CN102519880A - 厚度补偿式叶绿素仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种厚度补偿式叶绿素仪。现有的仪器精度不够高，价格昂贵，不适合田间作业或不能直接测量出植物氮素含量。本发明单片机及AD模块分别与信号接收和调理模块、厚度采集和调理模块、液晶显示模块、MAX3232通信模块、键盘输入模块连接；电源模块向光路控制模块、厚度采集和调理模块供电；光路控制模块发出光信号透过被测叶片后输入至信号接收和调理模块，信号接收和调理模块实现叶片SPAD值的测量，厚度采集和调理模块实现厚度参数的测量，厚度采集和调理模块的输出信号、信号接收和调理模块的输出信号输入至单片机及AD模块，经单片机处理后输出测量结果，并可以通过MAX3232通信模块与PC通信。利用本发明测得校正后的植物叶片SPAD值，一定程度上消除叶片厚度对测量结果的影响，精度更高。

Description

厚度补偿式叶绿素仪

技术领域

本发明属于测试计量技术领域，涉及一种厚度补偿式叶绿素仪。

背景技术

氮肥是全世界施用量最大的一类化学肥料，也是推荐施肥中最难于准确定量的一种肥料。究其原因，主要是由于缺乏能够准确、迅速、经济地判断作物氮营养状况及确定氮肥需要量的测试方法。我国是一个农业大国，氮肥用量，位居世界前列。全国每年化肥用量达15-20 亿吨，其中氮肥用量达到5000 万吨，按2010 年平均价，2000元/吨，每年全国氮肥购买花费将达100亿元。但是，氮肥施用不科学，使得我国氮肥的利用率仅为30%左右。不合理使用氮肥，不仅造成资源浪费，农业生产成本增加，而且还会造成环境污染。

近年来，随着人们对农业生产地区地表水和地下水污染的日益关注，如何准确地对作物进行氮肥推荐变得越来越重要。许多大田作物在缺氮时会表现出一些肉眼可见的症状，通过观测叶片颜色变化来评价作物氮营养状况已经在生产中获得应用。利用叶色作为推荐施肥指标最初是在水稻上开始应用，叶色与叶片含氮量呈正相关。近年来，一种基于测定叶片叶绿素相对含量的手持式叶绿素仪方法引起研究者的关注。这种仪器可以在田间条件下无损检测植物叶片叶绿素，已开始用于水稻氮肥推荐。

长期以来，以实验室常规测试为基础的传统测试手段为取样、测定、数据分析等，需耗费大量的人力、物力，且时效性差，不利于推广应用。因此，无损测试技术近年来在作物氮营养诊断及氮肥推荐中得到了广泛的关注，被认为极有发展前途的作物营养诊断技术。国内外专家与学者在植物氮素含量快速、无损研究也很多，有近红外光谱检测、多光谱图像检测、遥感影像处理检测等方法。已推出一批成果产品，如日本产的CCN6000和SPAD-502叶绿素计，美国产的 CCM-200 叶绿素测量仪。国外仪器的缺点在于精度不够高，且存在技术壁垒，价格昂贵，不适合田间作业或不能直接测量出植物氮素含量，在我国推广困难。国内报道的该类仪器只有浙江大学研制的光谱技术的水稻叶片氮素测定仪。目前国内外叶绿素仪依然存在局限性，尤其是当叶片厚度变化时，会对植物叶绿素含量的测量结果产生影响。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种厚度补偿式叶绿素仪，利用光路对植物SPAD值进行检测，选用测量力小的高精度差动电感式微位移传感器对植物叶片厚度进行采集，使用单片机集成电路实现光路输出信号和微位移传感器输出信号的转换、处理，利用测得的叶片厚度数据对SPAD值进行补偿。采用单片机测控电路实现对植物叶片叶绿素相对含量的精确测定、处理、存储、显示等功能。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

厚度补偿式叶绿素仪，包括光路控制模块、电源模块、厚度采集和调理模块、信号接收和调理模块、单片机及AD模块、液晶显示模块、MAX3232通信模块和键盘输入模块。单片机及AD模块分别与信号接收和调理模块、厚度采集和调理模块、液晶显示模块、MAX3232通信模块、键盘输入模块连接；电源模块向光路控制模块、厚度采集和调理模块供电；光路控制模块发出光信号透过被测叶片后输入至信号接收和调理模块，信号接收和调理模块实现叶片SPAD值的测量，厚度采集和调理模块实现厚度参数的测量，厚度采集和调理模块的输出信号、信号接收和调理模块的输出信号输入至单片机及AD模块，经单片机处理后输出测量结果，并可以通过MAX3232通信模块与PC通信。

所述的光路控制模块包括第一电容C1、三极管Q1、第一可变电阻R1、第一电阻R2、第一LED1、第二LED2、第一芯片U1和第二芯片U2。

第一电容C1的一端接地、另一端接第一芯片U1的1脚；第一芯片U1的2脚接+5V电源，第一芯片U1的3脚、4脚均接地；第一芯片U1的5脚、8脚均悬空；第一芯片U1的7脚接三极管Q1的基极，第一芯片U1的6脚分别与三极管Q1的发射极、第一可变电阻R1的可调端连接；第一可变电阻R1的一端接地、另一端悬空；三极管Q1的集电极分别与第二芯片U2的1脚、3脚连接；第二芯片U2的2脚接第一LED1的负极，第一LED1的正极接+5V电源；第二芯片U2的4脚接第一电阻R2的一端，第一电阻R2的另一端接第二LED2的负极，第二LED1的正极接+5V电源；第二芯片U2的5脚、13脚分别与单片机模块中第十一芯片U13的19脚、18脚连接；第二芯片U2的7脚接地，第二芯片U2的14脚接+3.3V电源；第二芯片U2的6脚、8脚、9脚、10脚、11脚、12脚均悬空；所述的第一芯片U1型号为MAX6126，第二芯片U2型号为MAX4066。

所述的电源模块包括第一滤波电容C36、第二滤波电容C2、第一去耦电容C3、第二电容C4、第三滤波电容C5、第四滤波电容C6、第二去耦电容C7、第三电容C8、第五滤波电容C9、第三去耦电容C10、第四电容C11、第五电容C12、第三芯片U3、第四芯片U4、第五芯片U5和第六芯片U6。

