葉綠素含量測試儀實(shí)施方案及硬件選擇

2.2 性能要求

光電傳感器對葉片葉綠素含量采集需要較高的ADC精度，對噪聲干擾的消除能力強；考慮到環(huán)境的影響，因此需要溫度傳感器來(lái)測知環(huán)境溫度和實(shí)時(shí)時(shí)鐘提供時(shí)間信息供檢測者實(shí)驗參考；由于外部使用環(huán)境，需要設計的便攜性，利于農林工作者隨時(shí)隨地采樣數據；在滿(mǎn)足要求條件下，控制成本為大面積推廣提供條件。

三、方案設計

3.1 系統功能實(shí)現原理

本設計采用波長(cháng)為紅光區域（峰值波長(cháng)650nm）和紅外線(xiàn)區域（峰值波長(cháng)940nm）的已知光源照射葉片，葉綠素對紅光區域光強吸收較高且不受胡蘿卜素影響， 對紅外線(xiàn)區域光強的吸收極低。利用TI公司的OPT101單片光電二極管采樣透射光數據，通過(guò)單片機對采樣數據進(jìn)行A / D處理，分析兩種波長(cháng)光的透射值，通過(guò)相應計算方式，即可得出葉片葉綠素含量相對值的測量結果。此設計采用先進(jìn)的光電傳感器，結合了生物、化學(xué)等知識，涉及多科學(xué)領(lǐng)域，涵蓋知識面廣。系統硬件結構框圖如圖2所示。

圖2 系統硬件結構框圖

3.2 硬件平臺選用及資源配置

本設計以AVR單片機系列中的ATmega16L作為測量?jì)x的控制核心，結合OPT101單片光電二極管芯片實(shí)現葉綠素含量參數測定的基本功能。本測量?jì)x還將使用溫度芯片DS18B20、時(shí)鐘芯片DS1302測量溫度及時(shí)間，以供測量者參考使用,并在LCD和鍵盤(pán)的輔助下，使設計易于操控更具人性化。本次設計的檢測儀還采用了微型熱敏打印機,可以即時(shí)打印數據,使設計更具實(shí)用性。利用ATmega16的豐富的外設，使用片內E²PROM存儲即時(shí)數據，防止意外掉電的數據丟失。以較低的價(jià)格方便地實(shí)現葉綠素含量的測量記錄。

3.3系統軟件架構

設計檢測儀包括單片機最小系統、液晶顯示屏、按鍵、打印機等。本設計采用40只引腳DIP封裝的ATmega16L作為主控芯片，搭建簡(jiǎn)單的最小系統：包括電源整流電路、溫度測量電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、可擴展的RS232/RS485通信電路、液晶顯示屏接口電路、光電傳感器接口電路、外部高精度近14位AD轉換器電路、工作狀態(tài)指示電路、蜂鳴警報電路。

液晶顯示屏為金鵬電子C系列中文顯示模塊，藍底白字顯示，單片機使用液晶顯示屏通信子程序與液晶顯示屏串行通信，通信速率可靈活設置，通信速率以液晶顯示屏能清晰顯示且沒(méi)有亂碼為準，液晶顯示屏可以實(shí)時(shí)顯示操控方法和測量結果，給出操作提示，方便找到穩定的測量值進(jìn)行記錄或儲存，以及儀器操作。

按鍵為獨立輕觸按鍵，通過(guò)單片機內部的按鍵掃描子程序判斷按鍵是否被按下或彈起，以控制測量進(jìn)行、數據存儲、數據瀏覽等操作。通過(guò)對流程的精確控制，在不增加操作復雜度的基礎上，設計出了最少按鍵的解決方案。

檢測儀包含多種功能，需要將這些功能全部融合，互不沖突，既要考慮率整體的性能，又要多方面考慮各模塊工作情況，需要多次調整和調試，經(jīng)過(guò)上百次的軟件和硬件調試，是最終的作品到達最佳狀態(tài)，完成設計。