活体植物叶片气孔成像观测仪制造技术

本发明专利技术公开了一种活体植物叶片气孔成像观测仪。本发明专利技术中的电源模块用于给整个系统提供电能；4.3寸电容触摸屏通过排线连接至MCU最小系统模块，用于实现人机交互；时钟模块连接至MCU最小系统模块，用于为整个系统提供时间基准；电压检测模块，输入端为电源模块中的铅蓄电池，输出端连接至MCU最小系统模块的AD接口，用于检测电源模块中的铅蓄电池的剩余电量；舵机遮光模块连接至MCU最小系统模块的PWM接口，用于控制遮光板的转向。本发明专利技术实现了严格意义上的活体植物叶片气孔图像得观测，即在叶片不脱离植物本体且进行正常光合作用的同时获取叶片气孔图像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种活体植物叶片气孔成像观测仪，尤其是涉及一种在不影响植物叶片正常生理活动的同时，获取植物叶片的气孔图像的观测仪。
技术介绍
当今，全球气候变化问题日益突出。森林作为陆地生态系统的主体，具有可重复再生的特性，有碳源和碳汇的双重作用，尤其是碳汇功能，不仅能极大地缓解气候变暖趋势，而且能有效的抵消CO2排放，促进碳在地球生态体系中的平衡。通过森林碳汇抵消CO2排放已成为国际气候公约的重要内容，受到世界各国政府和科学家的广泛关注。近年来，我国空气质量退化较快，仅雾霾一项指标就呈范围扩大和持续时间延长的趋势，已成为引起民众身体健康恐慌的严重社会问题。改善空气质量成为我国各级政府的重要工作目标。植物在其生长发育过程中，其各种重要的生理生化活动都与气孔运动息息相关，所以对植物气孔的研究显得十分重要。目前现有观测叶片气孔的装置或方法，都无法在不影响植物正常生理的同时准确观测到植物叶片气孔。目前观测气孔的方法大致有四种，一种是撕取叶片表皮组织，制成标本在生物显微镜下观测，该方法以“暴力”方式中断了叶片正常生理活动，另一种是将叶片从植物体上摘下，在实验室中用显微镜扫描的方式实现气孔的观测，该方法虽然不破坏叶片组织，但也终止了叶片的正常生理活动，而且由于叶片脱离了植物体叶片上的气孔随着时间的变化趋于闭合，导致观测结果不准确；第三种方法是使用气度计定量检测气孔开合度，该方法虽不用将叶片从植物体上摘下，但是气度计的夹具影响了植物叶片正常进行光合作用，同样会导致测量结果不准确；第四种方法用电子显微镜观测，虽然该方法能够实现活体植物的气孔观测，但是却影响了植物正常的光合作用，且观测植物大小受限，观测地点受限，且不利于户外长期工作。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在不影响植物叶片正常生理活动的同时，获取植物叶片的气孔图像的装置，用于实现在植物叶片进行正常光合作用的同时，获取叶片气孔图像，便于图像处理，且观测植物大小、地点不受限制，观测时间较长。本专利技术采用的技术方案是：本测量仪包括：电源模块、MCU最小系统模块、系统内存扩展模块、SD卡存储模块、时钟模块、4.3寸电容触摸屏接口模块、电压检测模块、舵机遮光模块、摄像头接口模块等。电源模块用于给整个系统提供电能；4.3寸电容触摸屏通过排线连接至MCU最小系统模块，用于实现人机交互；时钟模块连接至MCU最小系统模块，用于为整个系统提供时间基准；电压检测模块，输入端为电源模块中的铅蓄电池，输出端连接至MCU最小系统模块的AD接口，用于检测电源模块中的铅蓄电池的剩余电量；舵机遮光模块连接至MCU最小系统模块的PWM接口，用于控制遮光板的转向；SD卡存储模块连接至MCU最小系统模块的SDIO接口，用于保存拍摄的叶片气孔图像；系统内存扩展模块连接至MCU最小系统模块的FSMC接口，用于为系统扩展内存空间；摄像头模块连接至MCU最小系统模块的IIC接口和GPIO接口。所述的电源模块提供+3.3V、+5V电压。