第一滤波电容C36的正级分别与+12V电源、第二滤波电容C2的一端、第三芯片U3的1脚连接，另一端接地，第二滤波电容C2的另一端接地；第三芯片U3的2脚接地；第三芯片U3的3脚与第一去耦电容C3的一端连接，第三芯片U3的3脚输出+5V电源，第一去耦电容C3的另一端接地；第二电容C4的正级与第四芯片U4的2脚连接，负极与第四芯片U4的4脚连接；第四芯片U4的1、6、7脚悬空；第四芯片U4的3脚接地；第四芯片U4的5脚与第二去耦电容C7的负极连接，第四芯片U4的5脚输出-12V电源，第二去耦电容C7的正极接地；第四芯片U4的8脚分别与+12V电源、第三滤波电容C5、第四滤波电容C6的正级连接，第三滤波电容C5、第四滤波电容C6的负级接地；第三电容C8的正级与第五芯片U5的2脚连接，负极与第五芯片U5的4脚连接；第五芯片U5的1、6、7脚悬空；第五芯片U5的3脚接地；第五芯片U5的5脚与第三去耦电容C10的负极连接，第四芯片U4的5脚输出-5V电源，第三去耦电容C10的正极接地；第五芯片U5的8脚分别与+12V电源、第五滤波电容C9的正级连接，第五滤波电容C9的负级接地；第四电容C11的正级分别与+5V电源、第六芯片U6的3脚连接，第四电容C11的负级接地；第六芯片U6的1脚接地；第六芯片U6的2脚与第五电容C12的正级连接，第六芯片U6的2脚输出+3.3V，第五电容C12的负级接地；所述的第三芯片U3型号为KA7805、第四芯片U4型号为ICL7660A、第五芯片U5型号为ICL7660A和第六芯片U6型号为LM1117L3。

所述的厚度采集和调理模块包括调零可变电阻R4、第二电阻R3、第三电阻R5、第六电容C18、第二可变电阻R6、第七电容C19、第八电容C20、第四去耦电容C14、第五去耦电容C15、第九电容C21、第十电容C22、放大可变电阻R8、第一插槽J5、第七芯片U8。

调零可变电阻R4的一端分别与第二电阻R3的一端、第六电容C18的一端、第一插槽J5的3脚连接，调零可变电阻R4的可调端分别与第七芯片U8的11脚、第一插槽J5的2脚连接，另一端接地，第一插槽J5的1脚接地；第六电容C18的另一端与第七芯片U8的2脚连接；第二电阻R3的另一端分别与第三电阻R5的一端、第七芯片U8的10脚连接，第三电阻R5的另一端接地；第七芯片U8的1脚分别与-12V电源、第四去耦电容C14的一端连接，第四去耦电容C14的另一端接地；第七芯片U8的3、18、19脚悬空；第七芯片U8的4脚与第二可变电阻R6的一端连接，第七芯片U8的5脚与第二可变电阻R6的可调端连接；第七芯片U8的6脚与第七电容C19的一端连接，7脚与第七电容C19的另一端连接；第七芯片U8的8脚与第八电容C20的一端连接，9脚与第八电容C20的另一端连接；第七芯片U8的12脚与第十电容C22的一端连接，13脚与第十电容C22的另一端连接；第七芯片U8的14脚与第九电容C21的一端连接，15脚分别与第九电容C21的另一端、放大可变电阻R8的一端连接；第七芯片U8的16脚与放大可变电阻R8的可调端连接，第九电阻R14输出厚度信号V0，放大可变电阻R8的另一端悬空；第七芯片U8的17脚接地；第七芯片U8的20脚分别与+12V电源、第五去耦电容C15的一端连接，第五去耦电容C15的另一端接地；第一插槽J5连接能够测量叶片厚度参数的差动电感式微位移传感器TESA GT31；第七芯片U8的型号为AD598。

所述的信号接收和调理模块包括第六去耦电容C13、第四电阻R13、第五电阻R9、第六电阻R10、第七电阻R11、第八电阻R12、第九电阻R14、第七去耦电容C24、第一限流电阻R18、第八去耦电容C25、第十电阻R17、第十一电阻R16、第十二电阻R15、第八芯片U7、第九芯片U9。

第六去耦电容C13的一端分别与+5V电源、第八芯片U7的1脚连接，另一端接地；第八芯片U7的2、6、7脚悬空；第八芯片U7的3、8脚接地；第八芯片U7的4脚分别与5脚、第四电阻R13的一端连接；第四电阻R13的另一端分别与第九芯片U9的1脚、第六电阻R10的一端、第七电阻R11的一端连接，第六电阻R10的另一端与第九芯片U9的2脚连接；第七电阻R11的另一端分别与第九芯片U9的3脚、第五电阻R9的一端连接，第五电阻R9的另一端与第九芯片U9的28脚连接；第九芯片U9的4脚与第八电阻R12的一端连接，第八电阻R12的另一端分别与第九芯片U9的5脚、第九电阻R14的一端连接，第九电阻R14的另一端接地；第九芯片U9的6、7、9、10、19、20、22脚接地；第九芯片U9的8脚分别与第七去耦电容C24的一端、+5V电源连接，第七去耦电容C24的另一端接地；第九芯片U9的11、12、17、18脚悬空；第九芯片U9的13脚与14脚连接；第九芯片U9的15脚与16脚连接；第九芯片U9的21脚与第一限流电阻R18的一端连接，第一限流电阻R18的另一端与125KHZ的时钟信号连接；第九芯片U9的23脚分别与-5V电源、第八去耦电容C25一端连接，第八去耦电容C25另一端接地；第九芯片U9的24、25脚与第十电阻R17的一端连接，第十电阻R17的另一端分别与第十一电阻R16的一端、第十二电阻R15的一端第九芯片U9的28连接；第九芯片U9的26脚与第十一电阻R16的另一端连接，第九芯片U9的26脚输出光强信号V2；第九芯片U9的27脚与第十二电阻R15另一端连接；第八芯片U7的型号为OPT101、第九芯片U9型号为LTC1068-25。

