一種手持式作物葉片電容電阻測(cè)量?jī)x的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及作物葉片的電特性參數(shù)測(cè)量及應(yīng)用領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種手持式作物葉片電容電阻測(cè)量?jī)x。
【背景技術(shù)】
[0002]研究表明，作物的電生理或電特性參數(shù)與其生長(zhǎng)、發(fā)育以及環(huán)境適應(yīng)性密切相關(guān)，莖、葉等部位的阻抗、電容、電導(dǎo)率、電位、電流等多種電特性參數(shù)對(duì)于作物生長(zhǎng)狀況檢測(cè)或診斷具有重要的研究和應(yīng)用價(jià)值。
[0003]目前，有一些關(guān)于作物葉片電特性參數(shù)的測(cè)量、應(yīng)用的研究，其中有代表性的專(zhuān)利或論文包括:馮曉旺論文“毛白楊葉片含水量無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)研究”，設(shè)計(jì)了以SPCE061A單片機(jī)為核心構(gòu)成的葉片含水量的無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)，利用自制的平行板電容傳感器采集葉片電容值，由電容頻率轉(zhuǎn)換電路將電容值轉(zhuǎn)換成頻率值，最終利用頻率與含水量之間的擬合關(guān)系模型進(jìn)行計(jì)算和顯示；郭文川論文“基于電容特性的植物葉片含水率無(wú)損檢測(cè)儀”，以玉米為研究對(duì)象，利用圓形平行板電容傳感器檢測(cè)葉片電容，利用FSR402型壓力傳感器測(cè)量平行極板對(duì)葉片的壓力，以MSP430型單片機(jī)為微控制器，設(shè)計(jì)了一種基于葉片電容檢測(cè)其含水率的儀器；李民贊的發(fā)明專(zhuān)利“一種植物葉片活體電導(dǎo)率檢測(cè)裝置及方法”，采用四個(gè)探針插入葉片，其中兩個(gè)探針輸出恒定的交流電流作用于葉片體，通過(guò)測(cè)量另兩個(gè)探針間的電壓獲得植物葉片的電導(dǎo)率，并進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)；Minzan Li論文“Real-time evaluat1nof corn leaf water content based on the electrical property of leaf，，，以玉米為研究對(duì)象，通過(guò)插入葉片中的四個(gè)針狀電極來(lái)檢測(cè)電特性，其中兩個(gè)電流電極輸出恒定的交流電流作用于葉片體，另兩個(gè)電壓電極測(cè)量葉片體之間的電壓，用電壓值來(lái)反映作物電特性，并估算葉片含水量。
[0004]總的來(lái)說(shuō)，這些工作都很出色，但也存在以下主要局限:(1)測(cè)量及后續(xù)應(yīng)用的作物葉片電特性參數(shù)均為一種；(2)沒(méi)有考慮實(shí)際環(huán)境溫度和濕度對(duì)電特性參數(shù)測(cè)量的影響。(3)測(cè)量電極及夾具制作較為繁瑣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提出一種手持式作物葉片電容電阻測(cè)量?jī)x，以期能方便快捷準(zhǔn)確地測(cè)量活體葉片的多種電參數(shù)，并簡(jiǎn)化測(cè)量器具，從而為后續(xù)多參數(shù)研究和應(yīng)用提供可靠依據(jù)。
[0006]本實(shí)用新型為解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案:
