[发明专利]基于主动光源的便携式作物生长信息监测仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于主动光源的便携式作物生长信息监测仪，特别是利用主动光源进行作物生长信息无损、快速检测的装置，属于作物生长信息智能化检测领域，专用于田间作物生长信息实时获取与精确诊断。 

背景技术

作物生长信息监测可以全面地感知农田作物生长状况，为作物生产精确管理的实施提供信息支撑，对加强我国粮食安全、提高粮食品质和产量等具有重要作用。无损、快速、便携是现代农田信息获取设备发展的必然趋势，研制作物生长信息实时无损获取设备是发展农业信息化的关键。

基于冠层反射光谱的作物生长监测技术是根据作物冠层叶片对敏感波段的吸收和散射特性来计算推导作物冠层叶片的生理、生态特性。相比其他的作物生长监测方法，如凯氏定氮法、物理测量叶面积法、化学测量叶绿素法和接触式叶温测量等，作物生长光谱监测技术具有成本低、分辨率高、实时性好、实现简单、非接触监测等优点；同时，与电子信息技术、嵌入式开发技术的有机结合，可实现作物生长信息光谱监测技术转化为现实生产力的微型化、经济化、智能化的迫切需求。

目前，国内外一些研发机构开发了用于监测作物生长状况的光谱仪器，这些仪器基本上都是基于被动光源模式，测量结果受太阳高度角的影响非常显著，精度低，可靠性差，不利于农田环境下实地测量。比如，美国Holland scientific公司生产的Crop Circle ACS-470手持式光谱仪，不受环境光源条件的限制，能用于测定常规植物营养状况以及植物冠层及土壤的基本反射率信息，可方便地对较大范围的植物或农作物的生物量及其分布情况进行，所测数据可用于分析作物的养分、水分、病害及其他生长状况，但其仪器价格昂贵，体积庞大，适用于科学研究但不适用于田间农业生产；专利200710019340.9公开了一种便携式多通道作物叶片氮素营养指标无损监测装置，虽满足对作物冠层叶片氮含量、氮积累量和叶面积指数3个指标的无损实时监测，但该装置利用太阳光做光源，使用中必须受到天气制约，工作时间短、稳定性较差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种实时性好、工作时间范围宽、价格便宜、不受天气制约且稳定性好的基于主动光源的便携式作物生长信息监测仪，能够实现农田环境下低成本、便携式测量作物的生长信息。

本发明的技术方案是：

一种基于主动光源的便携式作物生长信息监测仪，包括光源系统、光谱信号采集系统和主机系统，其中光源系统的前端连接主机系统，光源系统的后端连接光谱信号采集系统，光谱信号采集系统的后端连接主机系统，主机系统的后端连接光源系统。

所述光源系统包括光谱信号发生部件和外壳；其中所述光谱信号发送部件由六个发射光管和内部管座构成，六个发射光管分成两组，每三个发射光管一组，每组发射光管与主机系统的编码模块连接；所述内部管座用于固定六个发射光管。

所述发射光管包括保护玻璃、条形柱面镜和发光二极管队列，并依次排列；其中所述发光二极管队列由若干个中心波长为720nm和810nm发光二极管排列，呈长方形，出射光斑呈条形，光源出射角为45°；所述条形柱面镜长54mm，宽10mm，距离发光二极管队列9mm。

所述光谱信号采集系统包括光谱信号采集部件和外壳；其中所述光谱信号采集部件由若干个反射光管和管座组成，并嵌入主机系统下方，位于两组发射光管中间位置；所述反射光管等分为两组，每组反射光管与主机上的解码模块连接；所述管座用于固定反射光管。

所述反射光管包括保护玻璃、特定中心波长窄带干涉滤光片、圆形凸透镜和光电传感器，并依次排列；其中所述滤光片的中心波长为720nm和810nm；所述圆形凸透镜，直径为6mm，焦距为3mm；所述光电传感器位于圆形凸透镜焦平面。

所述主机系统由外壳、硬件系统和软件系统构成；其中，所述硬件系统由编码模块、光源驱动模块、两波长LED光源、微弱信号放大模块、解码模块、A/D转换模块、单机微处理器模块、外部存储器模块、液晶显示模块、键盘输入模块和电池供电模块组成；且所述编码模块的前端是单机微处理器模块，后端是光源驱动模块；所述解码模块的后端是A/D转换模块，A/D转换模块的后端是微处理器模块；所述外部存储器模块与单机微处理器模块相连；所述显示模块与微处理器模块相连；所述键盘输入模块与微处理器模块相连；所述电池供电模块向整个装置供电。

所述光源驱动模块后端是光谱信号发送部件中的发光二极管，所述解码模块的前端是光谱采集部件中的光电传感器。