一种植物叶片含水率检测系统技术方案

本发明专利技术提供了一种植物叶片含水率检测系统，包括：检测装置，用于采集植物叶片含水率的参数，并发送所述参数至处理装置使处理装置根据所述参数计算植物叶片含水率；处理装置，用于接收检测装置发送的参数，根据所述参数计算植物叶片含水率。本发明专利技术实现了应用于大田、温室作物的含水率的快速、实时、无损检测，具有体积小、重量轻、低功耗和操作简单的优点。

A moisture content detection system for plant leaves

The invention provides a plant leaf water content detection system, including a detection device for collecting plant leaf water content parameters, and transmitting the parameters to the processing device so that the processing device calculates the plant leaf water content according to the parameters; a processing device for receiving the parameters transmitted by the detection device according to the said parameters. Parameters were used to calculate water content of plant leaves. The invention has the advantages of small volume, light weight, low power consumption and simple operation, and achieves rapid, real-time and non-destructive detection of water content of crops in field and greenhouse.

【技术实现步骤摘要】
一种植物叶片含水率检测系统
本专利技术涉及植物参数检测
，具体涉及一种植物叶片含水率检测系统。
技术介绍
水是植物生长过程中必不可少的组成成分，缺水将影响植物的生长、产量和品质。水分在近红外光谱区域存在敏感波段，利用敏感波段可以检测植物叶片的水分含量。研究发现水分敏感中心波段主要位于760nm、970nm、1145nm、1450nm和1940nm，因此这些波段被广泛用于植物叶片水分含量检测研究。目前以近红外光谱为原理的检测法主要分为透射法、反射法和吸收法；透射法即利用主动光源照射植物叶片，近红外光谱经过漫反射、透射和折射最终穿过植物叶片，从而携带有植物的组织结构信息，因此可以通过检测透射光谱反演植物生物量含量；反射法即以太阳光为光源，通过检测植物叶片反射光谱反演植物生物量含量；吸收法则是用原始光强减去透射光和反射光来得到吸收光谱，利用吸收光谱反演植物生物量含量。现有的近红外光谱仪(波长范围：900nm-1700nm)可以根据需要搭建测量平台，用于透射、反射光谱测量，该仪器光谱分辨率8nm-10nm，信噪比5000:1(测量时间1s)，在测量精度和光谱分辨率上都很高，但仪器平台搭建复杂，需要配备电脑，且该仪器使用数字微镜器件(DMD)和单点(非阵列)InGsAs探测器技术，使得价格方面比较昂贵，不适于农业生产的应用。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种植物叶片含水率检测系统，实现了用于大田、温室作物含水率的快速、准确、无损地在线检测。为实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一方面，本专利技术提供了一种植物叶片含水率检测装置，所述检测装置用于采集植物叶片含水率的参数，并发送所述参数至处理装置使处理装置根据所述参数计算植物叶片含水率，包括：信号采集模块，用于采集含有植物叶片含水率信息的电流信号；信号处理模块，用于对所述电流信号进行处理获取电压信号；温湿度传感器模块，用于获取含有植物叶片的温湿信号；信号发送模块，用于将所述电压信号和所述温湿度信号发送至处理装置，以使处理装置根据电压信号和温湿度信号计算植物叶片含水率；电源模块，用于对所述信号采集模块、所述信号处理模块和所述信号发送模块供电。进一步的，所述信号采集模块包括：第一部件、第二部件、温湿度传感器以及依次设置在轴线上的近红外光源、第一凸透镜、第二凸透镜和光电传感器；所述第一凸透镜与所述第二凸透镜平行设置，且第一凸透镜与第二凸透镜之间设置待测叶片样本；所述第一部件上设有第一凹陷和温湿度传感器，所述第一凹陷内部设有所述近红外光源和所述第一凸透镜，所述温湿度传感器与第一凹陷内所述第一凸透镜齐平；所述第二部件上设有第二凹陷，所述第二凹陷内部设有所述第二凸透镜和光电传感器；所述第一凹陷与所述第二凹陷相对设置，以使近红外光源、第一凸透镜、第二凸透镜和光电传感器的中心在同一轴线上；所述第一凹陷与所述第二凹陷相对设置，相对的两个侧面上分别设有隔绝光线的垫圈。