專利名稱：植物葉片參數(shù)測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量?jī)x，尤其是涉及一種植物葉片參數(shù)測(cè)量?jī)x。
技術(shù)背景傳統(tǒng)節(jié)水灌溉系統(tǒng)所依據(jù)的土壤水分僅是SPAC (土壤一植物一大氣連續(xù) 體，Soil—Plant—Atmosphere Continuum,簡(jiǎn)稱SPAC)中的一個(gè)因素，而植物吸 水和失水的過程是植物本身的各個(gè)器官和它所在環(huán)境相互影響的結(jié)果，并受 SPAC中各環(huán)節(jié)的綜合作用。因此，如能通過植物本身器官的微量變化，獲得需 水信息去控制灌溉系統(tǒng)則可實(shí)現(xiàn)真正意義上的閉環(huán)控制系統(tǒng)，提高控制精度， 達(dá)到真正節(jié)水的目的。顯然，同土壤水分以及空氣溫度、濕度等一些非植物本 身的參數(shù)變化相比，植物器官如葉、莖、果實(shí)等的形態(tài)或生理變化，包括植物 葉片的厚度變化、植物莖稈或果實(shí)的直徑變化等，則可以更好地反映植物體內(nèi) 的水分狀況。這樣，診斷植物水分的測(cè)量，可轉(zhuǎn)化為微位移傳感器的測(cè)量精度 和相互對(duì)應(yīng)規(guī)律的研究。以色列希伯萊大學(xué)的科學(xué)家應(yīng)用微米級(jí)葉片厚度傳感器對(duì)西紅柿的灌溉系 統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)，雖然目前還沒有達(dá)到實(shí)用化的程度，但是這項(xiàng)研究代表著國(guó)際 上這方面研究的最新動(dòng)態(tài)。由于現(xiàn)在還沒有專門用于測(cè)量植物葉片參數(shù)的儀器， 研究了本發(fā)明所提到的植物葉片參數(shù)測(cè)量?jī)x，用于對(duì)植物葉片厚度及環(huán)境溫濕 度進(jìn)行精密測(cè)量，對(duì)于分析葉片厚度變化規(guī)律及與溫濕度之間的關(guān)系具有重要 意義。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種植物葉片參數(shù)的測(cè)量?jī)x器，選用測(cè)量力小的高精 度微位移測(cè)量傳感器對(duì)植物葉片厚度進(jìn)行采集，使用單片式集成電路實(shí)現(xiàn)傳感 器輸出信號(hào)的轉(zhuǎn)換，采用單片機(jī)測(cè)控電路實(shí)現(xiàn)植物葉片厚度及周圍環(huán)境溫濕度 的處理、存儲(chǔ)、顯示等功能。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是單片機(jī)分別與A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)芯片、時(shí)鐘芯片、顯示器、串行接口電路 和鍵盤電路連接；電感式位移傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的一端與A/D轉(zhuǎn)換器連接， 另一端與電感式位移傳感器信號(hào)輸出端連接；溫濕度傳感器與單片機(jī)相連；PC 上位機(jī)采用VB語言編寫，使用串行口與下位機(jī)通信。
電感式位移傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電路使用單片式集成芯片AD598; AD598激磁 輸出EXC1 2腳經(jīng)第一電容與電感式傳感器半橋線圈的一端相連，同時(shí)接到由電 位器、兩個(gè)串聯(lián)電阻并聯(lián)組成橋路上；電感式傳感器半橋線圈的另一端接到 AD598的11腳，同時(shí)接到橋路電位器的滑動(dòng)端；AD598的10腳接到橋路中兩 個(gè)串聯(lián)電阻的中間位置；AD598的4、 5腳接電位器；6、 7腳之間接第二電容， 8、 9腳之間接第三電容，12、 13腳之間接第四電容，14、 15腳之間接第五電容， 17腳接地；輸出16腳與反饋端15腳之間接電位器，用于調(diào)整輸出信號(hào)的幅值 范圍；電源腳l、 20分別接-15V， +15￥直流電，且電源與地之間接去耦電容。