所述的单片机及AD模块包括第一上拉电阻R19、第二上拉电阻R20、第九去耦电容C26、第十三电阻R28、第十去耦电容C31、第十四电阻R29、开关S1、第十一去耦电容C27、第十二去耦电容C28、第一晶振Y1、第二晶振Y2、第十一电容C29、第十二电容C30、第十芯片U10、第十一芯片U13。

第十芯片U10的1脚与光强信号V2连接；第十芯片U10的2脚与厚度信号V0连接；第十芯片U10的3、5、9、10脚接地；第十芯片U10的4脚悬空；第十芯片U10的6脚分别与电源3.3V、第九去耦电容C26的一端连接，第九去耦电容C26的另一端接地；第十芯片U10的7脚分别与第二上拉电阻R20的一端、第十一芯片U13的5脚连接，第二上拉电阻R20的另一端与电源3.3V连接；第十芯片U10的8脚分别与第一上拉电阻R19的一端、第十一芯片U13的4脚连接，第一上拉电阻R19的另一端与电源3.3V连接；第十三电阻R28的一端与3.3V电源连接，另一端分别与第十去耦电容C31的一端、第十一芯片U13的58脚、开关S1的一端连接；第十去耦电容C31的另一端接地，开关S1的另一端与第十四电阻R29的一端连接，第十四电阻R29的另一端接地；第十一芯片U13的1脚分别与3.3V电源、第十二去耦电容C28的一端连接，第十二去耦电容C28的另一端接地；第十一芯片U13的64脚分别与3.3V电源、第十二去耦电容C27的一端连接，第十二去耦电容C27的另一端接地；第十一芯片U13的8脚与第一晶振Y1的一端连接，第十一芯片U13的9脚与第一晶振Y1的另一端连接；第十一芯片U13的52脚分别与第二晶振Y2的一端、第十一电容C29的一端连接，第十一芯片U13的53脚分别与第二晶振Y2的另一端、第十二电容C30的一端连接，第十一电容C29与第十二电容C30的另一端接地；第十一芯片U13的62、63脚接地；第十芯片U10的型号为ADS1112、第十一芯片U13型号为MSP430F149。

所述的液晶显示模块包括第三可变电阻R27、第十二芯片U11。

第三可变电阻R27的一端接3.3V电源，可调端接第十二芯片U11的3脚，另一端分别与第十二芯片U11的1脚连接于地；第十二芯片U11的2、19脚接3.3V电源；第十二芯片U11的4脚与第十一芯片U13的28脚连接；第十二芯片U11的5脚与第十一芯片U13的29脚连接；第十二芯片U11的6脚与第十一芯片U13的30脚连接；第十二芯片U11的7脚与第十一芯片U13的36脚连接；第十二芯片U11的8脚与第十一芯片U13的37脚连接；第十二芯片U11的9脚与第十一芯片U13的38脚连接；第十二芯片U11的10脚与第十一芯片U13的39脚连接；第十二芯片U11的11脚与第十一芯片U13的40脚连接；第十二芯片U11的12脚与第十一芯片U13的41脚连接；第十二芯片U11的13脚与第十一芯片U13的42脚连接；第十二芯片U11的14脚与第十一芯片U13的43脚连接；第十二芯片U11的15脚与第十一芯片U13的45脚连接；第十二芯片U11的16、18脚悬空；第十二芯片U11的18脚与第十一芯片U13的46脚连接；第十二芯片U11的20脚接地；第十二芯片U11的型号是LCM128645ZK。

所述的MAX3232通信模块包括接口J2、第十三电容C35、第十四电容C32、第十五电容C33、第十六电容C34、第十三去耦电容C40、第十三芯片U12。

接口J2的1、6、7、8、4、9脚接地；接口J2的2脚与第十三芯片U12的7脚连接；接口J2的3脚与第十三芯片U12的8脚连接；接口J2的5脚接地；第十三芯片U12的1脚与第十五电容C33的一端连接，第十三芯片U12的3脚与第十五电容C33的另一端连接；第十三芯片U12的2脚与第十四电容C32的一端连接，第十四电容C32的另一端接地；第十三芯片U12的4脚与第十六电容C34的一端连接，第十三芯片U12的5脚与第十六电容C34的另一端连接；第十三芯片U12的6脚与第十三电容C35的一端连接，第十三电容C35的另一端接地；第十三芯片U12的9脚与第十一芯片U13的32脚连接；第十三芯片U12的10脚与第十一芯片U13的33脚连接；第十三芯片U12的11、12、13、14脚悬空；第十三芯片U12的15脚接地；第十三芯片U12的16脚分别与3.3V电源、第十三去耦电容C40的一端连接，第十三去耦电容C40的另一端接地；接口J2的型号为DB9接口；第十三芯片U12型号为MAX3232。

所述的键盘输入模块包括第二插槽J1、第三上拉电阻R21、第四上拉电阻R22、第五上拉电阻R23、第六上拉电阻R24、第七上拉电阻R25、第八上拉电阻R26；第二插槽J1的1脚接地；第二插槽J1的2脚分别与第三上拉电阻R21的一端、第十一芯片U13的17脚连接，第三上拉电阻R21的另一端与电源3.3V连接；第二插槽J1的3脚分别与第四上拉电阻R22的一端、第十一芯片U13的16脚连接，第四上拉电阻R22的另一端与电源3.3V连接；第二插槽J1的4脚分别与第五上拉电阻R23的一端、第十一芯片U13的15脚连接，第五上拉电阻R23的另一端与电源3.3V连接；第二插槽J1的5脚分别与第六上拉电阻R24的一端、第十一芯片U13的14脚连接，第六上拉电阻R24的另一端与电源3.3V连接；第二插槽J1的6脚分别与第七上拉电阻R25的一端、第十一芯片U13的13脚连接，第七上拉电阻R25的另一端与电源3.3V连接；第二插槽J1的7脚分别与第八上拉电阻R26的一端、第十一芯片U13的12脚连接，第八上拉电阻R26的另一端与电源3.3V连接。

本发明的有益效果：利用本发明测得校正后的植物叶片SPAD值，一定程度上消除叶片厚度对测量结果的影响，精度更高。SPAD测量精度：±0.5 SPAD单位，叶片厚度测量分辨力：1μm。

