專(zhuān)利名稱(chēng)：便攜式太陽(yáng)能林業(yè)野外作業(yè)多功能測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種野外植物觀測(cè)裝置，尤其是一種便攜式太陽(yáng)能林業(yè)野外作業(yè)多功能測(cè)量?jī)x。
背景技術(shù)：
目前國(guó)家了提高我國(guó)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，降低環(huán)境污染，首先需要了解各地的地理、氣候、植物生長(zhǎng)等信息，以便制定長(zhǎng)期的污染治理和生態(tài)建設(shè)規(guī)劃。對(duì)這些地理、氣候、植物生長(zhǎng)信息的采集，需要觀測(cè)人員攜帶大量設(shè)備進(jìn)行細(xì)致的觀測(cè)工作。而在野外地理環(huán)境復(fù)雜，觀測(cè)人員攜帶各種測(cè)量設(shè)備極為不便。而現(xiàn)有的專(zhuān)用測(cè)試設(shè)備，大都功能單一，一個(gè)設(shè) 備只能測(cè)量環(huán)境的一個(gè)參數(shù)，且許多設(shè)備智能化水平低，測(cè)得的數(shù)據(jù)依靠人工手段記錄，不便于后續(xù)數(shù)據(jù)的分析處理。同時(shí)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保等部門(mén)中，經(jīng)常需要對(duì)環(huán)境的溫度、濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)予以記錄，然后通過(guò)綜合分析測(cè)量的歷史數(shù)據(jù)，從而對(duì)被測(cè)對(duì)象情況進(jìn)行客觀全面的評(píng)估。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型目的在于提供一種便攜式太陽(yáng)能林業(yè)野外作業(yè)多功能測(cè)量?jī)x，其針對(duì)上述缺陷在測(cè)量植物葉綠素相對(duì)含量數(shù)據(jù)的同時(shí)檢測(cè)當(dāng)時(shí)的溫濕度環(huán)境數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型的目的是通過(guò)如下電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，其包括核心處理模塊，核心處理模塊連接電源模塊，電源模塊連接發(fā)光模塊，顯示模塊連接核心處理模塊，光電轉(zhuǎn)換模塊連接核心處理模塊，電源模塊包括電源管理模塊，電源管理模塊連接電池，電池連接充電模塊，充電模塊連接太陽(yáng)能板，所述核心處理模塊連接溫濕度傳感器模塊。所述核心處理模塊連接計(jì)時(shí)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、輸入鍵盤(pán)接口電路、輸出接口電路或欠壓報(bào)警模塊中一個(gè)以上的模塊。所述發(fā)光模塊有2個(gè)支路，與發(fā)光模塊對(duì)應(yīng)有2個(gè)光電轉(zhuǎn)換模塊，發(fā)光模塊2個(gè)支路，其一個(gè)支路為第一發(fā)光二極管，另一個(gè)支路為第二發(fā)光二極管，光電轉(zhuǎn)換模塊的2個(gè)支路為第一光電轉(zhuǎn)換模塊和第二光電轉(zhuǎn)換模塊。所述溫濕度傳感器模塊為瑞士 Scnsirion公司的SHT系列溫濕度集成芯片。所述核心處理模塊為美國(guó)ATMEL公司的AVR系列單片機(jī)。所述發(fā)光模塊和光電轉(zhuǎn)換模塊間設(shè)有葉片夾。所述計(jì)時(shí)模塊為PHILIPS公司的多功能時(shí)鐘芯片PCF8563。所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊為美國(guó)Microchip公司的24LC64存儲(chǔ)芯片。所述第一發(fā)光二極管發(fā)射紅光，紅光峰值波長(zhǎng)為650nm，第二發(fā)光二極管發(fā)射近紅外光，近紅外光的峰值波長(zhǎng)為940nm。所述發(fā)光模塊與電源模塊間連接恒流源電路，第一發(fā)光二極管連接第一恒流源電路，第二發(fā)光二極管連接第二恒流源電路，第一恒流源電路和第二恒流源電路均采用Infineon英飛凌公司的BCR402R發(fā)光二級(jí)管驅(qū)動(dòng)芯片。[0014]本實(shí)用新型的集成了溫濕度傳感器模塊、發(fā)光和光電轉(zhuǎn)換模塊，在測(cè)定葉綠素含量的同時(shí)還加入了溫濕度環(huán)境參數(shù)的影響分析，以及在發(fā)光模塊和電源模塊間連接了恒流源電路，保證了發(fā)光二極管的光強(qiáng)恒定，從而提高了葉綠素相對(duì)含量測(cè)量的準(zhǔn)確度。核心處理模塊通過(guò)連接計(jì)時(shí)模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊提高了本實(shí)用新型的記錄和存貯能力，便于將記錄的數(shù)據(jù)傳回上位主機(jī)，提高了采集數(shù)據(jù)的后期統(tǒng)計(jì)分析能力。

