便携式植物叶片含水率测试仪的设计

    便携式植物叶片含水率测试仪对植物进行含水量的非破坏性快速测量,有利于及时了解植物的**信息,指导植物的精准灌溉,提高灌溉用水的利用率.叶片是植物进行光合作用,呼吸作用以及蒸腾作用等**过程的重要器官,对于保证植物水分代谢平衡起着重要作用.叶片含水量可以反映植物的**信息和水分状况.现阶段测定植物叶片含水量的仪器结构复杂,且价格昂贵;而用烘干法测量的结果虽然精度高,但周期较长,不能实现叶片水分含水率的快速无损测量.因此,开发一种价格低廉,能够实现无损,快速,且能准确测量植物叶片含水率的便携式设备尤为重要.本文对现阶段各种叶片水分检测方法进行了分析和比较,进而基于电容检测法,设计了以16位单片机MSP430f149为核心的便携式植物叶片含水率测试仪.
    本文主要研究内容和取得的成果如下: (1)分别以玉米叶片和大豆叶片为试验对象,研究了叶片含水率及极板对叶片的压力对电容的影响规律,分别选取了极板对叶片的*佳压力,建立了*佳压力下叶片电容与含水率之间的关系模型,并通过实验验证了模型的合理性,结果表明:对于玉米叶片,当极板对叶片的压力为4N时检测效果*佳,所建立电容与玉米叶片湿基含水率的关系模型的**系数为R2=0.9359;对于大豆叶片,*佳检测压力3N,所建立模型的决定系数为R2=0.9161. (2)设计了含水率测试仪的硬件系统.系统以16位单片机MSP430f149为微控制器,设计了电容检测与处理模块,压力检测与处理模块,输入输出模块和电源模块等,以完成植物叶片电容及极板压力的测量,并*终实现叶片含水率的显示. (3)设计了检测仪的软件系统.基于IARsystem开发平台,采用模块化的编程思想编写了测量仪软件程序,包括系统主程序,A/D转换子程序,液晶显示子程序,键盘扫描子程序和含水率计算子程序等. (4)采用Altium-Designer软件完成了检测仪硬件电路的PCB设计,并完成该检测仪的外形封装制作,*后对检测仪进行了整体调试和性能检验.结果表明,该检测仪运行状况良好,电容检测误差为±5pF,相对误差在±3%以内;压力检测的*大相对误差为2.04%. (5)分别以玉米叶片和大豆叶片为检测样品,对检测仪的含水率检测精度进行了检验.结果表明:在含水率55%~80%范围内,与烘干法相比,本文所设计的植物叶片含水率测试仪的**测量误差均在±2%以内,且响应时间小于3秒.