電感式位移傳感器固定在夾具上面，夾具下端裝有可動(dòng)定位桿，可動(dòng)定位 桿前端的測(cè)量頭與伸出夾具外的傳感器測(cè)量頭相對(duì)布置，用于固定葉片；夾具 由安裝在底座上面的軟管固定。
本發(fā)明具有的有益效果是可同時(shí)使用多個(gè)傳感器，對(duì)葉片的不同位置進(jìn) 行測(cè)量；分辨力為lPm，能分辨出葉片厚度的變化。


圖l是機(jī)械定位部分示意圖2是植物葉片參數(shù)測(cè)量?jī)x器原理框圖。
圖3是單片式集成芯片AD598接線圖；最左端四個(gè)腳的接口用于外接電感式位移傳感器。
圖中1、夾具；2、電感式位移傳感器；3、測(cè)頭；4、可動(dòng)定位桿；5、螺 栓；6、內(nèi)六角緊固螺母；7、連接螺紋；8、軟管；9、底座。
具體實(shí)施例方式
如圖2所示，本發(fā)明的單片機(jī)分別與A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)芯片、時(shí)鐘芯片、 顯示器、串行接口電路和鍵盤電路連接；電感式位移傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的一 端與A/D轉(zhuǎn)換器連接，另一端與電感式位移傳感器信號(hào)輸出端連接；溫濕度傳 感器與單片機(jī)相連；PC上位機(jī)采用VB語言編寫，使用串行口與下位機(jī)通信。
如圖3所示，所述的電感式位移傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電路使用單片式集成芯片 AD598; AD598激磁輸出EXC1 2腳經(jīng)luF第一電容與電感式傳感器半橋線圈 的一端相連，同時(shí)接到由電位器、兩個(gè)串聯(lián)電阻并聯(lián)組成橋路上；電感式傳感 器半橋線圈的另一端接到AD598的11腳，同時(shí)接到橋路電位器的滑動(dòng)端，用于 輸出調(diào)零；AD598的IO腳接到橋路中兩個(gè)串聯(lián)電阻的中間位置；AD598的4、 5腳接電位器，可用于調(diào)節(jié)輸出激磁的幅度；6、 7腳之間接0.01uF第二電容，8、 9腳之間接第三0.1uF電容，12、 13腳之間接0.12uF第四電容，14、 15腳之間
接0.33uF第五電容，17腳接地；輸出16腳與反饋端15腳之間接電位器，用于 調(diào)整輸出信號(hào)的幅值范圍；電源腳l、 20分別接-15V， +15￥直流電，且電源與 地之間接O.luF去耦電容。如圖1所示，所述的電感式位移傳感器2固定在夾具1上面，夾具1下端 裝有可動(dòng)定位桿4，可動(dòng)定位桿4前端的測(cè)量頭與伸出夾具1外的傳感器測(cè)量頭 3相對(duì)布置，用于固定葉片；夾具l由安裝在底座9上面的軟管8固定，該裝置 用于實(shí)現(xiàn)對(duì)葉片厚度信號(hào)的采集。為了完成對(duì)植物葉片厚度及周圍環(huán)境溫濕度的測(cè)量，選用測(cè)量力小的高精 度微位移測(cè)量傳感器-電感式位移傳感器，對(duì)植物葉片厚度進(jìn)行采集，測(cè)量分辨 率達(dá)到微米級(jí)。固定傳感器機(jī)械部分入圖1所示，軟管8安裝在底座9上，夾 具1固定在軟管8上，另一端是可動(dòng)定位桿4，軟管8與傳感器2、夾具l與可 動(dòng)定位桿4之間均采用螺紋聯(lián)接7、 5。使用軟管8固定傳感器夾具1是為了實(shí) 現(xiàn)測(cè)量不同高度的植物葉片時(shí)，能方便的調(diào)整傳感器2的高度及與葉片之間的 相對(duì)位置?？蓜?dòng)定位桿4在夾具一端，使用一半光桿、 一半螺紋的螺栓5固定， 當(dāng)放置并固定好電感位移傳感器2以后，測(cè)頭3與可動(dòng)定位桿4同側(cè)，通過調(diào) 整螺栓5改變可動(dòng)定位桿4，可以使測(cè)頭3與葉片之間接觸良好。內(nèi)六角緊固螺 母6起固定電感位移傳感器2的作用。