圖I為本實(shí)用新型的電路原理框圖。
具體實(shí)施方式
如圖I所示其包括核心處理模塊8，核心處理模塊連接電源模塊，電源模塊連接發(fā)光模塊，顯不模塊11連接核心處理模塊，光電轉(zhuǎn)換模塊連接核心處理模塊，核心處理模塊連接溫濕度傳感器模塊6。所述核心處理模塊分別連接計(jì)時(shí)模塊7、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊9、輸入鍵盤(pán)接口電路12、輸出接口電路13和欠壓報(bào)警模塊10。本實(shí)用新型采用發(fā)光二極管光作為光發(fā)射源，采用光電轉(zhuǎn)換芯片作為光接收元件，通過(guò)分析處理透過(guò)葉片的光強(qiáng)信號(hào)，完成被分析葉片樣品的葉綠素相對(duì)含量測(cè)量，以及環(huán)境的溫濕度測(cè)量，綜合分析環(huán)境對(duì)葉綠素相對(duì)含量的影響。核心處理模8塊用于對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理，以計(jì)算出測(cè)量的相關(guān)數(shù)據(jù)值，并輸出到顯示器上。所述核心處理模塊為美國(guó)ATMEL公司的8位的AVR系列的ATmegal28單片機(jī),該單片機(jī)內(nèi)嵌高質(zhì)量的Flash程序存儲(chǔ)器,便于程序更新,支持ISP和IAP。發(fā)光模塊和光電轉(zhuǎn)換模塊用于植物葉綠素檢測(cè)的信息采集，所述發(fā)光模塊有2個(gè)支路，與發(fā)光模塊對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換模塊也有2個(gè)支路，發(fā)光模塊2個(gè)支路，其一個(gè)支路為第一發(fā)光二極管2. 1，另一個(gè)支路為第二發(fā)光二極管2. 2，光電轉(zhuǎn)換模塊的2個(gè)支路為第一光電轉(zhuǎn)換模塊4. I和第二光電轉(zhuǎn)換模塊4. 2。所述第一發(fā)光二極管2. I發(fā)射紅光，紅光峰值波長(zhǎng)為650nm,第二發(fā)光二極管2. 2發(fā)射近紅外光,近紅外光的峰值波長(zhǎng)為940nm。第一光電轉(zhuǎn)換模塊和第二光電轉(zhuǎn)換模塊均采用美國(guó)Burr-Brown公司的光電二極管與放大器集成專(zhuān)用芯片0PT301,它是一種集光電二極管和電流/電壓轉(zhuǎn)換放大器與一體的光電集成器件，其輸出電壓隨照射在光電二極管上的入射光強(qiáng)度增加而增加。葉片中的葉綠素吸收波長(zhǎng)為650nm的紅光，但并不吸收波長(zhǎng)為940nm的紅外光，用于對(duì)940nm波長(zhǎng)的紅外光發(fā)射和接收的第二發(fā)光二極管和第二光電轉(zhuǎn)換模塊主要是為了消除葉片厚度等方面對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。當(dāng)?shù)谝话l(fā)光二極管的紅光到達(dá)葉片后，一部分紅光被葉片的葉綠素所吸收，剩下的透過(guò)葉片的紅光被第一光電轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的電信號(hào)，然后通過(guò)第一光電轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)的A/D器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，最后將這些數(shù)字信號(hào)送入核心處理模塊進(jìn)行后續(xù)的葉綠素測(cè)定。所述發(fā)光模塊與電源模塊間連接恒流源電路，第一發(fā)光二極管連接第一恒流源電路I. 1，第二發(fā)光二極管連接第二恒流源電路I. 2，第一恒流源電路I. I和第二恒流源電路
I.2均采用Infineon英飛凌公司的BCR402R發(fā)光二級(jí)管驅(qū)動(dòng)芯片，該驅(qū)動(dòng)芯片能為發(fā)光模塊中的發(fā)光二極管提供穩(wěn)定的電流。恒流源電路提高了植物葉綠素檢測(cè)的準(zhǔn)確性。溫濕度傳感器模塊6實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境的溫度和濕度數(shù)據(jù)，并將溫度和濕度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，并將這些模擬信號(hào)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)傳送給核心處理模塊。所述溫濕度傳感器模塊為瑞士 Scnsirion公司的SHT系列的SHTll溫濕度集成芯片，該芯片將溫度感測(cè)、濕度感測(cè)、信號(hào)變換、A/D轉(zhuǎn)換等功能集成到一個(gè)芯片上，其測(cè)量精確度高，提供溫度補(bǔ)償?shù)臐穸葴y(cè)量值和高質(zhì)量的露點(diǎn)計(jì)算功能。計(jì)時(shí)模塊7用于時(shí)鐘管理，并在校正后反映當(dāng)前的準(zhǔn)確當(dāng)?shù)貢r(shí)間，便于記錄測(cè)量中的具體觀測(cè)時(shí)間。