CN205067611U - 一种手持式作物叶片电容电阻测量仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种手持式作物叶片电容电阻测量仪，其特征是：由测量传感器模块和测量控制处理模块组成，测量传感器模块包括两个测量电极、一个压力传感器、一个温湿度传感器和传感器夹具，测量控制处理模块包括叶片电容/电阻一体化测量电路、压力预处理电路、微处理器电路、按键电路、显示电路和电源电路。本实用新型能方便快捷地测量叶片的多种电参数，并简化测量器具，从而为后续多参数研究和应用提供可靠依据。
Description
技术领域
本实用新型涉及作物叶片的电特性参数测量及应用领域，具体地说是一种手持式作物叶片电容电阻测量仪。
背景技术
研究表明，作物的电生理或电特性参数与其生长、发育以及环境适应性密切相关，茎、叶等部位的阻抗、电容、电导率、电位、电流等多种电特性参数对于作物生长状况检测或诊断具有重要的研究和应用价值。
目前，有一些关于作物叶片电特性参数的测量、应用的研究，其中有代表性的专利或论文包括：冯晓旺论文“毛白杨叶片含水量无损检测系统研究”，设计了以SPCE061A单片机为核心构成的叶片含水量的无损检测系统，利用自制的平行板电容传感器采集叶片电容值，由电容频率转换电路将电容值转换成频率值，最终利用频率与含水量之间的拟合关系模型进行计算和显示；郭文川论文“基于电容特性的植物叶片含水率无损检测仪”，以玉米为研究对象，利用圆形平行板电容传感器检测叶片电容，利用FSR402型压力传感器测量平行极板对叶片的压力，以MSP430型单片机为微控制器，设计了一种基于叶片电容检测其含水率的仪器；李民赞的发明专利“一种植物叶片活体电导率检测装置及方法”，采用四个探针插入叶片，其中两个探针输出恒定的交流电流作用于叶片体，通过测量另两个探针间的电压获得植物叶片的电导率，并进行显示和存储；MinzanLi论文“Real-timeevaluationofcornleafwatercontentbasedontheelectricalpropertyofleaf”，以玉米为研究对象，通过插入叶片中的四个针状电极来检测电特性，其中两个电流电极输出恒定的交流电流作用于叶片体，另两个电压电极测量叶片体之间的电压，用电压值来反映作物电特性，并估算叶片含水量。
总的来说，这些工作都很出色，但也存在以下主要局限：(1)测量及后续应用的作物叶片电特性参数均为一种；(2)没有考虑实际环境温度和湿度对电特性参数测量的影响。(3)测量电极及夹具制作较为繁琐。
发明内容
本实用新型为克服现有技术存在的不足之处，提出一种手持式作物叶片电容电阻测量仪，以期能方便快捷准确地测量活体叶片的多种电参数，并简化测量器具，从而为后续多参数研究和应用提供可靠依据。
本实用新型为解决技术问题采用如下技术方案：
本实用新型一种手持式作物叶片电容电阻测量仪的特点是：由测量传感器模块和测量控制处理模块组成，所述测量传感器模块包括一个温湿度传感器和电容电阻检测单元；所述电容电阻检测单元是在一个传感器夹具的内侧面上分别设置有第一测量电极、第二测量电极和一个压力传感器；并使得待测叶片的一面能接触第一测量电极和压力传感器，另一面能接触第二测量电极；
所述测量控制处理模块包括叶片电容/电阻一体化测量电路、压力预处理电路、微处理器电路、按键电路、显示电路和电源电路；
所述叶片电容/电阻一体化测量电路通过所述第一测量电极和第二测量电极获取待测叶片的等效频率信号，并传给所述微处理器电路进行处理，从而获得待测叶片的电容电阻，并通过所述显示电路进行显示；
所述压力预处理电路通过所述压力传感器获取待测叶片在传感器夹具中受压转换的电压信号并传给所述微处理器电路进行处理，从而获得待测叶片在传感器夹具中的压力，并通过所述显示电路进行显示；
所述温湿度传感器用于获取待测叶片的温湿度数字信号并传给所述微处理器电路进行处理，从而获得待测叶片的环境温湿度，并通过所述显示电路进行显示；所述环境温湿度用于对所述待测叶片的电容电阻进行补偿校正；
所述按键电路用于对所述电容电阻测量仪进行参数设置；
所述电源电路用于为所述电容电阻测量仪供电。
本实用新型所述的手持式作物叶片电容电阻测量仪的特点也在于：所述叶片电容/电阻一体化测量电路是采用NE555芯片将所述待测叶片的电容电阻转换为频率信号。
与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在：
1、本实用新型采用电容和电阻一体化测量方法，可同时测量作物活体叶片的电容和电阻，提高了测量参数的种类，有利于后续使用多种电特性参数协同进行作物生长状况检测或诊断。
2、本实用新型在测量叶片电容和叶片电阻的同时，通过环境温度和湿度对测量结果进行补偿校正，提高了叶片电容和电阻的测量精度，适用于作物含水量检测、作物环境适应性研究等领域。