所述的电源模块包括三个稳压芯片U1、U2、U3、一个12V接插口P2、一个铅蓄电池接插口P1、一个USB接口、一个钥匙开关接口P3、两个单刀双掷开关S1、S2、一个电源指示灯接口P4、两个TVS管D2、D4、两个防接反二极管D1、D3、三个可恢复保险丝F1、F2、F3、一个续流二极管D5、五个钽电容C1、C2、C9、C11、C12、七个瓷片电容C3、C4、C5、C8、C10、C13、C14、七个电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、一个功率电感L1、两个电解电容C6、C7。12V接插口P2一端接钥匙开关接口P3的一端，另一端接地，钥匙开关接口P3的另一端接单刀双掷开关S1的第三引脚、可恢复保险丝F2的一端，单刀双掷开关S1的第一引脚悬空不接，单刀双掷开关S1的第二引脚接可恢复保险丝F1的一端，可恢复保险丝F1的另一端接TVS管D2的阴极、防接反二极管D1的阳极，TVS管D2的阳极接地，防接反二极管D1的阴极接钽电容C2的正极、瓷片电容C4的一端、稳压芯片U1的第一引脚，钽电容C2的负极、瓷片电容C4的另一端接地，稳压芯片U1的第二引脚接电阻R1的一端并至地，电阻R1的另一端、钽电容C1的负极、瓷片电容C3的一端并至地，钽电容C1的正极接瓷片电容C3的另一端并引出一个+5V电压端子，可恢复保险丝F2的另一端接TVS管D4的阴极、防接反二极管D3的阳极，TVS管D4的阳极接地，防接反二极管D3的阴极接电解电容C6的正极、瓷片电容C5的一端、稳压芯片U2的第一引脚，电解电容C6的负极接瓷片电容C5的另一端、电阻R2的一端、稳压芯片U2的第三引脚并至地，电阻R2的另一端接稳压芯片U2的第五引脚，稳压芯片U2的第二引脚接续流二极管D5的阴极、功率电感L1的一端，续流二极管D5的阳极接电解电容C7的负极、瓷片电容C8的一端并至地，功率电感L1的另一端接电解电容C7的正极、瓷片电容C8的另一端、稳压芯片U2的第四引脚、单刀双掷开关S2的第一引脚，USB接口的第一引脚接单刀双掷开关S2的第三引脚，第二、三引脚悬空不接，第四引脚接地，单刀双掷开关S2的第二引脚接可恢复保险丝F3的一端，可恢复保险丝F1的另一端接钽电容C9的正极、瓷片电容C10的一端、稳压芯片U3的第三引脚，钽电容C9的负极接瓷片电容C10的另一端、稳压芯片U3的第一引脚、钽电容C12的负极、瓷片电容C13的一端、电阻R6、R7的一端并至地，钽电容C12的正极接瓷片电容C13的另一端、稳压芯片U3的第二引脚、电阻R3、R5的一端并引出+3.3V模拟电压端子，电阻R3、R5的另一端连接一起并接钽电容C11的正极、瓷片电容C14的一端、电阻R4的一端并引出+3.3V数字电压端子，电阻R4的另一端接电源指示灯接口P4的第一引脚，电源指示灯接口P4的第二引脚接钽电容C11的负极、瓷片电容C14的另一端、电阻R6、R7的另一端并至地。铅蓄电池接插口P1的第一引脚接铅蓄电池的正极，第二引脚接地。所述电源模块U1型号为LM7805V，U2型号为LM2596-5V，U3型号为LM1117-3.3V。所述的MCU最小系统模块包括一个直插晶振Y1、一个无源四脚晶振U4、一个硬件看门狗芯片U7、一个按键S3、一个二位拨码开关S4、一个JTAG接口、一个钽电容C36、一个MCU芯片U5、二十一个瓷片电容C59、C15、C16、C19、C20、C21、C22、C24、C25、C26、C27、C28、C29、C30、C31、C32、C33、C34、C35、C37、C38、十一个电阻R9、R10、R13、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22。直插晶振Y1的一端接瓷片电容C15的一端、MCU芯片U5的第八引脚，直插晶振Y1的另一端接瓷片电容C16的一端、MCU芯片U5的第九引脚，瓷片电容C15的另一端接瓷片电容C16的另一端并至地，无源四脚晶振U4的第四、第二引脚分别接地，无源四脚晶振U4的第一引脚接瓷片电容C19的一端、电阻R9的一端、MCU芯片U5的第二十三引脚，电阻R9的另一端接瓷片电容C20的一端、无源四脚晶振U4的第三引本文档来自技高网...