所述計(jì)時(shí)模塊 為PHILIPS公司的多功能時(shí)鐘芯片PCF8563，該芯片有16個(gè)8位寄存器，其中包括可自動(dòng)增量的地址寄存器、內(nèi)置32. 768kHz的振蕩器(帶有一個(gè)內(nèi)部集成電容)、分頻器(用于給實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC提供源時(shí)鐘)、可編程時(shí)鐘輸出、定時(shí)器、報(bào)警器、掉電檢測(cè)器和400kHz的I2C總線接口。PCF8563具有報(bào)警功能、定時(shí)器功能、時(shí)鐘輸出功能以及中斷輸出功能，能完成各種復(fù)雜的定時(shí)服務(wù)。由于核心處理模塊內(nèi)部的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)量限制，不能存儲(chǔ)大量測(cè)量信息，所以核心 處理模塊外掛數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊9，用于存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)和記錄時(shí)間信息，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊為美國(guó)Microchip公司的24LC64存儲(chǔ)芯片，該芯片采用低功耗CMOS技術(shù)以減少電能消耗。電源模塊包括電源管理模塊14，電源管理模塊連接電池5，電池連接充電模塊15，充電模塊連接太陽(yáng)能板。充電模塊既管理太陽(yáng)能板為電池充電，有管理采用市電為電池充電。電源管理模塊14采用德州儀器(TI)公司的TPS61030芯片，該芯片為一款高效同步升壓轉(zhuǎn)換芯片，其輸入電壓I. 8-5. 5V，可輸出電壓5. 5V。電池5采用聚合物鋰電池，其體積小、重量輕、容量大(采用1200mAh)，可反復(fù)充放電。充電模塊15采用德州儀器(TI)公司的BQ24032的鋰電池專(zhuān)用電源管理集成芯片，其能夠可靠地控制充電終止，確保鋰電池的充電安全，同時(shí)具有充電狀態(tài)指示，并在充電的同時(shí)可以給系統(tǒng)供電。太陽(yáng)能板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，再送往電池中儲(chǔ)存起來(lái)或推動(dòng)負(fù)載工作。欠壓報(bào)警模塊10用于檢測(cè)電池的電壓，當(dāng)電池電壓下降時(shí)，提醒用戶更需要對(duì)電池進(jìn)行充電。欠壓報(bào)警模塊可采用蜂鳴器或通過(guò)顯示模塊圖像提醒進(jìn)行輸出。顯示模塊11包括顯示驅(qū)動(dòng)電路和液晶顯示器，顯示模塊用于直接顯示測(cè)量結(jié)果，液晶顯示器采用64(行)*128(列)點(diǎn)陣液晶模塊。鍵盤(pán)通過(guò)輸入鍵盤(pán)接口電路12連接核心處理模塊，而鍵盤(pán)上設(shè)置有功能鍵，通過(guò)按鍵可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、刪除、顯示、計(jì)算、存儲(chǔ)，然后再將處理結(jié)果通過(guò)顯示模塊顯示出來(lái)。輸出接口電路13采用RS232標(biāo)準(zhǔn)接口電路，輸出接口電路連接上位主機(jī)，本實(shí)用新型通過(guò)該輸出接口電路將相關(guān)的溫、濕度數(shù)據(jù)以及植物葉綠素?cái)?shù)據(jù),上傳至上位主機(jī)中，上位主機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)處理程序繪制環(huán)境數(shù)據(jù)曲線，協(xié)助用戶分析環(huán)境情況。所述發(fā)光模塊和光電轉(zhuǎn)換模塊間設(shè)有葉片夾3，葉片夾用于在進(jìn)行植物葉綠素檢測(cè)時(shí)固定植物葉片，以防止葉片滑動(dòng)影響檢測(cè)準(zhǔn)確度。本實(shí)用新型在檢測(cè)時(shí)，首先在無(wú)檢測(cè)樣本的情況下，啟動(dòng)第一發(fā)光二極管和第二發(fā)光二極管依次發(fā)光，并通過(guò)第一光電轉(zhuǎn)換模塊和第二光電轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)值信號(hào)，再由核心處理模塊計(jì)算處二者的發(fā)射光強(qiáng)比。然后，插入檢測(cè)樣本葉片之后，再次啟動(dòng)第一發(fā)光二極管和第二發(fā)光二極管依次發(fā)光，葉片的透射光被第一光電轉(zhuǎn)換模塊和第二光電轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)值信號(hào)，再由核心處理模塊計(jì)算第二次透射光強(qiáng)度比值。接著在核心處理模塊的內(nèi)部進(jìn)行運(yùn)算，將前、后兩次檢測(cè)的光強(qiáng)度比值代入以下公式計(jì)算葉綠素相對(duì)含量值SPAD [0029]