附图说明

图1是本发明原理框图；

图2是光路控制模块电路图；

图3是电源模块电路图；

图4是厚度采集和调理模块电路图；

图5是信号接收和调理模块电路图；

图6是单片机及AD模块电路图；

图7是液晶显示模块电路图；

图8是MAX3232通信模块电路图；

图9是键盘输入模块电路图；

图10是叶绿素仪测量过程流程图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明。

如图1所示，厚度补偿式叶绿素仪，包括光路控制模块、电源模块、厚度采集和调理模块、信号接收和调理模块、单片机及AD模块、液晶显示模块、MAX3232通信模块和键盘输入模块。单片机及AD模块分别与信号接收和调理模块、厚度采集和调理模块、液晶显示模块、MAX3232通信模块、键盘输入模块连接；电源模块向光路控制模块、厚度采集和调理模块供电；光路控制模块发出光信号透过被测叶片后输入至信号接收和调理模块，信号接收和调理模块实现叶片SPAD值的测量，厚度采集和调理模块实现厚度参数的测量，厚度采集和调理模块的输出信号、信号接收和调理模块的输出信号输入至单片机及AD模块，经单片机处理后输出测量结果，并可以通过MAX3232通信模块与PC通信。

如图2所示，光路控制模块包括第一电容C1、三极管Q1、第一可变电阻R1、第一电阻R2、第一LED1、第二LED2、第一芯片U1和第二芯片U2。

第一电容C1的一端接地、另一端接第一芯片U1的1脚；第一芯片U1的2脚接+5V电源，第一芯片U1的3脚、4脚均接地；第一芯片U1的5脚、8脚均悬空；第一芯片U1的7脚接三极管Q1的基极，第一芯片U1的6脚分别与三极管Q1的发射极、第一可变电阻R1的可调端连接；第一可变电阻R1的一端接地、另一端悬空；三极管Q1的集电极分别与第二芯片U2的1脚、3脚连接；第二芯片U2的2脚接第一LED1的负极，第一LED1的正极接+5V电源；第二芯片U2的4脚接第一电阻R2的一端，第一电阻R2的另一端接第二LED2的负极，第二LED1的正极接+5V电源；第二芯片U2的5脚、13脚分别与单片机模块中第十一芯片U13的19脚、18脚连接；第二芯片U2的7脚接地，第二芯片U2的14脚接+3.3V电源；第二芯片U2的6脚、8脚、9脚、10脚、11脚、12脚均悬空；所述的第一芯片U1型号为MAX6126，第二芯片U2型号为MAX4066。

如图3所示，电源模块包括第一滤波电容C36、第二滤波电容C2、第一去耦电容C3、第二电容C4、第三滤波电容C5、第四滤波电容C6、第二去耦电容C7、第三电容C8、第五滤波电容C9、第三去耦电容C10、第四电容C11、第五电容C12、第三芯片U3、第四芯片U4、第五芯片U5和第六芯片U6。

第一滤波电容C36的正级分别与+12V电源、第二滤波电容C2的一端、第三芯片U3的1脚连接，另一端接地，第二滤波电容C2的另一端接地；第三芯片U3的2脚接地；第三芯片U3的3脚与第一去耦电容C3的一端连接，第三芯片U3的3脚输出+5V电源，第一去耦电容C3的另一端接地；第二电容C4的正级与第四芯片U4的2脚连接，负极与第四芯片U4的4脚连接；第四芯片U4的1、6、7脚悬空；第四芯片U4的3脚接地；第四芯片U4的5脚与第二去耦电容C7的负极连接，第四芯片U4的5脚输出-12V电源，第二去耦电容C7的正极接地；第四芯片U4的8脚分别与+12V电源、第三滤波电容C5、第四滤波电容C6的正级连接，第三滤波电容C5、第四滤波电容C6的负级接地；第三电容C8的正级与第五芯片U5的2脚连接，负极与第五芯片U5的4脚连接；第五芯片U5的1、6、7脚悬空；第五芯片U5的3脚接地；第五芯片U5的5脚与第三去耦电容C10的负极连接，第四芯片U4的5脚输出-5V电源，第三去耦电容C10的正极接地；第五芯片U5的8脚分别与+12V电源、第五滤波电容C9的正级连接，第五滤波电容C9的负级接地；第四电容C11的正级分别与+5V电源、第六芯片U6的3脚连接，第四电容C11的负级接地；第六芯片U6的1脚接地；第六芯片U6的2脚与第五电容C12的正级连接，第六芯片U6的2脚输出+3.3V，第五电容C12的负级接地；所述的第三芯片U3型号为KA7805、第四芯片U4型号为ICL7660A、第五芯片U5型号为ICL7660A和第六芯片U6型号为LM1117L3。

如图4所示，厚度采集和调理模块包括调零可变电阻R4、第二电阻R3、第三电阻R5、第六电容C18、第二可变电阻R6、第七电容C19、第八电容C20、第四去耦电容C14、第五去耦电容C15、第九电容C21、第十电容C22、放大可变电阻R8、第一插槽J5、第七芯片U8。

调零可变电阻R4的一端分别与第二电阻R3的一端、第六电容C18的一端、第一插槽J5的3脚连接，调零可变电阻R4的可调端分别与第七芯片U8的11脚、第一插槽J5的2脚连接，另一端接地，第一插槽J5的1脚接地；第六电容C18的另一端与第七芯片U8的2脚连接；第二电阻R3的另一端分别与第三电阻R5的一端、第七芯片U8的10脚连接，第三电阻R5的另一端接地；第七芯片U8的1脚分别与-12V电源、第四去耦电容C14的一端连接，第四去耦电容C14的另一端接地；第七芯片U8的3、18、19脚悬空；第七芯片U8的4脚与第二可变电阻R6的一端连接，第七芯片U8的5脚与第二可变电阻R6的可调端连接；第七芯片U8的6脚与第七电容C19的一端连接，7脚与第七电容C19的另一端连接；第七芯片U8的8脚与第八电容C20的一端连接，9脚与第八电容C20的另一端连接；第七芯片U8的12脚与第十电容C22的一端连接，13脚与第十电容C22的另一端连接；第七芯片U8的14脚与第九电容C21的一端连接，15脚分别与第九电容C21的另一端、放大可变电阻R8的一端连接；第七芯片U8的16脚与放大可变电阻R8的可调端连接，第九电阻R14输出厚度信号V0，放大可变电阻R8的另一端悬空；第七芯片U8的17脚接地；第七芯片U8的20脚分别与+12V电源、第五去耦电容C15的一端连接，第五去耦电容C15的另一端接地；第一插槽J5连接能够测量叶片厚度参数的差动电感式微位移传感器TESA GT31；第七芯片U8的型号为AD598。

