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专利名称：便携式太阳能林业野外作业多功能测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种野外植物观测装置，尤其是一种便携式太阳能林业野外作业多功能测量仪。
背景技术：
目前国家了提高我国的生态环境质量，降低环境污染，首先需要了解各地的地理、气候、植物生长等信息，以便制定长期的污染治理和生态建设规划。对这些地理、气候、植物生长信息的采集，需要观测人员携带大量设备进行细致的观测工作。而在野外地理环境复杂，观测人员携带各种测量设备极为不便。而现有的专用测试设备，大都功能单一，一个设 备只能测量环境的一个参数，且许多设备智能化水平低，测得的数据依靠人工手段记录，不便于后续数据的分析处理。同时在工农业生产、气象、环保等部门中，经常需要对环境的温度、湿度进行实时检测，并对监测数据予以记录，然后通过综合分析测量的历史数据，从而对被测对象情况进行客观全面的评估。

实用新型内容本实用新型目的在于提供一种便携式太阳能林业野外作业多功能测量仪，其针对上述缺陷在测量植物叶绿素相对含量数据的同时检测当时的温湿度环境数据。本实用新型的目的是通过如下电路结构实现的，其包括核心处理模块，核心处理模块连接电源模块，电源模块连接发光模块，显示模块连接核心处理模块，光电转换模块连接核心处理模块，电源模块包括电源管理模块，电源管理模块连接电池，电池连接充电模块，充电模块连接太阳能板，所述核心处理模块连接温湿度传感器模块。所述核心处理模块连接计时模块、数据存储模块、输入键盘接口电路、输出接口电路或欠压报警模块中一个以上的模块。所述发光模块有2个支路，与发光模块对应有2个光电转换模块，发光模块2个支路，其一个支路为第一发光二极管，另一个支路为第二发光二极管，光电转换模块的2个支路为第一光电转换模块和第二光电转换模块。所述温湿度传感器模块为瑞士 Scnsirion公司的SHT系列温湿度集成芯片。所述核心处理模块为美国ATMEL公司的AVR系列单片机。所述发光模块和光电转换模块间设有叶片夹。所述计时模块为PHILIPS公司的多功能时钟芯片PCF8563。所述数据存储模块为美国Microchip公司的24LC64存储芯片。所述第一发光二极管发射红光，红光峰值波长为650nm，第二发光二极管发射近红外光，近红外光的峰值波长为940nm。所述发光模块与电源模块间连接恒流源电路，第一发光二极管连接第一恒流源电路，第二发光二极管连接第二恒流源电路，第一恒流源电路和第二恒流源电路均采用Infineon英飞凌公司的BCR402R发光二级管驱动芯片。[0014]本实用新型的集成了温湿度传感器模块、发光和光电转换模块，在测定叶绿素含量的同时还加入了温湿度环境参数的影响分析，以及在发光模块和电源模块间连接了恒流源电路，保证了发光二极管的光强恒定，从而提高了叶绿素相对含量测量的准确度。核心处理模块通过连接计时模块和数据存储模块提高了本实用新型的记录和存贮能力，便于将记录的数据传回上位主机，提高了采集数据的后期统计分析能力。

图I为本实用新型的电路原理框图。
具体实施方式
如图I所示其包括核心处理模块8，核心处理模块连接电源模块，电源模块连接发光模块，显不模块11连接核心处理模块，光电转换模块连接核心处理模块，核心处理模块连接温湿度传感器模块6。所述核心处理模块分别连接计时模块7、数据存储模块9、输入键盘接口电路12、输出接口电路13和欠压报警模块10。本实用新型采用发光二极管光作为光发射源，采用光电转换芯片作为光接收元件，通过分析处理透过叶片的光强信号，完成被分析叶片样品的叶绿素相对含量测量，以及环境的温湿度测量，综合分析环境对叶绿素相对含量的影响。核心处理模8块用于对采集到的数据进行现场处理，以计算出测量的相关数据值，并输出到显示器上。所述核心处理模块为美国ATMEL公司的8位的AVR系列的ATmegal28单片机,该单片机内嵌高质量的Flash程序存储器,便于程序更新,支持ISP和IAP。发光模块和光电转换模块用于植物叶绿素检测的信息采集，所述发光模块有2个支路，与发光模块对应的光电转换模块也有2个支路，发光模块2个支路，其一个支路为第一发光二极管2. 