一种基于测微仪的植物体内水分检测系统.pdf

本发明公开了一种基于测微仪的植物体内水分检测系统，包含微控制器模块以及与其连接的数据采集模块、计时模块、人机交互模块、通讯模块；所述数据采集模块包含依次连接的测微仪、模数转换单元；所述人机交互模块包含显示单元、键盘输入单元；所述微控制器模块包含数据分析单元和控制单元；所述测微仪包含依次连接的前置差分放大电路、解调电路、后级滤波电路、直流放大电路和调制波发生电路。本发明能够通过电感测微仪精确测量植物体积的微变化动态，进而根据植物体积微变化与其体内的水分的关系，精确得出植物体内水分缺失情况。

权利要求书
1.  一种基于测微仪的植物体内水分检测系统，其特征在于：包含微控制器模块以及与其连接的数据采集模块、计时模块、人机交互模块、通讯模块；所述数据采集模块包含依次连接的测微仪、模数转换单元；所述人机交互模块包含显示单元、键盘输入单元；所述微控制器模块包含数据分析单元和控制单元；所述测微仪包含依次连接的前置差分放大电路、解调电路、后级滤波电路、直流放大电路和调制波发生电路；
其中，测微仪，用于通过检测电压信号的变化量获取植物杆茎变形的位移量；
计时模块，用于统计测微仪采集植物杆茎变形的位移量的时间；
显示单元，用于显示测微仪采集植物杆茎变形的位移量及其对应的时间；
键盘输入单元，用于设定测微仪采集植物杆茎变形的位移量的时间周期；
数据分析单元，用于将测微仪获取的植物杆茎变形的位移量进行汇总分析处理，根据植物杆茎变化与其体内水分的关系，进而得出植物体内的水分缺失状况；
控制单元，用于通过通讯模块将数据分析单元的分析结果上传至监护人员。

