便携式叶绿素荧光检测仪的研究与设计

摘要

近年来,随着科技和经济的快速发展,环境问题越来越严重,人们对农产品的需求和质量要求越来越高,了解农作物的生长情况和环境变化也显得越来越重要。由于叶绿素荧光大小可以反映叶绿素浓度的多少,通过测量叶绿素荧光可以达到监测农产品和环境的目的,本文将探讨叶绿素荧光检测装置的研究和设计。
　　本文在概括叶绿素检测国内外现状后,又对荧光的光谱特性与荧光辐射过程进行了介绍,详细研究了荧光检测原理后设计了一个便携式叶绿素荧光检测仪器。仪器在脉冲调制技术的基础上采用了荧光法和相关检测法。激发光源采用PWM调制波长为460nm的高亮度 LED,植物叶绿素荧光的产生就是由LED激发的,接收荧光则采用灵敏度非常高的硅光电池,用一个基于STM32cortexM3的数据采集模块采集数据,来实现对植物叶绿素浓度的测定。为了完成仪器测量叶绿素浓度的功能,本课题设计了相应的机械结构、硬件电路与控制软件。硬件电路包括电源模块、激发光源电路、前置放大电路、滤波放大电路、解调电路、数据采集电路和TFT显示电路。软件部分采用C语言编写了PWM程序,ADC程序数据采集和显示程序。设计了观测实验,验证了荧光信号获取的正确性,数据分析的结果表明检测系统具有一定重复性;设计了检测仪的结构因素的变化对测量的影响实验,实验数据表明当PWM波占空比50％时激发的荧光值最大,当激发光源与光电池的夹角为90°时数据最大;设计了检测仪标定实验,并对检测仪测量数据与实验样品的叶绿素实际含量进行线性回归分析,实验结果表明检测仪检测数据与实际叶绿素含量具有良好的线性关系,线性回归模型可以用来估测叶片中叶绿素含量;实施了调制型叶绿素荧光检测与暗室脉冲激发叶绿素荧光检测对比实验,实验数据对比显示,调制型叶绿素荧光检测仪实用价值更高。

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1 绪论

1.1选题背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3课题研究的目的和内容

2 便携式叶绿素荧光检测仪研究与设计的理论基础

2.1叶绿素的组成与特点

2.2传统的叶绿素检测方法

2.3荧光及叶绿素荧光的产生

2.4便携式叶绿素荧光检测仪检测方法

2.5本章小结

3 叶绿素荧光检测仪的系统设计

3.1硬件系统整体设计

3.2光路元器件的选择

3.3模拟信号调理模块的设计

3.4数字信号处理模块的设计

3.5系统供电模块的设计

3.6硬件系统整体调试

3.7便携式叶绿素荧光检测仪软件设计

3.8本章小结

4 便携式叶绿素荧光检测仪叶绿素荧光测量实验

4.1 PWM波调制光源的实现

4.2模拟电路各部分波形分析

4.3实验研究与数据分析

4.4本章小结

5 总结与展望

5.1本文研究工作结论

5.2展望

致谢

参考文献

8 附录