如图5所示，信号接收和调理模块包括第六去耦电容C13、第四电阻R13、第五电阻R9、第六电阻R10、第七电阻R11、第八电阻R12、第九电阻R14、第七去耦电容C24、第一限流电阻R18、第八去耦电容C25、第十电阻R17、第十一电阻R16、第十二电阻R15、第八芯片U7、第九芯片U9。

第六去耦电容C13的一端分别与+5V电源、第八芯片U7的1脚连接，另一端接地；第八芯片U7的2、6、7脚悬空；第八芯片U7的3、8脚接地；第八芯片U7的4脚分别与5脚、第四电阻R13的一端连接；第四电阻R13的另一端分别与第九芯片U9的1脚、第六电阻R10的一端、第七电阻R11的一端连接，第六电阻R10的另一端与第九芯片U9的2脚连接；第七电阻R11的另一端分别与第九芯片U9的3脚、第五电阻R9的一端连接，第五电阻R9的另一端与第九芯片U9的28脚连接；第九芯片U9的4脚与第八电阻R12的一端连接，第八电阻R12的另一端分别与第九芯片U9的5脚、第九电阻R14的一端连接，第九电阻R14的另一端接地；第九芯片U9的6、7、9、10、19、20、22脚接地；第九芯片U9的8脚分别与第七去耦电容C24的一端、+5V电源连接，第七去耦电容C24的另一端接地；第九芯片U9的11、12、17、18脚悬空；第九芯片U9的13脚与14脚连接；第九芯片U9的15脚与16脚连接；第九芯片U9的21脚与第一限流电阻R18的一端连接，第一限流电阻R18的另一端与125KHZ的时钟信号连接；第九芯片U9的23脚分别与-5V电源、第八去耦电容C25一端连接，第八去耦电容C25另一端接地；第九芯片U9的24、25脚与第十电阻R17的一端连接，第十电阻R17的另一端分别与第十一电阻R16的一端、第十二电阻R15的一端第九芯片U9的28连接；第九芯片U9的26脚与第十一电阻R16的另一端连接，第九芯片U9的26脚输出光强信号V2；第九芯片U9的27脚与第十二电阻R15另一端连接；第八芯片U7的型号为OPT101、第九芯片U9型号为LTC1068-25。

如图6所示，单片机及AD模块包括第一上拉电阻R19、第二上拉电阻R20、第九去耦电容C26、第十三电阻R28、第十去耦电容C31、第十四电阻R29、开关S1、第十一去耦电容C27、第十二去耦电容C28、第一晶振Y1、第二晶振Y2、第十一电容C29、第十二电容C30、第十芯片U10、第十一芯片U13。

第十芯片U10的1脚与光强信号V2连接；第十芯片U10的2脚与厚度信号V0连接；第十芯片U10的3、5、9、10脚接地；第十芯片U10的4脚悬空；第十芯片U10的6脚分别与电源3.3V、第九去耦电容C26的一端连接，第九去耦电容C26的另一端接地；第十芯片U10的7脚分别与第二上拉电阻R20的一端、第十一芯片U13的5脚连接，第二上拉电阻R20的另一端与电源3.3V连接；第十芯片U10的8脚分别与第一上拉电阻R19的一端、第十一芯片U13的4脚连接，第一上拉电阻R19的另一端与电源3.3V连接；第十三电阻R28的一端与3.3V电源连接，另一端分别与第十去耦电容C31的一端、第十一芯片U13的58脚、开关S1的一端连接；第十去耦电容C31的另一端接地，开关S1的另一端与第十四电阻R29的一端连接，第十四电阻R29的另一端接地；第十一芯片U13的1脚分别与3.3V电源、第十二去耦电容C28的一端连接，第十二去耦电容C28的另一端接地；第十一芯片U13的64脚分别与3.3V电源、第十二去耦电容C27的一端连接，第十二去耦电容C27的另一端接地；第十一芯片U13的8脚与第一晶振Y1的一端连接，第十一芯片U13的9脚与第一晶振Y1的另一端连接；第十一芯片U13的52脚分别与第二晶振Y2的一端、第十一电容C29的一端连接，第十一芯片U13的53脚分别与第二晶振Y2的另一端、第十二电容C30的一端连接，第十一电容C29与第十二电容C30的另一端接地；第十一芯片U13的62、63脚接地；第十芯片U10的型号为ADS1112、第十一芯片U13型号为MSP430F149。

如图7所示，液晶显示模块包括第三可变电阻R27、第十二芯片U11。

第三可变电阻R27的一端接3.3V电源，可调端接第十二芯片U11的3脚，另一端分别与第十二芯片U11的1脚连接于地；第十二芯片U11的2、19脚接3.3V电源；第十二芯片U11的4脚与第十一芯片U13的28脚连接；第十二芯片U11的5脚与第十一芯片U13的29脚连接；第十二芯片U11的6脚与第十一芯片U13的30脚连接；第十二芯片U11的7脚与第十一芯片U13的36脚连接；第十二芯片U11的8脚与第十一芯片U13的37脚连接；第十二芯片U11的9脚与第十一芯片U13的38脚连接；第十二芯片U11的10脚与第十一芯片U13的39脚连接；第十二芯片U11的11脚与第十一芯片U13的40脚连接；第十二芯片U11的12脚与第十一芯片U13的41脚连接；第十二芯片U11的13脚与第十一芯片U13的42脚连接；第十二芯片U11的14脚与第十一芯片U13的43脚连接；第十二芯片U11的15脚与第十一芯片U13的45脚连接；第十二芯片U11的16、18脚悬空；第十二芯片U11的18脚与第十一芯片U13的46脚连接；第十二芯片U11的20脚接地；第十二芯片U11的型号是LCM128645ZK。