进一步的，所述第一凸透镜到近红外光源的距离为1倍的所述第一凸透镜焦距，所述第一凸透镜到植物叶片的距离为5mm；所述第二凸透镜到光电传感器的距离为1倍的所述第二凸透镜的焦距，所述第二凸透镜到达植物叶片的距离为1倍的所述第二凸透镜的焦距；其中，所述第一凸透镜和所述第二凸透镜规格相同。进一步的，所述检测装置采集的电流信号包括：所述检测装置在所述第一凹陷与所述第二凹陷相对设置且处于密封不透光的闭合状态下：获取检测装置上的近红外光源不发光时的检测装置上的光电传感器采集的暗电流值Ib；获取检测装置上的近红外光源发光时的检测装置上的光电传感器采集的亮电流值Ia；获取检测装置上的近红外光源发光时且第一部件与第二部件之间设有叶片状态下的检测装置上的光电传感器采集的电流值It。进一步的，所述信号处理模块包括：I/U转换电路单元，用于将信号采集模块采集的电流信号转换为电压信号；运算放大电路单元，用于将I/U转换电路单元输出的电压信号进行放大和滤波。进一步的，所述信号发送模块采用ZigBee网络通信方式将所述电压信号和所述温湿度信号发送至处理装置。另一方面，本专利技术提供了一种植物叶片含水率处理装置，所述处理装置用于接收检测装置发送的参数，根据所述参数计算植物叶片含水率，包括：信号接收模块，用于接收检测装置发送的计算植物叶片含水率的参数；PDA模块，用于根据所述参数计算植物叶片含水率，并对计算的植物叶片含水率数据进行存储和可视化的转换。进一步的，所述信号接收模块与PDA模块之间采用通用异步收发传输的方式进行数据通信。进一步的，所述PDA模块中设有预先嵌入的多元线性回归模型，在所述多元线性回归模型中输入所述信号接收模块接收的参数获取植物叶片含水量。进一步的，所述多元线性回归模型为：FW＝K1·T890+K2·T980+K3·Δt+K4·Δm+K5·WMNDVI；其中，T890和T980分别表示水分敏感波段为890nm和为980nm的植物叶片透射率，采用公式计算植物叶片透射率；其中It为光电传感器采集的电流值，Ia为光电传感器采集的亮电流值，Ib为光电传感器采集的暗电流值；Δt是植物叶片温度与空气温度的差值，Δm是植物叶片湿度与空气湿度的差值；WMNDVI是水分调整型归一化植被指数，其中，p为水分调整型归一化植被指数的调整系数，p＝±0.5；k为检测装置的光学特性参数；K1、K2、K3、K4和K5分别是透射率T890、透射率T980、差值Δt、差值Δm和水分调整型归一化植被指数WMNDVI对应的系数。由上述技术方案可知，本专利技术所述的一种植物叶片含水率检测系统，实现了应用于大田、温室作物的含水率的快速、实时、无损检测，具有体积小、重量轻、低功耗和操作简单的优点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术的一种植物叶片含水率检测装置的结构示意图；图2是本专利技术的一种植物叶片含水率检测装置中的信号采集单元的光路结构示意图；图3是本专利技术的一种植物叶片含水率检测方法中采集装置第一部件内部俯视图；图4是本专利技术的一种植物叶片含水率检测装置中的夹子状态的示意图；图5是本专利技术的一种植物叶片含水率检测装置中的夹子的结构示意图；图6是本专利技术的一种植物叶片含水率检测装置中I/U转换电路单元的电路图；图7是本专利技术的一种植物叶片含水率检测装置中运算放大电路单元的电路图；图8是本专利技术的一种植物叶片含水率检测装置中信号采集模块的供电电路图；图9是本专利技术的一种植物叶片含水率检测装置中信号处理模块的供电电路图；图10是本专利技术的一种植物叶片含水率检测装置中信号发送模块的供电电路图；图11是本专利技术的一种植物叶片含水率检测装置中射频发射电路单元的电路图；图12是本专利技术的一种植物叶片含水率检测装置中接口转换电路图；图13是本专利技术的一种植物叶片含水率信号接收装置的结构示意图；图14是本专利技术的一种植物叶片含水率信号接收系统的结构示意图；图15是本专利技术的一种植物叶片含水率检测系统的电路结构图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种植物叶片含水率检测装置，其特征在于，所述检测装置用于采集植物叶片含水率的参数，并发送所述参数至处理装置使处理装置根据所述参数计算植物叶片含水率，包括：信号采集模块，用于采集含有植物叶片含水率信息的电流信号；信号处理模块，用于对所述电流信号进行处理获取电压信号；温湿度传感器模块，用于获取含有植物叶片的温湿度信号；信号发送模块，用于将所述电压信号和所述温湿度信号发送至处理装置，以使处理装置根据电压信号和温湿度信号计算植物叶片含水率；电源模块，用于对所述信号采集模块、所述信号处理模块和所述信号发送模块供电。