3、本实用新型设计了新型的测量电极和传感器夹具，降低了制作难度，方便测量仪野外使用。
附图说明
图1为本实用新型整体组成结构示意图；
图2为本实用新型测量电极和传感器夹具示意图；
图3为本实用新型电容/电阻一体化测量电路原理图。
具体实施方式
本实施例中，如图1所示，一种手持式作物叶片电容电阻测量仪是：由测量传感器模块和测量控制处理模块组成，两个模块间用导线连接；测量传感器模块包括一个温湿度传感器和用于放置叶片的电容电阻检测单元，从而构成等效电容和等效电阻；如图2所示，电容电阻检测单元是在传感器夹具的内侧面上分别设置有第一测量电极、第二测量电极和一个压力传感器；并使得待测叶片的一面能接触第一测量电极和压力传感器，另一面能接触第二测量电极；
如图1所示，测量控制处理模块包括叶片电容/电阻一体化测量电路、压力预处理电路、微处理器电路、按键电路、显示电路和电源电路；
叶片电容/电阻一体化测量电路通过第一测量电极和第二测量电极获取待测叶片的等效频率信号，并传给微处理器电路进行处理，从而获得待测叶片的电容电阻，并通过显示电路进行显示；具体的说，如图3所示，叶片电容/电阻一体化测量电路是采用NE555芯片将待测叶片的电容电阻转换为频率信号；通过NE555芯片构成C/F、R/F转换电路，OUT端连接到微处理器的I/O口，通过定时器和中断对接收到的频率信号进行计数，实现对叶片电容和电阻的测量。当待测叶片放置于两个测量电极之间时，待测叶片的电容Cx和电阻Rx接入到测量电路中。进行叶片电容测量时，将开关SW1和开关SW2都拨到“2”端，则输出信号的频率fc与Cx相关，通过测量频率fc，计算出叶片电容值Cx。同理，进行叶片电阻测量时，将开关SW1和开关SW2都拨到“1”端，则输出信号的频率fr与Rx相关，通过测量频率fr，计算出叶片电阻值Rx。
压力预处理电路通过压力传感器将待测叶片在传感器夹具中所受压力转换成电压信号并传给微处理器电路进行处理，从而获得待测叶片在传感器夹具中的压力，并通过显示电路进行显示；压力传感器采用电阻式薄膜压力传感器FSR402，通过压力预处理电路连接到微处理器的A/D输入端，用于检测、调节施加在叶片上的压力。
温湿度传感器用于获取测量时的温湿度数字信号并传给微处理器电路进行处理，从而获得待测叶片的环境温湿度，并通过显示电路进行显示；温湿度传感器采用SHT21微型数字式温湿度传感器，连接到微处理器的I/O口，用于测量环境温度和湿度，以便通过环境温湿度对待测叶片的电容电阻测量值进行补偿校正；
微处理器电路由STC125A60S2单片机及晶振、复位电路组成，负责测量控制和计算；
按键电路由三个按键组成，用于对电容电阻测量仪进行参数设置；
显示电路由LCD12864组成，用于显示压力、温湿度、叶片电容和叶片电阻；
电源电路由4节干电池和7805稳压芯片组成，用于为电容电阻测量仪供电。
具体实施中，如图2所示，在两块10cm*7cm的环氧树脂基覆铜板(PCB)上对称蚀刻两个直径2cm的圆形覆铜层，作为测量电极A和测量电极B，同时这两块PCB兼做上下传感器夹具，左边用铰链固定，右边用螺丝连接。薄膜压力传感器黏贴在下夹具测量电极B旁边。温湿度传感器放置于上夹具外表面。测量时，将活体叶片平放于两个测量电极之间，闭合上下夹具，根据压力传感器的输出调节螺丝，获得合适的压力。
Claims (2)
1.一种手持式作物叶片电容电阻测量仪，其特征是：由测量传感器模块和测量控制处理模块组成，所述测量传感器模块包括一个温湿度传感器和电容电阻检测单元；所述电容电阻检测单元是在一个传感器夹具的内侧面上分别设置有第一测量电极、第二测量电极和一个压力传感器；并使得待测叶片的一面能接触第一测量电极和压力传感器，另一面能接触第二测量电极；
所述测量控制处理模块包括叶片电容/电阻一体化测量电路、压力预处理电路、微处理器电路、按键电路、显示电路和电源电路；
所述叶片电容/电阻一体化测量电路通过所述第一测量电极和第二测量电极获取待测叶片的等效频率信号，并传给所述微处理器电路进行处理，从而获得待测叶片的电容电阻，并通过所述显示电路进行显示；
所述压力预处理电路通过所述压力传感器获取待测叶片在传感器夹具中受压转换的电压信号并传给所述微处理器电路进行处理，从而获得待测叶片在传感器夹具中的压力，并通过所述显示电路进行显示；
所述温湿度传感器用于获取待测叶片的温湿度数字信号并传给所述微处理器电路进行处理，从而获得待测叶片的环境温湿度，并通过所述显示电路进行显示；所述环境温湿度用于对所述待测叶片的电容电阻进行补偿校正；
所述按键电路用于对所述电容电阻测量仪进行参数设置；
所述电源电路用于为所述电容电阻测量仪供电。
2.根据权利要求1所述的手持式作物叶片电容电阻测量仪，其特征是，所述叶片电容/电阻一体化测量电路是采用NE555芯片将所述待测叶片的电容电阻转换为频率信号。
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