【技术保护点】
活体植物叶片气孔成像观测仪，包括电源模块、MCU最小系统模块、系统内存扩展模块、SD卡存储模块、时钟模块、4.3寸电容触摸屏接口模块、电压检测模块、舵机遮光模块、摄像头接口模块，其特征在于：电源模块用于给整个系统提供电能；4.3寸电容触摸屏通过排线连接至MCU最小系统模块，用于实现人机交互；时钟模块连接至MCU最小系统模块，用于为整个系统提供时间基准；电压检测模块，输入端为电源模块中的铅蓄电池，输出端连接至MCU最小系统模块的AD接口，用于检测电源模块中的铅蓄电池的剩余电量；舵机遮光模块连接至MCU最小系统模块的PWM接口，用于控制遮光板的转向；SD卡存储模块连接至MCU最小系统模块的SDIO接口，用于保存拍摄的叶片气孔图像；系统内存扩展模块连接至MCU最小系统模块的FSMC接口，用于为系统扩展内存空间；摄像头模块连接至MCU最小系统模块的IIC接口和GPIO接口；所述的电源模块提供+3.3V、+5V电压；所述的电源模块包括三个稳压芯片U1、U2、U3、一个12V接插口P2、一个铅蓄电池接插口P1、一个USB接口、一个钥匙开关接口P3、两个单刀双掷开关S1、S2、一个电源指示灯接口P4、两个TVS管D2、D4、两个防接反二极管D1、D3、三个可恢复保险丝F1、F2、F3、一个续流二极管D5、五个钽电容C1、C2、C9、C11、C12、七个瓷片电容C3、C4、C5、C8、C10、C13、C14、七个电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、一个功率电感L1、两个电解电容C6、C7；12V接插口P2一端接钥匙开关接口P3的一端，另一端接地，钥匙开关接口P3的另一端接单刀双掷开关S1的第三引脚、可恢复保险丝F2的一端，单刀双掷开关S1的第一引脚悬空不接，单刀双掷开关S1的第二引脚接可恢复保险丝F1的一端，可恢复保险丝F1的另一端接TVS管D2的阴极、防接反二极管D1的阳极，TVS管D2的阳极接地，防接反二极管D1的阴极接钽电容C2的正极、瓷片电容C4的一端、稳压芯片U1的第一引脚，钽电容C2的负极、瓷片电容C4的另一端接地，稳压芯片U1的第二引脚接电阻R1的一端并至地，电阻R1的另一端、钽电容C1的负极、瓷片电容C3的一端并至地，钽电容C1的正极接瓷片电容C3的另一端并引出一个+5V电压端子，可恢复保险丝F2的另一端接TVS管D4的阴极、防接反二极管D3的阳极，TVS管D4的阳极接地，防接反二极管D3的阴极接电解电容C6的正极、瓷片电容C5的一端、稳压芯片U2的第一引脚，电解电容C6的负极接瓷片电容C5的另一端、电阻R2的一端、稳压芯片U2的第三引脚并至地，电阻R2的另一端接稳压芯片U2的第五引脚，稳压芯片U2的第二引脚接续流二极管D5的阴极、功率电感L1的一端，续流二极管D5的阳极接电解电容C7的负极、瓷片电容C8的一端并至地，功率电感L1的另一端接电解电容C7的正极、瓷片电容C8的另一端、稳压芯片U2的第四引脚、单刀双掷开关S2的第一引脚，USB接口的第一引脚接单刀双掷开关S2的第三引脚，第二、三引脚悬空不接，第四引脚接地，单刀双掷开关S2的第二引脚接可恢复保险丝F3的一端，可恢复保险丝F1的另一端接钽电容C9的正极、瓷片电容C10的一端、稳压芯片U3的第三引脚，钽电容C9的负极接瓷片电容C10的另一端、稳压芯片U3的第一引脚、钽电容C12的负极、瓷片电容C13的一端、电阻R6、R7的一端并至地，钽电容C12的正极接瓷片电容C13的另一端、稳压芯片U3的第二引脚、电阻R3、R5的一端并引出+3.3V模拟电压端子，电阻R3、R5的另一端连接一起并接钽电容C11的正极、瓷片电容C14的一端、电阻R4的一端并引出+3.3V数字电压端子，电阻R4的另一端接电源指示灯接口P4的第一引脚，电源指示灯接口P4的第二引脚接钽电容C11的负极、瓷片电容C14的另一端、电阻R6、R7的另一端并至地；铅蓄电池接插口P1的第一引脚接铅蓄电池的正极，第二引脚接地；所述电源模块U1型号为LM7805V，U2型号为LM2596‑5V ，U3型号为LM1117‑3.3V；所述的MCU最小系统模块包括一个直插晶振Y1、一个无源四脚晶振U4、一个硬件看门狗芯片U7、一个按键S3、一个二位拨码开关S4、一个JTAG接口、一个钽电容C36、一个MCU芯片U5、二十一个瓷片电容C59、C15、C16、C19、C20、C21、C22、C24、C25、C26、C27、C28、C29、C30、C31、C32、C33、C34、C35、C37、C38、十一个电阻R9、R10、R13、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22；直插晶振Y1的一端接瓷片电容C15的一端、MCU芯片U5的第八引脚，直插晶振Y1的另一端接瓷片电容C16的一端、MCU芯片U5的第九...

