CN101126624A - 植物叶片参数测量仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种植物叶片参数测量仪。单片机分别与A/D转换器、存储器、时钟芯片、显示屏、串行接口电路和键盘电路连接；电感式位移传感器信号转换电路的一端与A/D转换器连接，另一端与电感式位移传感器信号输出端连接；温湿度传感器与单片机相连；PC上位机采用VB语言编写，使用串行口与下位机通信。电感式位移传感器固定在夹具上，传感器测头与夹具的可动定位杆之间放置叶片，电感式位移传感器输出的反映叶片厚度及变化量的交流信号经转换、处理后转变成对应的位移量大小，同时温湿度传感器实现对环境温湿度的测量，测量结果最终显示在液晶屏上。可使用多个传感器，对叶片的不同位置进行测量；分辨力为1μm，能分辨出叶片厚度的变化。

Description

植物叶片参数测量仪
技术领域
本发明涉及一种测量仪，尤其是涉及一种植物叶片参数测量仪。
背景技术
传统节水灌溉系统所依据的土壤水分仅是SPAC(土壤一植物一大气连续体，Soil-Plant-Atmosphere Continuum，简称SPAC)中的一个因素，而植物吸水和失水的过程是植物本身的各个器官和它所在环境相互影响的结果，并受SPAC中各环节的综合作用。因此，如能通过植物本身器官的微量变化，获得需水信息去控制灌溉系统则可实现真正意义上的闭环控制系统，提高控制精度，达到真正节水的目的。显然，同土壤水分以及空气温度、湿度等一些非植物本身的参数变化相比，植物器官如叶、茎、果实等的形态或生理变化，包括植物叶片的厚度变化、植物茎秆或果实的直径变化等，则可以更好地反映植物体内的水分状况。这样，诊断植物水分的测量，可转化为微位移传感器的测量精度和相互对应规律的研究。
以色列希伯莱大学的科学家应用微米级叶片厚度传感器对西红柿的灌溉系统进行了试验，虽然目前还没有达到实用化的程度，但是这项研究代表着国际上这方面研究的最新动态。由于现在还没有专门用于测量植物叶片参数的仪器，研究了本发明所提到的植物叶片参数测量仪，用于对植物叶片厚度及环境温湿度进行精密测量，对于分析叶片厚度变化规律及与温湿度之间的关系具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种植物叶片参数的测量仪器，选用测量力小的高精度微位移测量传感器对植物叶片厚度进行采集，使用单片式集成电路实现传感器输出信号的转换，采用单片机测控电路实现植物叶片厚度及周围环境温湿度的处理、存储、显示等功能。
本发明采用的技术方案是：
单片机分别与A/D转换器、存储芯片、时钟芯片、显示器、串行接口电路和键盘电路连接；电感式位移传感器信号转换电路的一端与A/D转换器连接，另一端与电感式位移传感器信号输出端连接；温湿度传感器与单片机相连；PC上位机采用VB语言编写，使用串行口与下位机通信。
电感式位移传感器信号转换电路使用单片式集成芯片AD598；AD598激磁输出EXC12脚经第一电容与电感式传感器半桥线圈的一端相连，同时接到由电位器、两个串联电阻并联组成桥路上；电感式传感器半桥线圈的另一端接到AD598的11脚，同时接到桥路电位器的滑动端；AD598的10脚接到桥路中两个串联电阻的中间位置；AD598的4、5脚接电位器；6、7脚之间接第二电容，8、9脚之间接第三电容，12、13脚之间接第四电容，14、15脚之间接第五电容，17脚接地；输出16脚与反馈端15脚之间接电位器，用于调整输出信号的幅值范围；电源脚1、20分别接-15V，+15V直流电，且电源与地之间接去耦电容。
电感式位移传感器固定在夹具上面，夹具下端装有可动定位杆，可动定位杆前端的测量头与伸出夹具外的传感器测量头相对布置，用于固定叶片；夹具由安装在底座上面的软管固定。
本发明具有的有益效果是：可同时使用多个传感器，对叶片的不同位置进行测量；分辨力为1μm，能分辨出叶片厚度的变化。
附图说明
图1是机械定位部分示意图；
图2是植物叶片参数测量仪器原理框图。
图3是单片式集成芯片AD598接线图；最左端四个脚的接口用于外接电感式位移传感器。
图中：1、夹具；2、电感式位移传感器；3、测头；4、可动定位杆；5、螺栓；6、内六角紧固螺母；7、连接螺纹；8、软管；9、底座。
具体实施方式
如图2所示，本发明的单片机分别与A/D转换器、存储芯片、时钟芯片、显示器、串行接口电路和键盘电路连接；电感式位移传感器信号转换电路的一端与A/D转换器连接，另一端与电感式位移传感器信号输出端连接；温湿度传感器与单片机相连；PC上位机采用VB语言编写，使用串行口与下位机通信。
如图3所示，所述的电感式位移传感器信号转换电路使用单片式集成芯片AD598；AD598激磁输出EXC12脚经1uF第一电容与电感式传感器半桥线圈的一端相连，同时接到由电位器、两个串联电阻并联组成桥路上；电感式传感器半桥线圈的另一端接到AD598的11脚，同时接到桥路电位器的滑动端，用于输出调零；AD598的10脚接到桥路中两个串联电阻的中间位置；AD598的4、5脚接电位器，可用于调节输出激磁的幅度；6、7脚之间接0.01uF第二电容，8、9脚之间接第三0.1uF电容，12、13脚之间接0.12uF第四电容，14、15脚之间接0.33uF第五电容，17脚接地；输出16脚与反馈端15脚之间接电位器，用于调整输出信号的幅值范围；电源脚1、20分别接-15V，+15V直流电，且电源与地之间接0.1uF去耦电容。
如图1所示，所述的电感式位移传感器2固定在夹具1上面，夹具1下端装有可动定位杆4，可动定位杆4前端的测量头与伸出夹具1外的传感器测量头3相对布置，用于固定叶片；夹具1由安装在底座9上面的软管8固定，该装置用于实现对叶片厚度信号的采集。
为了完成对植物叶片厚度及周围环境温湿度的测量，选用测量力小的高精度微位移测量传感器-电感式位移传感器，对植物叶片厚度进行采集，测量分辨率达到微米级。固定传感器机械部分入图1所示，软管8安装在底座9上，夹具1固定在软管8上，另一端是可动定位杆4，软管8与传感器2、夹具1与可动定位杆4之间均采用螺纹联接7、5。使用软管8固定传感器夹具1是为了实现测量不同高度的植物叶片时，能方便的调整传感器2的高度及与叶片之间的相对位置。可动定位杆4在夹具一端，使用一半光杆、一半螺纹的螺栓5固定，当放置并固定好电感位移传感器2以后，测头3与可动定位杆4同侧，通过调整螺栓5改变可动定位杆4，可以使测头3与叶片之间接触良好。内六角紧固螺母6起固定电感位移传感器2的作用。测量时叶片放置在测头3与可动定位杆4之间，并调整螺栓5，使测头3、叶片、可动定位杆4三者接触紧密而又不至于使叶片处于受迫状态。
为减小转换电路的尺寸体积和功耗，采用单片式集成电路作为电感式位移传感器输出信号的转换电路，可完成传统调幅式转换电路的调制、相敏检波、功放、滤波等功能，并简化了电路的设计和调试。该转换电路如图3所示，选用单片式集成芯片AD598，电感式位移传感器信号转换电路使用单片式集成芯片AD598，激磁输出EXC12脚经1uF第一电容与电感式传感器半桥线圈的一端相连，同时接到由电位器、两个串联电阻并联组成桥路上。电感式传感器半桥线圈的另一端接到AD598的11脚，同时接到桥路电位器的滑动端，用于输出调零。AD598的10脚接到桥路中两个串联电阻的中间位置，AD598的4、5脚接电位器，可用于调节输出激磁的幅度。6、7脚之间接0.01uF第三电容，8、9脚之间接0.1uF第二电容，12、13脚之间接0.12uF第四电容，14、15脚之间接0.33uF第五电容，17脚接地。输出16脚与反馈端15脚之间接电位器，用于调整输出信号的幅值范围，电源脚1、20分别接-15V，+15V直流电，且电源与地之间接0.1uF去耦电容。多个传感器测头同时工作时，使用继电器串联组合或者夺路模拟开关实现通道选择共用一个AD598电感式位移传感器信号转换电路，或者使用多通道的AD转换器。温湿度传感器使用I2C总线数字式温湿度传感器SHT11实现对温湿度的测量。由于该芯片采用CMOSensTM技术，输出信号直接由数据引脚SDA送单片机处理，即可得到对应的温湿度值，使用时注意防水。单片机选AT89C55，温湿度传感器选用I2C总线数字式SHT11，AD转换器选用AD574，显示器选用SG12864液晶屏，时钟芯片选用DS12887，存储器选用非易失性AT24C512，串行通信芯片选用MAX232。使用菜单式显示界面，由按键控制显示界面的切换，以实现不同的操作，一共设置六个按键，分别是：确认、取消、向上、向下、向左和向右，按下时可以实现相应的功能，用于显示界面的切换、时间、日期设置、测量定时设定等等功能。PC上位机软件采用VB语言编写，使用串口线与下位机相连，通信结束后，可以进行数据的查看、保存和打印，还可以查看厚度与时间、温度与时间、湿度与时间的曲线等。
本发明使用的单片机选AT89C55，温湿度传感器选用I2C总线数字式SHT11，AD转换器选用AD574，显示器选用SG12864液晶屏，时钟芯片选用DS12887，存储器选用非易失性AT24C512，串行通信芯片选用MAX232。