權(quán)利要求1.一種便攜式太陽(yáng)能林業(yè)野外作業(yè)多功能測(cè)量?jī)x，包括核心處理模塊(8)，核心處理模塊連接電源模塊，電源模塊連接發(fā)光模塊，顯示模塊(11)連接核心處理模塊，光電轉(zhuǎn)換模塊連接核心處理模塊，電源模塊包括電源管理模塊(14)，電源管理模塊連接電池(5)，電池連接充電模塊(15)，充電模塊連接太陽(yáng)能板，其特征在于所述核心處理模塊連接溫濕度傳感器模塊(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的便攜式太陽(yáng)能林業(yè)野外作業(yè)多功能測(cè)量?jī)x，其特征在于所述核心處理模塊連接計(jì)時(shí)模塊(7)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(9)、輸入鍵盤(pán)接口電路(12)、輸出接口電路(13)或欠壓報(bào)警模塊(10)中一個(gè)以上的模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的便攜式太陽(yáng)能林業(yè)野外作業(yè)多功能測(cè)量?jī)x，其特征在于所述發(fā)光模塊有2個(gè)支路，與發(fā)光模塊對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換模塊也有2個(gè)支路，發(fā)光模塊2個(gè)支路，其一個(gè)支路為第一發(fā)光二極管(2.1)，另一個(gè)支路為第二發(fā)光二極管(2. 2)，光電轉(zhuǎn)換模塊的2個(gè)支路為第一光電轉(zhuǎn)換模塊(4. I)和第二光電轉(zhuǎn)換模塊(4. 2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的便攜式太陽(yáng)能林業(yè)野外作業(yè)多功能測(cè)量?jī)x，其特征在于所述溫濕度傳感器模塊為瑞士 Scnsirion公司的SHT系列溫濕度集成芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的便攜式太陽(yáng)能林業(yè)野外作業(yè)多功能測(cè)量?jī)x，其特征在于所述核心處理模塊為美國(guó)ATMEL公司的AVR系列單片機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的便攜式太陽(yáng)能林業(yè)野外作業(yè)多功能測(cè)量?jī)x，其特征在于所述發(fā)光模塊和光電轉(zhuǎn)換模塊間設(shè)有葉片夾(3 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式太陽(yáng)能林業(yè)野外作業(yè)多功能測(cè)量?jī)x，其特征在于所述計(jì)時(shí)模塊為PHILIPS公司的多功能時(shí)鐘芯片PCF8563。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式太陽(yáng)能林業(yè)野外作業(yè)多功能測(cè)量?jī)x，其特征在于所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊為美國(guó)Microchip公司的24LC64存儲(chǔ)芯片。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的便攜式太陽(yáng)能林業(yè)野外作業(yè)多功能測(cè)量?jī)x，其特征在于所述第一發(fā)光二極管(2. I)發(fā)射紅光,紅光峰值波長(zhǎng)為650nm,第二發(fā)光二極管(2. 2)發(fā)射近紅外光，近紅外光的峰值波長(zhǎng)為940nm。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的便攜式太陽(yáng)能林業(yè)野外作業(yè)多功能測(cè)量?jī)x，其特征在于所述發(fā)光模塊與電源模塊間連接恒流源電路，第一發(fā)光二極管(2. I)連接第一恒流源電路(1.1)，第二發(fā)光二極管(2. 2)連接第二恒流源電路(I. 2)，第一恒流源電路和第二恒流源電路均采用Infineon公司的BCR402R發(fā)光二級(jí)管驅(qū)動(dòng)芯片。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種野外植物觀測(cè)裝置，尤其是一種便攜式太陽(yáng)能林業(yè)野外作業(yè)多功能測(cè)量?jī)x，其包括核心處理模塊，核心處理模塊連接電源模塊，電源模塊連接發(fā)光模塊，顯示模塊連接核心處理模塊，光電轉(zhuǎn)換模塊連接核心處理模塊，電源模塊包括輸出供電模塊，輸出供電模塊連接電源管理模塊，電源管理模塊連接電池，電池連接充電模塊，充電模塊連接太陽(yáng)能板，核心處理模塊連接溫濕度傳感器模塊。它可在測(cè)定葉綠素含量的同時(shí)還加入了溫濕度環(huán)境參數(shù)的影響分析，以及在發(fā)光模塊和電源模塊間連接有恒流源電路，保證了發(fā)光二極管的光強(qiáng)恒定，從而提高了葉綠素相對(duì)含量測(cè)量的準(zhǔn)確度。
文檔編號(hào)G01W1/02GK202649098SQ20122021727
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月15日
發(fā)明者張立, 趙睿, 劉姣 申請(qǐng)人:北京林業(yè)大學(xué)