【技术特征摘要】
1.活体植物叶片气孔成像观测仪，包括电源模块、MCU最小系统模块、系统内存扩展模块、SD卡存储模块、时钟模块、4.3寸电容触摸屏接口模块、电压检测模块、舵机遮光模块、摄像头接口模块，其特征在于：电源模块用于给整个系统提供电能；4.3寸电容触摸屏通过排线连接至MCU最小系统模块，用于实现人机交互；时钟模块连接至MCU最小系统模块，用于为整个系统提供时间基准；电压检测模块，输入端为电源模块中的铅蓄电池，输出端连接至MCU最小系统模块的AD接口，用于检测电源模块中的铅蓄电池的剩余电量；舵机遮光模块连接至MCU最小系统模块的PWM接口，用于控制遮光板的转向；SD卡存储模块连接至MCU最小系统模块的SDIO接口，用于保存拍摄的叶片气孔图像；系统内存扩展模块连接至MCU最小系统模块的FSMC接口，用于为系统扩展内存空间；摄像头模块连接至MCU最小系统模块的IIC接口和GPIO接口；
所述的电源模块提供+3.3V、+5V电压；
所述的电源模块包括三个稳压芯片U1、U2、U3、一个12V接插口P2、一个铅蓄电池接插口P1、一个USB接口、一个钥匙开关接口P3、两个单刀双掷开关S1、S2、一个电源指示灯接口P4、两个TVS管D2、D4、两个防接反二极管D1、D3、三个可恢复保险丝F1、F2、F3、一个续流二极管D5、五个钽电容C1、C2、C9、C11、C12、七个瓷片电容C3、C4、C5、C8、C10、C13、C14、七个电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、一个功率电感L1、两个电解电容C6、C7；12V接插口P2一端接钥匙开关接口P3的一端，另一端接地，钥匙开关接口P3的另一端接单刀双掷开关S1的第三引脚、可恢复保险丝F2的一端，单刀双掷开关S1的第一引脚悬空不接，单刀双掷开关S1的第二引脚接可恢复保险丝F1的一端，可恢复保险丝F1的另一端接TVS管D2的阴极、防接反二极管D1的阳极，TVS管D2的阳极接地，防接反二极管D1的阴极接钽电容C2的正极、瓷片电容C4的一端、稳压芯片U1的第一引脚，钽电容C2的负极、瓷片电容C4的另一端接地，稳压芯片U1的第二引脚接电阻R1的一端并至地，电阻R1的另一端、钽电容C1的负极、瓷片电容C3的一端并至地，钽电容C1的正极接瓷片电容C3的另一端并引出一个+5V电压端子，可恢复保险丝F2的另一端接TVS管D4的阴极、防接反二极管D3的阳极，TVS管D4的阳极接地，防接反二极管D3的阴极接电解电容C6的正极、瓷片电容C5的一端、稳压芯片U2的第一引脚，电解电容C6的负极接瓷片电容C5的另一端、电阻R2的一端、稳压芯片U2的第三引脚并至地，电阻R2的另一端接稳压芯片U2的第五引脚，稳压芯片U2的第二引脚接续流二极管D5的阴极、功率电感L1的一端，续流二极管D5的阳极接电解电容C7的负极、瓷片电容C8的一端并至地，功率电感L1的另一端接电解电容C7的正极、瓷片电容C8的另一端、稳压芯片U2的第四引脚、单刀双掷开关S2的第一引脚，USB接口的第一引脚接单刀双掷开关S2的第三引脚，第二、三引脚悬空不接，第四引脚接地，单刀双掷开关S2的第二引脚接可恢复保险丝F3的一端，可恢复保险丝F1的另一端接钽电容C9的正极、瓷片电容C10的一端、稳压芯片U3的第三引脚，钽电容C9的负极接瓷片电容C10的另一端、稳压芯片U3的第一引脚、钽电容C12的负极、瓷片电容C13的一端、电阻R6、R7的一端并至地，钽电容C12的正极接瓷片电容C13的另一端、稳压芯片U3的第二引脚、电阻R3、R5的一端并引出+3.3V模拟电压端子，电阻R3、R5的另一端连接一起并接钽电容C11的正极、瓷片电容C14的一端、电阻R4的一端并引出+3.3V数字电压端子，电阻R4的另一端接电源指示灯接口P4的第一引脚，电源指示灯接口P4的第二引脚接钽电容C11的负极、瓷片电容C14的另一端、电阻R6、R7的另一端并至地；铅蓄电池接插口P1的第一引脚接铅蓄电池的正极，第二引脚接地；所述电源模块U1型号为LM7805V，U2型号为LM2596-5V，U3型号为LM1117-3.3V；