測(cè)量時(shí)葉片放置在測(cè)頭3與可動(dòng)定位桿4 之間，并調(diào)整螺栓5，使測(cè)頭3、葉片、可動(dòng)定位桿4三者接觸緊密而又不至于 使葉片處于受迫狀態(tài)。為減小轉(zhuǎn)換電路的尺寸體積和功耗，采用單片式集成電路作為電感式位移 傳感器輸出信號(hào)的轉(zhuǎn)換電路，可完成傳統(tǒng)調(diào)幅式轉(zhuǎn)換電路的調(diào)制、相敏檢波、 功放、濾波等功能，并簡(jiǎn)化了電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試。該轉(zhuǎn)換電路如圖3所示，選 用單片式集成芯片AD598，電感式位移傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電路使用單片式集成芯 片AD598，激磁輸出EXC1 2腳經(jīng)luF第一電容與電感式傳感器半橋線圈的一 端相連，同時(shí)接到由電位器、兩個(gè)串聯(lián)電阻并聯(lián)組成橋路上。電感式傳感器半 橋線圈的另一端接到AD598的11腳，同時(shí)接到橋路電位器的滑動(dòng)端，用于輸出 調(diào)零。AD598的IO腳接到橋路中兩個(gè)串聯(lián)電阻的中間位置，AD598的4、 5腳 接電位器，可用于調(diào)節(jié)輸出激磁的幅度。6、 7腳之間接0.01uF第三電容，8、 9 腳之間接0.1uF第二電容，12、 13腳之間接0.12uF第四電容，14、 15腳之間接 0.33uF第五電容，17腳接地。輸出16腳與反饋端15腳之間接電位器，用于調(diào) 整輸出信號(hào)的幅值范圍，電源腳l、 20分別接-15V，十15V直流電，且電源與地 之間接0.1uF去耦電容。多個(gè)傳感器測(cè)頭同時(shí)工作時(shí)，使用繼電器串聯(lián)組合或者
奪路模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)通道選擇共用一個(gè)AD598電感式位移傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電路， 或者使用多通道的AD轉(zhuǎn)換器。溫濕度傳感器使用I2C總線數(shù)字式溫濕度傳感器 SHT11實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度的測(cè)量。由于該芯片采用CMOSensTM技術(shù)，輸出信號(hào)直接 由數(shù)據(jù)引腳SDA送單片機(jī)處理，即可得到對(duì)應(yīng)的溫濕度值，使用時(shí)注意防水。 單片機(jī)選AT89C55，溫濕度傳感器選用I2C總線數(shù)字式SHTll， AD轉(zhuǎn)換器選用 AD574，顯示器選用SG12864液晶屏，時(shí)鐘芯片選用DS12887，存儲(chǔ)器選用非 易失性AT24C512，串行通信芯片選用MAX232。使用菜單式顯示界面，由按鍵 控制顯示界面的切換，以實(shí)現(xiàn)不同的操作， 一共設(shè)置六個(gè)按鍵，分別是確認(rèn)、 取消、向上、向下、向左和向右，按下時(shí)可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，用于顯示界面 的切換、時(shí)間、日期設(shè)置、測(cè)量定時(shí)設(shè)定等等功能。PC上位機(jī)軟件采用VB語 言編寫，使用串口線與下位機(jī)相連，通信結(jié)束后，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的査看、保存 和打印，還可以査看厚度與時(shí)間、溫度與時(shí)間、濕度與時(shí)間的曲線等。本發(fā)明使用的單片機(jī)選AT89C55，溫濕度傳感器選用I2C總線數(shù)字式 SHTll， AD轉(zhuǎn)換器選用AD574，顯示器選用SG12864液晶屏，時(shí)鐘芯片選用 DS12887,存儲(chǔ)器選用非易失性AT24C512，串行通信芯片選用MAX232。