Claims (3)

1.植物叶片参数测量仪，其特征在于：单片机分别与A/D转换器、存储器、时钟芯片、显示屏、串行接口电路和键盘电路连接；电感式位移传感器信号转换电路的一端与A/D转换器连接，另一端与电感式位移传感器信号输出端连接；温湿度传感器与单片机相连；PC上位机采用VB语言编写，使用串行口与下位机通信。
2.根据权利要求书1所述的植物叶片参数测量仪，其特征在于：所述的电感式位移传感器信号转换电路使用单片式集成芯片AD598；AD598激磁输出EXC12脚经第一电容与电感式传感器半桥线圈的一端相连，同时接到由电位器、两个串联电阻并联组成桥路上；电感式传感器半桥线圈的另一端接到AD598的11脚，同时接到桥路电位器的滑动端；AD598的10脚接到桥路中两个串联电阻的中间位置；AD598的4、5脚接电位器；6、7脚之间接第二电容，8、9脚之间接第三电容，12、13脚之间接第四电容，14、15脚之间接第五电容，17脚接地；输出16脚与反馈端15脚之间接电位器，用于调整输出信号的幅值范围；电源脚1、20分别接-15V，+15V直流电，且电源与地之间接去耦电容。
3.根据权利要求1所述的植物叶片参数测量仪，其特征在于：所述的电感式位移传感器(2)固定在夹具(1)上面，夹具(1)下端装有可动定位杆(4)，可动定位杆(4)前端的测量头与伸出夹具(1)外的传感器测量头(3)相对布置，用于固定叶片；夹具(1)由安装在底座(9)上面的软管(8)固定。
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