【技术特征摘要】
1.一种植物叶片含水率检测装置，其特征在于，所述检测装置用于采集植物叶片含水率的参数，并发送所述参数至处理装置使处理装置根据所述参数计算植物叶片含水率，包括：信号采集模块，用于采集含有植物叶片含水率信息的电流信号；信号处理模块，用于对所述电流信号进行处理获取电压信号；温湿度传感器模块，用于获取含有植物叶片的温湿度信号；信号发送模块，用于将所述电压信号和所述温湿度信号发送至处理装置，以使处理装置根据电压信号和温湿度信号计算植物叶片含水率；电源模块，用于对所述信号采集模块、所述信号处理模块和所述信号发送模块供电。2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述信号采集模块包括：第一部件、第二部件、温湿度传感器以及依次设置在轴线上的近红外光源、第一凸透镜、第二凸透镜和光电传感器；所述第一凸透镜与所述第二凸透镜平行设置，且第一凸透镜与第二凸透镜之间设置待测叶片样本；所述第一部件上设有第一凹陷和温湿度传感器，所述第一凹陷内部设有所述近红外光源和所述第一凸透镜，所述温湿度传感器与第一凹陷内所述第一凸透镜齐平；所述第二部件上设有第二凹陷，所述第二凹陷内部设有所述第二凸透镜和光电传感器；所述第一凹陷与所述第二凹陷相对设置，以使近红外光源、第一凸透镜、第二凸透镜和光电传感器的中心在同一轴线上；所述第一凹陷与所述第二凹陷相对设置，相对的两个侧面上分别设有隔绝光线的垫圈。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一凸透镜到近红外光源的距离为1倍的所述第一凸透镜焦距，所述第一凸透镜到植物叶片的距离为5mm；所述第二凸透镜到光电传感器的距离为1倍的所述第二凸透镜的焦距，所述第二凸透镜到达植物叶片的距离为1倍的所述第二凸透镜的焦距；其中，所述第一凸透镜和所述第二凸透镜规格相同。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述检测装置采集的电流信号包括：所述检测装置在所述第一凹陷与所述第二凹陷相对设置且处于密封不透光的闭合状态下：获取检测装置上的近红外光源不发光时的检测装置上的光电传感器采集的暗电流值Ib；获取检测装置上的近红外光源发光时的检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙红，陈香，毛博慧，刘豪杰，张俊逸，张漫，郑立华，杨玮，李民赞，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11