如图8所示，MAX3232通信模块包括接口J2、第十三电容C35、第十四电容C32、第十五电容C33、第十六电容C34、第十三去耦电容C40、第十三芯片U12。

接口J2的1、6、7、8、4、9脚接地；接口J2的2脚与第十三芯片U12的7脚连接；接口J2的3脚与第十三芯片U12的8脚连接；接口J2的5脚接地；第十三芯片U12的1脚与第十五电容C33的一端连接，第十三芯片U12的3脚与第十五电容C33的另一端连接；第十三芯片U12的2脚与第十四电容C32的一端连接，第十四电容C32的另一端接地；第十三芯片U12的4脚与第十六电容C34的一端连接，第十三芯片U12的5脚与第十六电容C34的另一端连接；第十三芯片U12的6脚与第十三电容C35的一端连接，第十三电容C35的另一端接地；第十三芯片U12的9脚与第十一芯片U13的32脚连接；第十三芯片U12的10脚与第十一芯片U13的33脚连接；第十三芯片U12的11、12、13、14脚悬空；第十三芯片U12的15脚接地；第十三芯片U12的16脚分别与3.3V电源、第十三去耦电容C40的一端连接，第十三去耦电容C40的另一端接地；接口J2的型号为DB9接口；第十三芯片U12型号为MAX3232。

如图9所示，键盘输入模块包括第二插槽J1、第三上拉电阻R21、第四上拉电阻R22、第五上拉电阻R23、第六上拉电阻R24、第七上拉电阻R25、第八上拉电阻R26；第二插槽J1的1脚接地；第二插槽J1的2脚分别与第三上拉电阻R21的一端、第十一芯片U13的17脚连接，第三上拉电阻R21的另一端与电源3.3V连接；第二插槽J1的3脚分别与第四上拉电阻R22的一端、第十一芯片U13的16脚连接，第四上拉电阻R22的另一端与电源3.3V连接；第二插槽J1的4脚分别与第五上拉电阻R23的一端、第十一芯片U13的15脚连接，第五上拉电阻R23的另一端与电源3.3V连接；第二插槽J1的5脚分别与第六上拉电阻R24的一端、第十一芯片U13的14脚连接，第六上拉电阻R24的另一端与电源3.3V连接；第二插槽J1的6脚分别与第七上拉电阻R25的一端、第十一芯片U13的13脚连接，第七上拉电阻R25的另一端与电源3.3V连接；第二插槽J1的7脚分别与第八上拉电阻R26的一端、第十一芯片U13的12脚连接，第八上拉电阻R26的另一端与电源3.3V连接。

如图10所示，厚度补偿式叶绿素仪的工作过程：电源模块为光路控制模块、电源模块、厚度采集和调理模块、信号接收和调理模块提供正负12V、正负5V电源，为单片机及AD模块、液晶显示模块、MAX3232通信模块和键盘输入模块提供3.3V电源；未放置叶片时，通过键盘输入模块操作，使光路控制模块控制两个波长为940nm和650nm的LED灯轮流发光，其光信号被信号接收和调理模块接受、调理滤波变成电压信号，最后通过单片机及AD模块进行数字处理转换，记录两个波长的光强                                               

、

；放置好叶片后，按键输入使光路控制模块再次控制两个LED灯轮流发光，通过信号接收和调理模块和单片机及AD模块，记录得到光强、

，在SPAD测量键输入后将未放叶片前得到的光强

、

和放了叶片后得到的光强

、代入到SPAD值计算公式：

在液晶显示模块上显示出SPAD值，同时按厚度测量键，使厚度采集和调理模块中的叶片厚度传感器将叶片厚度信号变成电压信号，经过调理滤波后通过单片机及AD模块转换，在液晶显示模块上显示出叶片厚度值H；按下校正键后，将SPAD值除以厚度值H，就得到SPAD校正值SPAD1；最后可以通过单片机模块和MAX3232通信模块，将达到的数据与PC连接交互。

Claims (1)

1.厚度补偿式叶绿素仪，包括光路控制模块、电源模块、厚度采集和调理模块、信号接收和调理模块、单片机及AD模块、液晶显示模块、MAX3232通信模块和键盘输入模块，其特征在于：单片机及AD模块分别与信号接收和调理模块、厚度采集和调理模块、液晶显示模块、MAX3232通信模块、键盘输入模块连接；电源模块向光路控制模块、厚度采集和调理模块供电；光路控制模块发出光信号透过被测叶片后输入至信号接收和调理模块，信号接收和调理模块实现叶片SPAD值的测量，厚度采集和调理模块实现厚度参数的测量，厚度采集和调理模块的输出信号、信号接收和调理模块的输出信号输入至单片机及AD模块，经单片机处理后输出测量结果，并可以通过MAX3232通信模块与PC通信；

所述的光路控制模块包括第一电容C1、三极管Q1、第一可变电阻R1、第一电阻R2、第一LED1、第二LED2、第一芯片U1和第二芯片U2；

第一电容C1的一端接地、另一端接第一芯片U1的1脚；第一芯片U1的2脚接+5V电源，第一芯片U1的3脚、4脚均接地；第一芯片U1的5脚、8脚均悬空；第一芯片U1的7脚接三极管Q1的基极，第一芯片U1的6脚分别与三极管Q1的发射极、第一可变电阻R1的可调端连接；第一可变电阻R1的一端接地、另一端悬空；三极管Q1的集电极分别与第二芯片U2的1脚、3脚连接；第二芯片U2的2脚接第一LED1的负极，第一LED1的正极接+5V电源；第二芯片U2的4脚接第一电阻R2的一端，第一电阻R2的另一端接第二LED2的负极，第二LED1的正极接+5V电源；第二芯片U2的5脚、13脚分别与单片机模块中第十一芯片U13的19脚、18脚连接；第二芯片U2的7脚接地，第二芯片U2的14脚接+3.3V电源；第二芯片U2的6脚、8脚、9脚、10脚、11脚、12脚均悬空；所述的第一芯片U1型号为MAX6126，第二芯片U2型号为MAX4066；

