的光照数据与设定的光照强度相同。
所述步骤s2中工作参数的设定形式还包括：预先设置人工饲养特定植食性昆虫所需的所有最适条件参数，饲养时，在相应操控界面点击相应键即可实现所有最适条件参数的一键设定。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、设置了可调节灯板组件，利用高度调节电机收放高度调节线，进而调节灯板块与载物板之间距离，还设置了数据接收处理器以及灯光控制器、光强传感器等，实现了植食性昆虫人工饲养中光周期、光照距离、光谱比例和光照强度的智能调控。
2、底板槽和灯板块之间利用磁柱与金属片的配合吸附实现可拆卸式安装，同时磁柱使得底板槽与灯板块之间留有安装配件的空间，使得可调节灯板组件外观简洁。
3、底板槽上还设置进气孔、出气孔以及静音风扇，静音风扇启动时将灯板块工作时产生的热量排出，减少对饲养架内饲养环境温度的影响，同时保证led灯珠阵列长时间稳定工作。
4、对近红外led灯珠、白光led灯珠、蓝光led灯珠的比例和排列规则进行优化设计，三者个数的优选比例为3-4:2-3:1，以第一led灯珠线列和第二led灯珠线列交替作为优选排列规则，满足人工饲养特定植食性昆虫所需的光谱比例范围的需求，通用性强。
5、多个架体单元堆叠设置，可同时用于多组植食性昆虫饲养的对比实验，可拓展性好。
6、还设置触控屏和计算机，智能远程监控饲养架环境因素变化情况，远程控制调节植食性昆虫饲养所需的光周期、光照强度和光谱比例，适用于规模化饲养具经济价值或科研用途的植食性昆虫。
7、使用时，实时将接收到的光强数据与设定的光强值进行比较，如存在差异，则发出命令通过步进电机调节灯板块与光强传感器的高度使光强传感器检测到光照强度与设定值相同，以保证寄主植物获得稳定的光照，保证实验效果的准确度。
附图说明
图1为植食性昆虫智能饲养架的整体结构示意图；
图2为灯板块的底面led灯珠阵列布设示意图；
图3为灯板块的顶面结构示意图；
图4为可调节灯板组件的底面布设示意图；
图5为底板槽的槽底结构示意图；
图6为智能调控模块内部电路连接框图。
图中，1、架体，2、可调节灯板组件，21、底板槽，211、进气孔，212、出气孔，213、静音风扇，22、灯板块，221、磁柱，222、接线座，23、led灯珠阵列，231、第一led灯珠线列，232、第二led灯珠线列，233、近红外led灯珠，234、白光led灯珠，235、蓝光led灯珠，24、高度调节线，25、高度调节电机，3、载物板，4、数据接收处理器，5、灯光控制器，6、光强传感器，7、温湿度传感器，8、气体传感器，9、触控屏，10、计算机，11、寄主植物，12、植食性昆虫。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1和图6所示，一种植食性昆虫智能饲养架，包括架体单元和智能调控模块，每个架体单元包括架体1以及在架体1内上下设置的可调节灯板组件2和载物板3，可调节灯板组件2包括底板槽21、多个灯板块22、多个高度调节线24和多个高度调节电机25，每个高度调节线24的一端连接底板槽21的边缘，每个高度调节线24的另一端对应连接一高度调节电机25的转动端，高度调节电机25设于架体1上，底板槽21的槽口朝下，多个灯板块22布设在底板槽21的槽口内，每个灯板块22的底面设有led灯珠阵列23，如图3所示，每个灯板块22的顶面边缘设有多个磁柱221，底板槽21的槽底上设有与磁柱221配合的金属片，磁柱221与金属片的配合吸附实现可拆卸式安装，智能调控模块包括数据接收处理器4、用于调节led灯珠阵列23工作状态的灯光控制器5以及用于分别采集饲养环境情况的光强传感器6、温湿度传感器7和气体传感器8，光强传感器6吸附于寄主植物11叶片上，数据接收处理器4分别连接灯光控制器5、光强传感器6、温湿度传感器7、气体传感器8和高度调节电机25，灯光控制器5经接线座222连接led灯珠阵列23。
架体单元可为多个，多个架体单元堆叠设置，可同时用于多组植食性昆虫12饲养的对比实验，可拓展性好。
如图5所示，底板槽21为中空方框结构，底板槽21的五面为不锈钢板材质，底板槽21的底面开口形成槽口，用于安置灯板块22，底板槽21的槽底一侧设有进气孔211，底板槽21的槽底另一侧设有出气孔212，底板槽21内腔设有与出气孔212配合的静音风扇213，静音风扇213安装在底板槽21的槽底内侧出气孔212位置处，静音风扇213连接数据接收处理器4，数据接收处理器4控制静音风扇213启动时将灯板块22工作时产生的热量排出，本实施例中金属片采用铁片，铁片焊接在底板槽21底面内侧，铁片位置与灯板块22上的磁柱221位置对应。
高度调节线24采用不锈钢钢丝线，高度调节电机25采用步进电机，底板槽21四个角通过四根不锈钢钢丝线分别与四台步进电机相连，通过步进电机收放钢丝线实现灯板块22高度可调。架体1的框架为铝合金材质。