[0007]本實(shí)用新型一種手持式作物葉片電容電阻測(cè)量?jī)x的特點(diǎn)是:由測(cè)量傳感器模塊和測(cè)量控制處理模塊組成，所述測(cè)量傳感器模塊包括一個(gè)溫濕度傳感器和電容電阻檢測(cè)單元；所述電容電阻檢測(cè)單元是在一個(gè)傳感器夾具的內(nèi)側(cè)面上分別設(shè)置有第一測(cè)量電極、第二測(cè)量電極和一個(gè)壓力傳感器；并使得待測(cè)葉片的一面能接觸第一測(cè)量電極和壓力傳感器，另一面能接觸第二測(cè)量電極；
[0008]所述測(cè)量控制處理模塊包括葉片電容/電阻一體化測(cè)量電路、壓力預(yù)處理電路、微處理器電路、按鍵電路、顯示電路和電源電路；
[0009]所述葉片電容/電阻一體化測(cè)量電路通過(guò)所述第一測(cè)量電極和第二測(cè)量電極獲取待測(cè)葉片的等效頻率信號(hào)，并傳給所述微處理器電路進(jìn)行處理，從而獲得待測(cè)葉片的電容電阻，并通過(guò)所述顯示電路進(jìn)行顯示；
[0010]所述壓力預(yù)處理電路通過(guò)所述壓力傳感器獲取待測(cè)葉片在傳感器夾具中受壓轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)并傳給所述微處理器電路進(jìn)行處理，從而獲得待測(cè)葉片在傳感器夾具中的壓力，并通過(guò)所述顯示電路進(jìn)行顯示；
[0011]所述溫濕度傳感器用于獲取待測(cè)葉片的溫濕度數(shù)字信號(hào)并傳給所述微處理器電路進(jìn)行處理，從而獲得待測(cè)葉片的環(huán)境溫濕度，并通過(guò)所述顯示電路進(jìn)行顯示；所述環(huán)境溫濕度用于對(duì)所述待測(cè)葉片的電容電阻進(jìn)行補(bǔ)償校正；
[0012]所述按鍵電路用于對(duì)所述電容電阻測(cè)量?jī)x進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；
[0013]所述電源電路用于為所述電容電阻測(cè)量?jī)x供電。
[0014]本實(shí)用新型所述的手持式作物葉片電容電阻測(cè)量?jī)x的特點(diǎn)也在于:所述葉片電容/電阻一體化測(cè)量電路是采用NE555芯片將所述待測(cè)葉片的電容電阻轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)。
[0015]與已有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有益效果體現(xiàn)在:
[0016]1、本實(shí)用新型采用電容和電阻一體化測(cè)量方法，可同時(shí)測(cè)量作物活體葉片的電容和電阻，提高了測(cè)量參數(shù)的種類(lèi)，有利于后續(xù)使用多種電特性參數(shù)協(xié)同進(jìn)行作物生長(zhǎng)狀況檢測(cè)或診斷。
[0017]2、本實(shí)用新型在測(cè)量葉片電容和葉片電阻的同時(shí)，通過(guò)環(huán)境溫度和濕度對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償校正，提高了葉片電容和電阻的測(cè)量精度，適用于作物含水量檢測(cè)、作物環(huán)境適應(yīng)性研究等領(lǐng)域。
[0018]3、本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了新型的測(cè)量電極和傳感器夾具，降低了制作難度，方便測(cè)量?jī)x野外使用。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型整體組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本實(shí)用新型測(cè)量電極和傳感器夾具示意圖；
