便携式活体叶面积测量仪的研制

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叶片是作物进行光合作用的主要器官,其面积大小直接影响作物的受光。叶面积指数是单位水平表面上的整片叶子表面积的一半,是地面作物的种群结构的一种标志参数,也是表征作物对光能吸收的一个重要的生物学指标。叶片的发育状况对作物生长发育及产量有很大的影响。因此,又快又好的测量出叶片面积不仅可以节省农业研究的成本,也可以提高研究的效率。测量叶面积的方法有很多种,其中叶面积仪测量方法以精度高、速度快、易操作而被广泛使用。但是国内叶面积仪的研究太少,误差大,不能实际应用。本课题利用单片机作为控制单元,FPGA作为数据采集和计算单元,结合LED光源和光敏三极管设计研制了一种便携式活体叶面积仪。该仪器能够准确、快速地测量活体叶面积,并可以实时的有选择地显示各叶片参数和存储测量结果,通过USB接口将数据传输到计算机上进行处理。本文详细介绍了仪器的硬件电路设计、光路设计、软件设计及抗干扰性措施,并利用实际测量结果分析了系统性能和整体误差。经过实际测量验证和分析,仪器的稳定性较好,重复性和精度较高,仪器能够满足实际需要。与国内外同类产品相比,本仪器具有成本低,功耗低,体积小,精度高及重复性好等特点。
摘要第4-5页
Abstract第5页
第1章 绪 论第8-14页
    1.1 课题背景第8页
        1.1.1 课题来源第8页
        1.1.2 课题的目的和意义第8页
    1.2 国内外叶面积仪的发展现状第8-10页
        1.2.1 国外叶面积仪研究现状第9-10页
        1.2.2 国内研究现状第10页
    1.3 叶面积测量方法概述第10-12页
        1.3.1 坐标纸法第10-11页
        1.3.2 图像处理法第11页
        1.3.3 传统的叶面积仪法第11-12页
    1.4 一种新的基于光电扫描的叶面积测量方法第12页
    1.5 本课题主要研究内容第12-14页
第2章 仪器的测量原理和硬件电路设计第14-27页
    2.1 系统总体设计第14-15页
    2.2 叶面积仪测量原理第15-17页
    2.3 系统控制模块的设计第17-21页
        2.3.1 单片机的选择第17-19页
        2.3.2 复位电路设计第19-20页
        2.3.3 时钟电路设计第20-21页
        2.3.4 扩展存储器的选择第21页
    2.4 数据采集模块的选择与设计第21-22页
        2.4.1 LED信号源和光敏三极管的选择第21-22页
        2.4.2 采集控制芯片的选择第22页
    2.5 人机接口模块的设计第22-25页
        2.5.1 显示器的选择和电路设计第22-24页
        2.5.2 按键的选择和电路设计第24-25页
    2.6 通讯模块的设计第25-26页
    2.7 本章小结第26-27页
第3章 仪器软件系统的设计和实现第27-35页
    3.1 主程序设计第27-31页
        3.1.1 初始化程序第27-31页
    3.2 数据采集程序的设计第31页
    3.3 外部中断子程序设计第31-32页
    3.4 通讯子程序设计第32-34页
        3.4.1 单片机C语言程序设计第33页
        3.4.2 计算机的界面设计第33-34页
    3.5 本章小结第34-35页
第4章 实验结果和不确定度分析第35-42页
    4.1 仪器的低功耗措施和抗干扰设计第35-37页
        4.1.1 低功耗措施第35页
        4.1.2 硬件抗干扰措施第35-36页
        4.1.3 软件抗干扰设计第36-37页
    4.2 仪器性能验证第37-40页
        4.2.1 仪器误差检验第37-38页
        4.2.2 仪器重复性检验第38-40页
    4.3 仪器测量分析第40-41页
        4.3.1 叶片颜色差异对测量结果的影响第40-41页
        4.3.2 叶片的边缘差异对测量结果的影响第41页
    4.4 本章小结第41-42页
结论第42-43页
参考文献第43-47页
致谢第47页
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