1，另一个支路为第二发光二极管2. 2，光电转换模块的2个支路为第一光电转换模块4. I和第二光电转换模块4. 2。所述第一发光二极管2. I发射红光，红光峰值波长为650nm,第二发光二极管2. 2发射近红外光,近红外光的峰值波长为940nm。第一光电转换模块和第二光电转换模块均采用美国Burr-Brown公司的光电二极管与放大器集成专用芯片0PT301,它是一种集光电二极管和电流/电压转换放大器与一体的光电集成器件，其输出电压随照射在光电二极管上的入射光强度增加而增加。叶片中的叶绿素吸收波长为650nm的红光，但并不吸收波长为940nm的红外光，用于对940nm波长的红外光发射和接收的第二发光二极管和第二光电转换模块主要是为了消除叶片厚度等方面对测量结果的影响。当第一发光二极管的红光到达叶片后，一部分红光被叶片的叶绿素所吸收，剩下的透过叶片的红光被第一光电转换模块转换成为相应的电信号，然后通过第一光电转换模块内的A/D器转换为数字信号，最后将这些数字信号送入核心处理模块进行后续的叶绿素测定。所述发光模块与电源模块间连接恒流源电路，第一发光二极管连接第一恒流源电路I. 1，第二发光二极管连接第二恒流源电路I. 2，第一恒流源电路I. I和第二恒流源电路
I.2均采用Infineon英飞凌公司的BCR402R发光二级管驱动芯片，该驱动芯片能为发光模块中的发光二极管提供稳定的电流。恒流源电路提高了植物叶绿素检测的准确性。温湿度传感器模块6实时监测环境的温度和湿度数据，并将温度和湿度数据转化为模拟信号，并将这些模拟信号进一步转化为数字信号传送给核心处理模块。所述温湿度传感器模块为瑞士 Scnsirion公司的SHT系列的SHTll温湿度集成芯片，该芯片将温度感测、湿度感测、信号变换、A/D转换等功能集成到一个芯片上，其测量精确度高，提供温度补偿的湿度测量值和高质量的露点计算功能。计时模块7用于时钟管理，并在校正后反映当前的准确当地时间，便于记录测量中的具体观测时间。所述计时模块 为PHILIPS公司的多功能时钟芯片PCF8563，该芯片有16个8位寄存器，其中包括可自动增量的地址寄存器、内置32. 768kHz的振荡器(带有一个内部集成电容)、分频器(用于给实时时钟RTC提供源时钟)、可编程时钟输出、定时器、报警器、掉电检测器和400kHz的I2C总线接口。PCF8563具有报警功能、定时器功能、时钟输出功能以及中断输出功能，能完成各种复杂的定时服务。由于核心处理模块内部的存储器存储量限制，不能存储大量测量信息，所以核心 处理模块外挂数据存储模块9，用于存储测量数据和记录时间信息，所述数据存储模块为美国Microchip公司的24LC64存储芯片，该芯片采用低功耗CMOS技术以减少电能消耗。电源模块包括电源管理模块14，电源管理模块连接电池5，电池连接充电模块15，充电模块连接太阳能板。充电模块既管理太阳能板为电池充电，有管理采用市电为电池充电。电源管理模块14采用德州仪器(TI)公司的TPS61030芯片，该芯片为一款高效同步升压转换芯片，其输入电压I. 8-5. 5V，可输出电压5. 5V。电池5采用聚合物锂电池，其体积小、重量轻、容量大(采用1200mAh)，可反复充放电。充电模块15采用德州仪器(TI)公司的BQ24032的锂电池专用电源管理集成芯片，其能够可靠地控制充电终止，确保锂电池的充电安全，同时具有充电状态指示，并在充电的同时可以给系统供电。太阳能板将太阳能转化为电能，再送往电池中储存起来或推动负载工作。欠压报警模块10用于检测电池的电压，当电池电压下降时，提醒用户更需要对电池进行充电。欠压报警模块可采用蜂鸣器或通过显示模块图像提醒进行输出。显示模块11包括显示驱动电路和液晶显示器，显示模块用于直接显示测量结果，液晶显示器采用64(行)*128(列)点阵液晶模块。键盘通过输入键盘接口电路12连接核心处理模块，而键盘上设置有功能键，通过按键可以实现对数据进行采集、删除、显示、计算、存储，然后再将处理结果通过显示模块显示出来。输出接口电路13采用RS232标准接口电路，输出接口电路连接上位主机，本实用新型通过该输出接口电路将相关的温、湿度数据以及植物叶绿素数据,上传至上位主机中，上位主机通过数据处理程序绘制环境数据曲线，协助用户分析环境情况。