[0021]圖3為本實(shí)用新型電容/電阻一體化測(cè)量電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本實(shí)施例中，如圖1所示，一種手持式作物葉片電容電阻測(cè)量?jī)x是:由測(cè)量傳感器模塊和測(cè)量控制處理模塊組成，兩個(gè)模塊間用導(dǎo)線連接；測(cè)量傳感器模塊包括一個(gè)溫濕度傳感器和用于放置葉片的電容電阻檢測(cè)單元，從而構(gòu)成等效電容和等效電阻；如圖2所示，電容電阻檢測(cè)單元是在傳感器夾具的內(nèi)側(cè)面上分別設(shè)置有第一測(cè)量電極、第二測(cè)量電極和一個(gè)壓力傳感器；并使得待測(cè)葉片的一面能接觸第一測(cè)量電極和壓力傳感器，另一面能接觸第二測(cè)量電極；
[0023]如圖1所示，測(cè)量控制處理模塊包括葉片電容/電阻一體化測(cè)量電路、壓力預(yù)處理電路、微處理器電路、按鍵電路、顯示電路和電源電路；
[0024]葉片電容/電阻一體化測(cè)量電路通過(guò)第一測(cè)量電極和第二測(cè)量電極獲取待測(cè)葉片的等效頻率信號(hào)，并傳給微處理器電路進(jìn)行處理，從而獲得待測(cè)葉片的電容電阻，并通過(guò)顯示電路進(jìn)行顯示；具體的說(shuō)，如圖3所示，葉片電容/電阻一體化測(cè)量電路是采用NE555芯片將待測(cè)葉片的電容電阻轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)；通過(guò)NE555芯片構(gòu)成C/F、R/F轉(zhuǎn)換電路，OUT端連接到微處理器的I/O 口，通過(guò)定時(shí)器和中斷對(duì)接收到的頻率信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)葉片電容和電阻的測(cè)量。當(dāng)待測(cè)葉片放置于兩個(gè)測(cè)量電極之間時(shí)，待測(cè)葉片的電容Cx和電阻Rx接入到測(cè)量電路中。進(jìn)行葉片電容測(cè)量時(shí)，將開(kāi)關(guān)SW1和開(kāi)關(guān)SW2都撥到“2”端，則輸出信號(hào)的頻率fc與Cx相關(guān)，通過(guò)測(cè)量頻率fc，計(jì)算出葉片電容值Cx。同理，進(jìn)行葉片電阻測(cè)量時(shí)，將開(kāi)關(guān)SW1和開(kāi)關(guān)SW2都撥到“ 1”端，則輸出信號(hào)的頻率fr與Rx相關(guān)，通過(guò)測(cè)量頻率fr，計(jì)算出葉片電阻值Rx。
[0025]壓力預(yù)處理電路通過(guò)壓力傳感器將待測(cè)葉片在傳感器夾具中所受壓力轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)并傳給微處理器電路進(jìn)行處理，從而獲得待測(cè)葉片在傳感器夾具中的壓力，并通過(guò)顯示電路進(jìn)行顯示；壓力傳感器采用電阻式薄膜壓力傳感器FSR402，通過(guò)壓力預(yù)處理電路連接到微處理器的A/D輸入端，用于檢測(cè)、調(diào)節(jié)施加在葉片上的壓力。
[0026]溫濕度傳感器用于獲取測(cè)量時(shí)的溫濕度數(shù)字信號(hào)并傳給微處理器電路進(jìn)行處理，從而獲得待測(cè)葉片的環(huán)境溫濕度，并通過(guò)顯示電路進(jìn)行顯示；溫濕度傳感器采用SHT21微型數(shù)字式溫濕度傳感器，連接到微處理器的I/O 口，用于測(cè)量環(huán)境溫度和濕度，以便通過(guò)環(huán)境溫濕度對(duì)待測(cè)葉片的電容電阻測(cè)量值進(jìn)行補(bǔ)償校正；
[0027]微處理器電路由STC125A60S2單片機(jī)及晶振、復(fù)位電路組成，負(fù)責(zé)測(cè)量控制和計(jì)算;
[0028]按鍵電路由三個(gè)按鍵組成，用于對(duì)電容電阻測(cè)量?jī)x進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；
[0029]顯示電路由IXD12864組成，用于顯示壓力、溫濕度、葉片電容和葉片電阻；
[0030]電源電路由4節(jié)干電池和7805穩(wěn)壓芯片組成，用于為電容電阻測(cè)量?jī)x供電。