所述的电源模块包括第一滤波电容C36、第二滤波电容C2、第一去耦电容C3、第二电容C4、第三滤波电容C5、第四滤波电容C6、第二去耦电容C7、第三电容C8、第五滤波电容C9、第三去耦电容C10、第四电容C11、第五电容C12、第三芯片U3、第四芯片U4、第五芯片U5和第六芯片U6；

第一滤波电容C36的正级分别与+12V电源、第二滤波电容C2的一端、第三芯片U3的1脚连接，另一端接地，第二滤波电容C2的另一端接地；第三芯片U3的2脚接地；第三芯片U3的3脚与第一去耦电容C3的一端连接，第三芯片U3的3脚输出+5V电源，第一去耦电容C3的另一端接地；第二电容C4的正级与第四芯片U4的2脚连接，负极与第四芯片U4的4脚连接；第四芯片U4的1、6、7脚悬空；第四芯片U4的3脚接地；第四芯片U4的5脚与第二去耦电容C7的负极连接，第四芯片U4的5脚输出-12V电源，第二去耦电容C7的正极接地；第四芯片U4的8脚分别与+12V电源、第三滤波电容C5、第四滤波电容C6的正级连接，第三滤波电容C5、第四滤波电容C6的负级接地；第三电容C8的正级与第五芯片U5的2脚连接，负极与第五芯片U5的4脚连接；第五芯片U5的1、6、7脚悬空；第五芯片U5的3脚接地；第五芯片U5的5脚与第三去耦电容C10的负极连接，第四芯片U4的5脚输出-5V电源，第三去耦电容C10的正极接地；第五芯片U5的8脚分别与+12V电源、第五滤波电容C9的正级连接，第五滤波电容C9的负级接地；第四电容C11的正级分别与+5V电源、第六芯片U6的3脚连接，第四电容C11的负级接地；第六芯片U6的1脚接地；第六芯片U6的2脚与第五电容C12的正级连接，第六芯片U6的2脚输出+3.3V，第五电容C12的负级接地；所述的第三芯片U3型号为KA7805、第四芯片U4型号为ICL7660A、第五芯片U5型号为ICL7660A和第六芯片U6型号为LM1117L3；

所述的厚度采集和调理模块包括调零可变电阻R4、第二电阻R3、第三电阻R5、第六电容C18、第二可变电阻R6、第七电容C19、第八电容C20、第四去耦电容C14、第五去耦电容C15、第九电容C21、第十电容C22、放大可变电阻R8、第一插槽J5、第七芯片U8；

调零可变电阻R4的一端分别与第二电阻R3的一端、第六电容C18的一端、第一插槽J5的3脚连接，调零可变电阻R4的可调端分别与第七芯片U8的11脚、第一插槽J5的2脚连接，另一端接地，第一插槽J5的1脚接地；第六电容C18的另一端与第七芯片U8的2脚连接；第二电阻R3的另一端分别与第三电阻R5的一端、第七芯片U8的10脚连接，第三电阻R5的另一端接地；第七芯片U8的1脚分别与-12V电源、第四去耦电容C14的一端连接，第四去耦电容C14的另一端接地；第七芯片U8的3、18、19脚悬空；第七芯片U8的4脚与第二可变电阻R6的一端连接，第七芯片U8的5脚与第二可变电阻R6的可调端连接；第七芯片U8的6脚与第七电容C19的一端连接，7脚与第七电容C19的另一端连接；第七芯片U8的8脚与第八电容C20的一端连接，9脚与第八电容C20的另一端连接；第七芯片U8的12脚与第十电容C22的一端连接，13脚与第十电容C22的另一端连接；第七芯片U8的14脚与第九电容C21的一端连接，15脚分别与第九电容C21的另一端、放大可变电阻R8的一端连接；第七芯片U8的16脚与放大可变电阻R8的可调端连接，第九电阻R14输出厚度信号V0，放大可变电阻R8的另一端悬空；第七芯片U8的17脚接地；第七芯片U8的20脚分别与+12V电源、第五去耦电容C15的一端连接，第五去耦电容C15的另一端接地；第一插槽J5连接能够测量叶片厚度参数的差动电感式微位移传感器TESA GT31；第七芯片U8的型号为AD598；

所述的信号接收和调理模块包括第六去耦电容C13、第四电阻R13、第五电阻R9、第六电阻R10、第七电阻R11、第八电阻R12、第九电阻R14、第七去耦电容C24、第一限流电阻R18、第八去耦电容C25、第十电阻R17、第十一电阻R16、第十二电阻R15、第八芯片U7、第九芯片U9；

第六去耦电容C13的一端分别与+5V电源、第八芯片U7的1脚连接，另一端接地；第八芯片U7的2、6、7脚悬空；第八芯片U7的3、8脚接地；第八芯片U7的4脚分别与5脚、第四电阻R13的一端连接；第四电阻R13的另一端分别与第九芯片U9的1脚、第六电阻R10的一端、第七电阻R11的一端连接，第六电阻R10的另一端与第九芯片U9的2脚连接；第七电阻R11的另一端分别与第九芯片U9的3脚、第五电阻R9的一端连接，第五电阻R9的另一端与第九芯片U9的28脚连接；第九芯片U9的4脚与第八电阻R12的一端连接，第八电阻R12的另一端分别与第九芯片U9的5脚、第九电阻R14的一端连接，第九电阻R14的另一端接地；第九芯片U9的6、7、9、10、19、20、22脚接地；第九芯片U9的8脚分别与第七去耦电容C24的一端、+5V电源连接，第七去耦电容C24的另一端接地；第九芯片U9的11、12、17、18脚悬空；第九芯片U9的13脚与14脚连接；第九芯片U9的15脚与16脚连接；第九芯片U9的21脚与第一限流电阻R18的一端连接，第一限流电阻R18的另一端与125KHZ的时钟信号连接；第九芯片U9的23脚分别与-5V电源、第八去耦电容C25一端连接，第八去耦电容C25另一端接地；第九芯片U9的24、25脚与第十电阻R17的一端连接，第十电阻R17的另一端分别与第十一电阻R16的一端、第十二电阻R15的一端第九芯片U9的28连接；第九芯片U9的26脚与第十一电阻R16的另一端连接，第九芯片U9的26脚输出光强信号V2；第九芯片U9的27脚与第十二电阻R15另一端连接；第八芯片U7的型号为OPT101、第九芯片U9型号为LTC1068-25；