2.  根据权利要求1所述的一种基于测微仪的植物体内水分检测系统，其特征在于：所述微控制器模块采用AVR系列单片机。

3.  根据权利要求1所述的一种基于测微仪的植物体内水分检测系统，其特征在于：所述显示单元为LCD显示屏。

4.  根据权利要求1所述的一种基于测微仪的植物体内水分检测系统，其特征在于：所述测微仪采用电感测微仪。

5.  根据权利要求1所述的一种基于测微仪的植物体内水分检测系统，其特征在于：所述计时模块采用DS12C887时钟芯片。

6.  根据权利要求1所述的一种基于测微仪的植物体内水分检测系统，其特征在于：所述通讯模块为RS232通讯。

说明书一种基于测微仪的植物体内水分检测系统
技术领域
本发明涉及一种体内水分检测系统，尤其涉及一种基于测微仪的植物体内水分检测系统，属于植物体内水分检测领域。
背景技术
从植物生理角度讲，植物器官（茎、叶、果实等）体积的微变化动态与其体内的水分状况有关，当根系吸水充足时茎杆微膨胀，水分亏缺时茎杆微收缩。国外已有用茎杆直径的变化反映植株体内的水分和缺水状况的仪表。但其成本较高，植株茎杆的直径是在微米级变化的，因而必须用精密的测量仪器才能测出其变化。
电感测微仪是一种广泛应用于精密机械制造业、晶体管和集成电路制造业以及国防、科研、计量部门的能够测量微小尺寸变化的精密测量仪器，它由主体和测头两部分组成，配上相应的测量装置（例如测量台架等），能够完成各种精密测量。因此，配以合适的台架它也可以完成对植株杆径的测量。在通过微控器对测量的数据进行处理，并记录下采集数据的时间，就可以组成一个植株杆径变化测量的实时数据采集系统。
例如申请号为“201110091244.1”的一种测微仪,包括:固定套筒,被固定在主体上；测杆,与固定套筒螺纹配合；测微套筒,能旋转地嵌合在固定套筒的外周,并且外端与测杆连结；操作套筒,被嵌合在从测微套筒的外周直到测杆的外端的部位上,相对于测微套筒能旋转；定压机构,被配置在操作套筒和测杆之间,向测杆传递操作套筒的旋转,并且对测杆施加规定以上的载荷时使操作套筒相对于测杆空转,该测微仪在测微套筒和操作套筒之间配置有滚珠轴承。
又如申请号为“200910049556.9”的一种高精度电容测微仪,包括壳体、测量杆、电容传感器、上套筒、下套筒、小套筒、固定块和水平定位块；所述壳体为圆筒状,壳体的中间设有一层板环；上套筒和下套筒分别固定于壳体的径向两端的通孔内,测量杆穿过上套筒和下套筒的内孔小套筒固定设置在测量杆位于壳体内的杆部上,小套筒与上套筒之间设置弹簧；电容传感器包括固定电容和动极板,所述固定电容固定于板环上方,所述固定电容中间设有槽,所述动极板一端通过固定块与测量杆固定连接,另一端嵌入固定电容的槽内；所述水平定位块固定于壳体内,所述动极板以水平定位块为导向相对固定电容移动。该发明具有测量时移动速度不受到限制,精度高稳定性好等优点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种基于测微仪的植物体内水分检测系统，其结构简单、成本较低且测量精度高，能够通过电感测微仪精确计算出植物体内的水分含量。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种基于测微仪的植物体内水分检测系统，包含微控制器模块以及与其连接的数据采集模块、计时模块、人机交互模块、通讯模块；所述数据采集模块包含依次连接的测微仪、模数转换单元；所述人机交互模块包含显示单元、键盘输入单元；所述微控制器模块包含数据分析单元和控制单元；所述测微仪包含依次连接的前置差分放大电路、解调电路、后级滤波电路、直流放大电路和调制波发生电路；
其中，测微仪，用于通过检测电压信号的变化量获取植物杆茎变形的位移量；
计时模块，用于统计测微仪采集植物杆茎变形的位移量的时间；
显示单元，用于显示测微仪采集植物杆茎变形的位移量及其对应的时间；
键盘输入单元，用于设定测微仪采集植物杆茎变形的位移量的时间周期；
数据分析单元，用于将测微仪获取的植物杆茎变形的位移量进行汇总分析处理，根据植物杆茎变化与其体内水分的关系，进而得出植物体内的水分缺失状况；
控制单元，用于通过通讯模块将数据分析单元的分析结果上传至监护人员。
 作为本发明一种基于测微仪的植物体内水分检测系统的进一步优选方案，所述微控制器模块采用AVR系列单片机。
 作为本发明一种基于测微仪的植物体内水分检测系统的进一步优选方案，所述显示单元为LCD显示屏。
 作为本发明一种基于测微仪的植物体内水分检测系统的进一步优选方案，所述测微仪采用电感测微仪。
 作为本发明一种基于测微仪的植物体内水分检测系统的进一步优选方案，所述计时模块采用DS12C887时钟芯片。
 作为本发明一种基于测微仪的植物体内水分检测系统的进一步优选方案，所述通讯模块为RS232通讯。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明结构简单、成本较低且测量精度高；
2、本发明能够通过电感测微仪精确测量植物体积的微变化动态，进而根据植物体积微变化与其体内的水分的关系，精确得出植物体内水分缺失情况。
附图说明
图1是本发明的结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
如图1所示，一种基于测微仪的植物体内水分检测系统，包含微控制器模块以及与其连接的数据采集模块、计时模块、人机交互模块、通讯模块；所述数据采集模块包含依次连接的测微仪、模数转换单元；所述人机交互模块包含显示单元、键盘输入单元；所述微控制器模块包含数据分析单元和控制单元；所述测微仪包含依次连接的前置差分放大电路、解调电路、后级滤波电路、直流放大电路和调制波发生电路；微控器模块通过内部定时中断每隔一小时从测微仪读取采样值，并通过读取及时模块记录此时的时间。如有需要还可通过键盘操作把测量值和时间在显示单元上显示。微控制器模块把采集到的数据及记录的时间存储起来，通过通讯模块把这些数据发送到PC机中。
其中，测微仪，用于通过检测电压信号的变化量获取植物杆茎变形的位移量；
计时模块，用于统计测微仪采集植物杆茎变形的位移量的时间；
显示单元，用于显示测微仪采集植物杆茎变形的位移量及其对应的时间；
键盘输入单元，用于设定测微仪采集植物杆茎变形的位移量的时间周期；
数据分析单元，用于将测微仪获取的植物杆茎变形的位移量进行汇总分析处理，根据植物杆茎变化与其体内水分的关系，进而得出植物体内的水分缺失状况；
控制单元，用于通过通讯模块将数据分析单元的分析结果上传至监护人员。
其中，所述微控制器模块采用AVR系列单片机，所述显示单元为LCD显示屏，所述测微仪采用电感测微仪，所述计时模块采用DS12C887时钟芯片，所述通讯模块为RS232通讯。
计时部分是由DS12C887时钟芯片和89C51微控器组成。DS12C887时钟芯片是美国DALLAS公司生产的，它具有完备的时钟以及到2100年的日历时钟功能等。因此，利用此芯片系统可以方便的设定时间并记录时间。在本系统，89C51微控器读取了DS12C887内部RAM的02H、04H、07H、08H单元中的内容，以记录测量时的时间（月份、日期、时、分）。
键盘及显示器部分由89C51微控器和专用键盘/显示器接口芯片8279组成。89C51微控器从读取DS12C887读取得值送到8279内以驱动8个LED显示月份、日期、时、分。对于键输入则经过8279处理后送到89C51内，以完成采集数据的显示和采集的数据及对应的采集时间向上位机发送。由于这部分的技术已相当成熟，在这不过多赘述。 通讯部分通过RS232口微控器89C51和上位PC机进行半工通讯。
AVR单片机具有预取指令功能，即在执行一条指令时，预先把下一条指令取进来，使得指令可以在一个时钟周期内执行；多累加器型，数据处理速度快；AVR单片机具有32个通用工作寄存器，相当于有32条立交桥，可以快速通行；中断响应速度快。AVR单片机有多个固定中断向量入口地址，可快速响应中断；AVR单片机耗能低。对于典型功耗情况，WDT关闭时为100nA，更适用于电池供电的应用设备；有的器件最低1.8 V即可工作；AVR单片机保密性能好。
本发明结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
如图1所示，一种基于测微仪的植物体内水分检测系统，包含微控制器模块以及与其连接的数据采集模块、计时模块、人机交互模块、通讯模块；所述数据采集模块包含依次连接的测微仪、模数转换单元；所述人机交互模块包含显示单元、键盘输入单元；所述微控制器模块包含数据分析单元和控制单元；所述测微仪包含依次连接的前置差分放大电路、解调电路、后级滤波电路、直流放大电路和调制波发生电路；可以实时的测量植株杆径的变化，而且可以存储测量值和测量时的时间，并将其传输到上位计算机中，便于了进一步的分析植物茎杆的变差和缺水情况。目前系统的成本和功耗有待进一步降低以适合野外工作。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。