所述的MCU最小系统模块包括一个直插晶振Y1、一个无源四脚晶振U4、一个硬件看门狗芯片U7、一个按键S3、一个二位拨码开关S4、一个JTAG接口、一个钽电容C36、一个MCU芯片U5、二十一个瓷片电容C59、C15、C16、C19、C20、C21、C22、C24、C25、C26、C27、C28、C29、C30、C31、C32、C33、C34、C35、C37、C38、十一个电阻R9、R10、R13、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22；直插晶振Y1的一端接瓷片电容C15的一端、MCU芯片U5的第八引脚，直插晶振Y1的另一端接瓷片电容C16的一端、MCU芯片U5的第九引脚，瓷片电容C15的另一端接瓷片电容C16的另一端并至地，无源四脚晶振U4的第四、第二引脚分别接地，无源四脚晶振U4的第一引脚接瓷片电容C19的一端、电阻R9的一端、MCU芯片U5的第二十三引脚，电阻R9的另一端接瓷片电容C20的一端、无源四脚晶振U4的第三引脚、MCU芯片U5的第二十四引脚，瓷片电容C19的另一端接瓷片电容C20的另一端并至地，钽电容C27的正极接3.3V模拟电压端、瓷片电容C15的一端、电阻R11、R12的一端、微处理器U3的第三十二、三十三引脚，钽电容C36的正极接+3.3V模拟电压端子、瓷片电容C37的一端、电阻R13的一端、MCU芯片U5的第三十二、三十三引脚，钽电容C36的负极接瓷片电容C37的另一端至地，电阻R13的另一端接+3.3V数字电压端子、瓷片电容C25、C26、C27、C28、C29、C30、C31、C32、C33、C34、C35的一端、MCU芯片U5的的第十七、第三十九、第五十二、第六十二、第七十二、第八十四、第九十五、第一百零八、第一百二十一、第一百三十一、第一百四十四引脚，瓷片电容C25、C26、C27、C28、C29、C30、C31、C32、C33、C34、C35的另一端至地，电阻R20的一端接MCU芯片U5的第一百三十八引脚，电阻R20的另一端接二位拨码开关S4的第一、第二引脚，二位拨码开关S4的第四引脚接瓷片电容C38的一端，瓷片电容C38的另一端接二位拨码开关S4的第三引脚并至地，电阻R21的一端接地，另一端接MCU芯片U5的第四十八引脚，JTAG接口的第一、第二引脚接+3.3V数字电压端子、瓷片电容C24的一端、瓷片电容C59的一端,、电阻R15、R16、R17、R19的一端，瓷片电容C24、C59的另一端接地，电阻R15、R16、R17、R19的另一端分别接MCU芯片U5的第一百三十四、第一百一十、第一百零五、第一百三十三引脚、JTAG接口U8的第三、第五、第七、第十三引脚，电阻R18一端接地，电阻R18的另一端接MCU芯片U5的第一百零九引脚、JTAG接口U8的第九引脚，JTAG接口U8的第十五引脚接MCU芯片U5的第二十五引脚、硬件看门狗芯片U7的第一引脚，JTAG接口U8的第四、第六、第八、第十、第十二、第十四、第十六、第十八、第二十引脚接电阻R22的一端，电阻R22的另一端接地，硬件看门狗芯片U7的第二引脚接地，第三引脚接电阻R10的一端、按键S3的一端、瓷片电容C22的一端，电阻R10的另一端接+3.3V数字电压端子，按键S3的另一端接瓷片电容C22的另一端并至地，硬件看门狗芯片U7的第四引脚接MCU芯片U5的第五引脚，硬件看门狗芯片U7的第五引脚接瓷片电容C21的一端、+3.3V数字电压端子，瓷片电容C21另一端接地；所述的MCU最小系统模块U5型号为STM32F103ZET6，U7型号为TPS3823-3.3；
所述的系统内存扩展模块包括一个1MB的静态存储芯片U6、一个电阻R8、两个瓷片电容C17、C18；静态存储芯片U6的第一、第二、第三、第四、第五、第十八、第十九、第二十、第二十一、第二十...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈爱军，冷国强，李东升，汪成立，陈颖，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33