權(quán)利要求
1、植物葉片參數(shù)測(cè)量?jī)x，其特征在于單片機(jī)分別與A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器、時(shí)鐘芯片、顯示屏、串行接口電路和鍵盤電路連接；電感式位移傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的一端與A/D轉(zhuǎn)換器連接，另一端與電感式位移傳感器信號(hào)輸出端連接；溫濕度傳感器與單片機(jī)相連；PC上位機(jī)采用VB語言編寫，使用串行口與下位機(jī)通信。
2、 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的植物葉片參數(shù)測(cè)量?jī)x，其特征在于所述的電感式位移傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電路使用單片式集成芯片AD598; AD598激磁輸出 EXC1 2腳經(jīng)第一電容與電感式傳感器半橋線圈的一端相連，同時(shí)接到由電位器、 兩個(gè)串聯(lián)電阻并聯(lián)組成橋路上；電感式傳感器半橋線圈的另一端接到AD598的 11腳，同時(shí)接到橋路電位器的滑動(dòng)端；AD598的10腳接到橋路中兩個(gè)串聯(lián)電阻 的中間位置；AD598的4、 5腳接電位器；6、 7腳之間接第二電容，8、 9腳之 間接第三電容，12、 13腳之間接第四電容，14、 15腳之間接第五電容，17腳接 地；輸出16腳與反饋端15腳之間接電位器，用于調(diào)整輸出信號(hào)的幅值范圍； 電源腳l、 20分別接-15V， +15￥直流電，且電源與地之間接去耦電容。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物葉片參數(shù)測(cè)量?jī)x，其特征在于所述的電感 式位移傳感器(2)固定在夾具(1)上面，夾具(1)下端裝有可動(dòng)定位桿(4)，可動(dòng)定位 桿(4)前端的測(cè)量頭與伸出夾具(1)外的傳感器測(cè)量頭(3)相對(duì)布置，用于固定葉 片；夾具(1)由安裝在底座(9)上面的軟管(8)固定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種植物葉片參數(shù)測(cè)量?jī)x。單片機(jī)分別與A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器、時(shí)鐘芯片、顯示屏、串行接口電路和鍵盤電路連接；電感式位移傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的一端與A/D轉(zhuǎn)換器連接，另一端與電感式位移傳感器信號(hào)輸出端連接；溫濕度傳感器與單片機(jī)相連；PC上位機(jī)采用VB語言編寫，使用串行口與下位機(jī)通信。電感式位移傳感器固定在夾具上，傳感器測(cè)頭與夾具的可動(dòng)定位桿之間放置葉片，電感式位移傳感器輸出的反映葉片厚度及變化量的交流信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換、處理后轉(zhuǎn)變成對(duì)應(yīng)的位移量大小，同時(shí)溫濕度傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫濕度的測(cè)量，測(cè)量結(jié)果最終顯示在液晶屏上?？墒褂枚鄠€(gè)傳感器，對(duì)葉片的不同位置進(jìn)行測(cè)量；分辨力為1μm，能分辨出葉片厚度的變化。
文檔編號(hào)G01B7/02GK101126624SQ20071007118
公開日2008年2月20日 申請(qǐng)日期2007年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月18日
發(fā)明者葉樹亮, 宋軍蘭, 李東升, 楊遂軍 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院