所述的单片机及AD模块包括第一上拉电阻R19、第二上拉电阻R20、第九去耦电容C26、第十三电阻R28、第十去耦电容C31、第十四电阻R29、开关S1、第十一去耦电容C27、第十二去耦电容C28、第一晶振Y1、第二晶振Y2、第十一电容C29、第十二电容C30、第十芯片U10、第十一芯片U13；

第十芯片U10的1脚与光强信号V2连接；第十芯片U10的2脚与厚度信号V0连接；第十芯片U10的3、5、9、10脚接地；第十芯片U10的4脚悬空；第十芯片U10的6脚分别与电源3.3V、第九去耦电容C26的一端连接，第九去耦电容C26的另一端接地；第十芯片U10的7脚分别与第二上拉电阻R20的一端、第十一芯片U13的5脚连接，第二上拉电阻R20的另一端与电源3.3V连接；第十芯片U10的8脚分别与第一上拉电阻R19的一端、第十一芯片U13的4脚连接，第一上拉电阻R19的另一端与电源3.3V连接；第十三电阻R28的一端与3.3V电源连接，另一端分别与第十去耦电容C31的一端、第十一芯片U13的58脚、开关S1的一端连接；第十去耦电容C31的另一端接地，开关S1的另一端与第十四电阻R29的一端连接，第十四电阻R29的另一端接地；第十一芯片U13的1脚分别与3.3V电源、第十二去耦电容C28的一端连接，第十二去耦电容C28的另一端接地；第十一芯片U13的64脚分别与3.3V电源、第十二去耦电容C27的一端连接，第十二去耦电容C27的另一端接地；第十一芯片U13的8脚与第一晶振Y1的一端连接，第十一芯片U13的9脚与第一晶振Y1的另一端连接；第十一芯片U13的52脚分别与第二晶振Y2的一端、第十一电容C29的一端连接，第十一芯片U13的53脚分别与第二晶振Y2的另一端、第十二电容C30的一端连接，第十一电容C29与第十二电容C30的另一端接地；第十一芯片U13的62、63脚接地；第十芯片U10的型号为ADS1112、第十一芯片U13型号为MSP430F149；

所述的液晶显示模块包括第三可变电阻R27、第十二芯片U11；

第三可变电阻R27的一端接3.3V电源，可调端接第十二芯片U11的3脚，另一端分别与第十二芯片U11的1脚连接于地；第十二芯片U11的2、19脚接3.3V电源；第十二芯片U11的4脚与第十一芯片U13的28脚连接；第十二芯片U11的5脚与第十一芯片U13的29脚连接；第十二芯片U11的6脚与第十一芯片U13的30脚连接；第十二芯片U11的7脚与第十一芯片U13的36脚连接；第十二芯片U11的8脚与第十一芯片U13的37脚连接；第十二芯片U11的9脚与第十一芯片U13的38脚连接；第十二芯片U11的10脚与第十一芯片U13的39脚连接；第十二芯片U11的11脚与第十一芯片U13的40脚连接；第十二芯片U11的12脚与第十一芯片U13的41脚连接；第十二芯片U11的13脚与第十一芯片U13的42脚连接；第十二芯片U11的14脚与第十一芯片U13的43脚连接；第十二芯片U11的15脚与第十一芯片U13的45脚连接；第十二芯片U11的16、18脚悬空；第十二芯片U11的18脚与第十一芯片U13的46脚连接；第十二芯片U11的20脚接地；第十二芯片U11的型号是LCM128645ZK；

所述的MAX3232通信模块包括接口J2、第十三电容C35、第十四电容C32、第十五电容C33、第十六电容C34、第十三去耦电容C40、第十三芯片U12；

接口J2的1、6、7、8、4、9脚接地；接口J2的2脚与第十三芯片U12的7脚连接；接口J2的3脚与第十三芯片U12的8脚连接；接口J2的5脚接地；第十三芯片U12的1脚与第十五电容C33的一端连接，第十三芯片U12的3脚与第十五电容C33的另一端连接；第十三芯片U12的2脚与第十四电容C32的一端连接，第十四电容C32的另一端接地；第十三芯片U12的4脚与第十六电容C34的一端连接，第十三芯片U12的5脚与第十六电容C34的另一端连接；第十三芯片U12的6脚与第十三电容C35的一端连接，第十三电容C35的另一端接地；第十三芯片U12的9脚与第十一芯片U13的32脚连接；第十三芯片U12的10脚与第十一芯片U13的33脚连接；第十三芯片U12的11、12、13、14脚悬空；第十三芯片U12的15脚接地；第十三芯片U12的16脚分别与3.3V电源、第十三去耦电容C40的一端连接，第十三去耦电容C40的另一端接地；接口J2的型号为DB9接口；第十三芯片U12型号为MAX3232；

所述的键盘输入模块包括第二插槽J1、第三上拉电阻R21、第四上拉电阻R22、第五上拉电阻R23、第六上拉电阻R24、第七上拉电阻R25、第八上拉电阻R26；第二插槽J1的1脚接地；第二插槽J1的2脚分别与第三上拉电阻R21的一端、第十一芯片U13的17脚连接，第三上拉电阻R21的另一端与电源3.3V连接；第二插槽J1的3脚分别与第四上拉电阻R22的一端、第十一芯片U13的16脚连接，第四上拉电阻R22的另一端与电源3.3V连接；第二插槽J1的4脚分别与第五上拉电阻R23的一端、第十一芯片U13的15脚连接，第五上拉电阻R23的另一端与电源3.3V连接；第二插槽J1的5脚分别与第六上拉电阻R24的一端、第十一芯片U13的14脚连接，第六上拉电阻R24的另一端与电源3.3V连接；第二插槽J1的6脚分别与第七上拉电阻R25的一端、第十一芯片U13的13脚连接，第七上拉电阻R25的另一端与电源3.3V连接；第二插槽J1的7脚分别与第八上拉电阻R26的一端、第十一芯片U13的12脚连接，第八上拉电阻R26的另一端与电源3.3V连接。

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