[0031]具體實(shí)施中，如圖2所示，在兩塊10cm*7cm的環(huán)氧樹(shù)脂基覆銅板(PCB)上對(duì)稱(chēng)蝕刻兩個(gè)直徑2cm的圓形覆銅層，作為測(cè)量電極A和測(cè)量電極B，同時(shí)這兩塊PCB兼做上下傳感器夾具，左邊用鉸鏈固定，右邊用螺絲連接。薄膜壓力傳感器黏貼在下夾具測(cè)量電極B旁邊。溫濕度傳感器放置于上夾具外表面。測(cè)量時(shí)，將活體葉片平放于兩個(gè)測(cè)量電極之間，閉合上下夾具，根據(jù)壓力傳感器的輸出調(diào)節(jié)螺絲，獲得合適的壓力。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種手持式作物葉片電容電阻測(cè)量?jī)x，其特征是:由測(cè)量傳感器模塊和測(cè)量控制處理模塊組成，所述測(cè)量傳感器模塊包括一個(gè)溫濕度傳感器和電容電阻檢測(cè)單元；所述電容電阻檢測(cè)單元是在一個(gè)傳感器夾具的內(nèi)側(cè)面上分別設(shè)置有第一測(cè)量電極、第二測(cè)量電極和一個(gè)壓力傳感器；并使得待測(cè)葉片的一面能接觸第一測(cè)量電極和壓力傳感器，另一面能接觸第二測(cè)量電極； 所述測(cè)量控制處理模塊包括葉片電容/電阻一體化測(cè)量電路、壓力預(yù)處理電路、微處理器電路、按鍵電路、顯示電路和電源電路； 所述葉片電容/電阻一體化測(cè)量電路通過(guò)所述第一測(cè)量電極和第二測(cè)量電極獲取待測(cè)葉片的等效頻率信號(hào)，并傳給所述微處理器電路進(jìn)行處理，從而獲得待測(cè)葉片的電容電阻，并通過(guò)所述顯示電路進(jìn)行顯示； 所述壓力預(yù)處理電路通過(guò)所述壓力傳感器獲取待測(cè)葉片在傳感器夾具中受壓轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)并傳給所述微處理器電路進(jìn)行處理，從而獲得待測(cè)葉片在傳感器夾具中的壓力，并通過(guò)所述顯示電路進(jìn)行顯示； 所述溫濕度傳感器用于獲取待測(cè)葉片的溫濕度數(shù)字信號(hào)并傳給所述微處理器電路進(jìn)行處理，從而獲得待測(cè)葉片的環(huán)境溫濕度，并通過(guò)所述顯示電路進(jìn)行顯示；所述環(huán)境溫濕度用于對(duì)所述待測(cè)葉片的電容電阻進(jìn)行補(bǔ)償校正； 所述按鍵電路用于對(duì)所述電容電阻測(cè)量?jī)x進(jìn)行參數(shù)設(shè)置； 所述電源電路用于為所述電容電阻測(cè)量?jī)x供電。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式作物葉片電容電阻測(cè)量?jī)x，其特征是，所述葉片電容/電阻一體化測(cè)量電路是采用NE555芯片將所述待測(cè)葉片的電容電阻轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種手持式作物葉片電容電阻測(cè)量?jī)x，其特征是：由測(cè)量傳感器模塊和測(cè)量控制處理模塊組成，測(cè)量傳感器模塊包括兩個(gè)測(cè)量電極、一個(gè)壓力傳感器、一個(gè)溫濕度傳感器和傳感器夾具，測(cè)量控制處理模塊包括葉片電容/電阻一體化測(cè)量電路、壓力預(yù)處理電路、微處理器電路、按鍵電路、顯示電路和電源電路。本實(shí)用新型能方便快捷地測(cè)量葉片的多種電參數(shù)，并簡(jiǎn)化測(cè)量器具，從而為后續(xù)多參數(shù)研究和應(yīng)用提供可靠依據(jù)。
【IPC分類(lèi)】G01R27/26, G01R27/02
【公開(kāi)號(hào)】CN205067611
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520869548
【發(fā)明人】江朝暉, 陸元洲, 樓琦, 許正榮, 褚剛秀, 馬友華
【申請(qǐng)人】安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2015年11月2日