所述发光模块和光电转换模块间设有叶片夹3，叶片夹用于在进行植物叶绿素检测时固定植物叶片，以防止叶片滑动影响检测准确度。本实用新型在检测时，首先在无检测样本的情况下，启动第一发光二极管和第二发光二极管依次发光，并通过第一光电转换模块和第二光电转换模块转换为数值信号，再由核心处理模块计算处二者的发射光强比。然后，插入检测样本叶片之后，再次启动第一发光二极管和第二发光二极管依次发光，叶片的透射光被第一光电转换模块和第二光电转换模块转换为数值信号，再由核心处理模块计算第二次透射光强度比值。接着在核心处理模块的内部进行运算，将前、后两次检测的光强度比值代入以下公式计算叶绿素相对含量值SPAD [0029]
权利要求1.一种便携式太阳能林业野外作业多功能测量仪，包括核心处理模块(8)，核心处理模块连接电源模块，电源模块连接发光模块，显示模块(11)连接核心处理模块，光电转换模块连接核心处理模块，电源模块包括电源管理模块(14)，电源管理模块连接电池(5)，电池连接充电模块(15)，充电模块连接太阳能板，其特征在于所述核心处理模块连接温湿度传感器模块(6)。
2.根据权利要求I所述的便携式太阳能林业野外作业多功能测量仪，其特征在于所述核心处理模块连接计时模块(7)、数据存储模块(9)、输入键盘接口电路(12)、输出接口电路(13)或欠压报警模块(10)中一个以上的模块。
3.根据权利要求I或2所述的便携式太阳能林业野外作业多功能测量仪，其特征在于所述发光模块有2个支路，与发光模块对应的光电转换模块也有2个支路，发光模块2个支路，其一个支路为第一发光二极管(2.1)，另一个支路为第二发光二极管(2. 2)，光电转换模块的2个支路为第一光电转换模块(4. I)和第二光电转换模块(4. 2)。
4.根据权利要求I或2所述的便携式太阳能林业野外作业多功能测量仪，其特征在于所述温湿度传感器模块为瑞士 Scnsirion公司的SHT系列温湿度集成芯片。
5.根据权利要求I或2所述的便携式太阳能林业野外作业多功能测量仪，其特征在于所述核心处理模块为美国ATMEL公司的AVR系列单片机。
6.根据权利要求I或2所述的便携式太阳能林业野外作业多功能测量仪，其特征在于所述发光模块和光电转换模块间设有叶片夹(3 )。
7.根据权利要求2所述的便携式太阳能林业野外作业多功能测量仪，其特征在于所述计时模块为PHILIPS公司的多功能时钟芯片PCF8563。
8.根据权利要求2所述的便携式太阳能林业野外作业多功能测量仪，其特征在于所述数据存储模块为美国Microchip公司的24LC64存储芯片。
9.根据权利要求3所述的便携式太阳能林业野外作业多功能测量仪，其特征在于所述第一发光二极管(2. I)发射红光,红光峰值波长为650nm,第二发光二极管(2. 2)发射近红外光，近红外光的峰值波长为940nm。
10.根据权利要求3所述的便携式太阳能林业野外作业多功能测量仪，其特征在于所述发光模块与电源模块间连接恒流源电路，第一发光二极管(2. I)连接第一恒流源电路(1.1)，第二发光二极管(2. 2)连接第二恒流源电路(I. 2)，第一恒流源电路和第二恒流源电路均采用Infineon公司的BCR402R发光二级管驱动芯片。
专利摘要本实用新型公开了一种野外植物观测装置，尤其是一种便携式太阳能林业野外作业多功能测量仪，其包括核心处理模块，核心处理模块连接电源模块，电源模块连接发光模块，显示模块连接核心处理模块，光电转换模块连接核心处理模块，电源模块包括输出供电模块，输出供电模块连接电源管理模块，电源管理模块连接电池，电池连接充电模块，充电模块连接太阳能板，核心处理模块连接温湿度传感器模块。它可在测定叶绿素含量的同时还加入了温湿度环境参数的影响分析，以及在发光模块和电源模块间连接有恒流源电路，保证了发光二极管的光强恒定，从而提高了叶绿素相对含量测量的准确度。
文档编号G01W1/02GK202649098SQ20122021727
公开日2013年1月2日 申请日期2012年5月15日 优先权日2012年5月15日
发明者张立, 赵睿, 刘姣 申请人:北京林业大学