如图4所示，灯板块22数量视饲养架尺寸规格而定，本实施例中十五个灯板块22可拆卸式均布在底板槽21的底面，每个灯板块22为方形结构，规格统一，灯板块22的四个角分别安装一枚带螺帽杆和强力圆形平面磁钢的磁柱221（即吸顶磁柱），利用圆形平面磁钢的磁力吸附于底板槽21的槽底，灯板块22的灯面朝向下方的植物，实现灯板块22的快速安装和拆卸。led灯珠阵列23为多种不同波长led灯珠，根据所需比例和排列焊于灯板块22的底面，将对应led灯珠的接线座222粘附于灯板块22的顶面，底板槽21与灯板块22之间有一段空间，该空间距离由磁柱221长度而定，可将电线、接线座222、静音风扇213等隐藏于此空间，实现可调节灯板组件2外观简洁。
如图2所示，led灯珠阵列23包括多个纵向上依次交替排列的第一led灯珠线列231和第二led灯珠线列232，每个第一led灯珠线列231包括纵向上依次顺序排列的近红外led灯珠线列、白光led灯珠线列和蓝光led灯珠线列，每个第二led灯珠线列232包括纵向上依次顺序排列的近红外led灯珠线列和白光led灯珠线列，第一led灯珠线列231和第二led灯珠线列232内的近红外led灯珠线列均包括多个横向均匀排列的近红外led灯珠233，第一led灯珠线列231和第二led灯珠线列232内的白光led灯珠线列均包括多个横向均匀排列的白光led灯珠234，蓝光led灯珠线列包括多个横向均匀排列的蓝光led灯珠235。
单个近红外led灯珠线列中近红外led灯珠233的个数、单个白光led灯珠线列中白光led灯珠234的个数和单个蓝光led灯珠线列中蓝光led灯珠235的个数的比例为3-4:2-3:1，本实施例中，近红外led灯珠233、白光led灯珠234、蓝光led灯珠235的个数的比例为10:7:3，满足人工饲养特定植食性昆虫12所需的光谱比例范围的需求，通用性强。
数据接收处理器4连接有触控屏9和计算机10，触控屏9和计算机10构成远程无线调控模块，本实施例中，触摸屏为7-10英寸电阻屏，安装于饲养架附近，通过wifi连接数据接收处理器4进行信号接收，查看饲养架光照、温湿度及二氧化碳参数变化情况，并据此进行参数调节和参数调节。远程计算机10包括笔记本或台式电脑，同样通过英特网连接数据接收处理器4进行信号接收和参数调节，实现远程监控和调控。
本实施例中，气体传感器8为二氧化碳传感器，光强传感器6尺寸小、重量轻，可吸附于寄主植物11叶片上，光强传感器6采集的光强数据可通过蓝牙传送到数据接收处理器4内。光强传感器6、温湿度传感器7、二氧化碳传感器构成数据收集模块，上述三种传感器可将饲养架环境因素的变化情况进行实时采集。数据接收处理器4接收光强传感器6、温湿度传感器7和二氧化碳传感器采集的数据并进行分析处理，数据接收处理器4可采用单片机、arm处理器等。
本发明以茶小绿叶蝉为例，进一步描述本发明的使用方法，但本发明的作用不限于此。
茶小绿叶蝉是我国茶园最主要害虫之一。成虫体长仅2.5-3.0cm，个体十分微小，身体脆弱，但繁殖快速，一年有12-17个世代，对茶叶危害十分严重。茶小绿叶蝉为专食性昆虫，尚无针对茶小绿叶蝉的人工饲料。此虫整个世代只以茶树作为寄主，且取食具有趋嫩性，即喜食茶树柔嫩部位（如茶嫩梢）。因此在人工饲养茶小绿叶蝉过程中需要确保茶树尽量多且快速地长出嫩梢。
将寄住植物（茶树）放在饲养架的载物板3上，茶树上接入植食性昆虫12（茶小绿叶蝉）。在茶树顶部一嫩梢处（叶片可根据实际情况进行选择）安置一个光强传感器6，感应面正对底板槽21上的灯板块22。底板槽21上设置有九片灯板块22，各灯板块22上的灯珠有近红外led灯珠233，蓝光led灯珠235，白光led灯珠234，各波段led灯珠光照强度设为0-100可调（0为不亮，100为满功率），各波段led灯珠排列分布如图2所示。接通电源，智能饲养架开始工作。打开触控屏9或远程计算机10进入程序操控界面进行参数设定。工作参数的设定有三种形式：
1）进入触控屏9操控界面，对led灯珠阵列23各个时间段的光谱比例、光照强度和光周期，以及灯板块22与载物板3之间的距离等参数进行一一设定。执行操作后，灯板块22上的led灯珠阵列23将根据设定的工作参数按光周期显现出相应的光谱比例、光照强度；步进电机根据触控屏9或远程计算机10设置的参数调整灯板块22和载物板3之间的距离；
2）茶树嫩梢生长较快，茶树高度随时间会有变化。因此以茶嫩梢上的光强传感器6检测到的光强作为标准。打开触控屏9或远程计算机10进入程序操控界面，设置各时段叶片上光强传感器6需要接收到的光照强度。执行操作后光强传感器6采集光照数据，并将数据传输到数据接收处理器4，数据接收处理器4将接收到的光强数据与设定的光照强度进行比较，如相同则无变化；如存在差异，则发出命令通过步进电机调节灯板块22与光强传感器6的高度，使光强传感器6检测到光照强度与设定的光照强度相同，以保证寄主植物11获得稳定的光照；
3）将人工饲养茶小绿叶蝉所需的所有最适条件参数进行编程输入程序。饲养时，通过触控屏9或远程计算机10进入操控界面点击一个键即可实现所有参数的设定。