高精度红外叶温测量系统研发

摘要

随着精准农业的不断发展，在许多植物、农作物的种植过程中，如何快速、准确的监测植物叶温或植物冠层温度，以研究农田蒸散、灌溉、品种选育以及产量预报，已经成为现代农业发展中的焦点问题。本文针对目前植物叶温测量不准确、操作复杂、费时费力等问题，研发了高精度的红外叶温测量系统。首先，本文设计了测温模块、时钟模块、存储模块、显示模块等硬件电路，实现了红外测温传感器驱动程序以及各功能模块的软件设计，然后提出了准确测量植物叶片发射率的方法，对测量距离进行了系统误差补偿，最后对系统功能进行了测试，并对补偿效果进行了实验验证。
　　本研究完成了基于MSP430F249单片机的高精度红外叶温测量系统，采用MLX90614DCI红外传感器实现了植物叶片温度的非接触式测量。同时，系统还具有时钟模块，存储模块和显示模块，实现了叶温的实时监测，并对温度数据进行存储、显示。高精度是系统的另一特色，本文对影响系统测温精度的因素，包括对叶片发射率、环境因素以及测量距离做了理论分析，然后通过实验证实，叶片发射率和测量距离是影响本系统精度的因素，从而提出了误差补偿公式，使测温误差可以达到±0.1℃，精度高于现有的大多数测温设备，能够满足现代农业发展中对叶温测量准确性的要求。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 叶温测量方法与分类

1.3 国内外叶温测量现状与存在问题

1.4 论文的主要工作

第2章 红外辐射的基本理论

2.1 红外辐射定律

2.2 实际物体的红外辐射规律

2.3 红外测温原理

2.4 本章小结

第3章 红外叶温测量系统的组成

3.1 电源模块

3.2 测温模块

3.3 时钟模块

3.4 数据存储模块

3.5 显示模块

3.6 本章小结

第4章 红外叶温测量系统软件设计

4.1 系统软件整体设计

4.2 MLX90614的程序设计

4.3 DS3231时钟程序设计

4.4 CH376数据存储程序设计

4.5 本章小结

第5章 影响红外叶温测量精度的因素与补偿实验

5.1 发射率对红外测温精度的影响

5.2 环境因素对红外测温精度的影响

5.3 测量距离的影响

5.4 植物叶片发射率的测量实验

5.5 不同目标温度下测量距离补偿实验

5.6 本章小结

第6章 红外叶温测量系统测试及补偿效果验证

6.1 红外叶温测量系统功能测试

6.2 不同距离测量叶温补偿效果验证

6.3 本章小结

第7章 总结和展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的科研成果