基于LabVIEW的叶片厚度和面积测量系统的研究

论文摘要

农业生产中,植物叶片几何尺寸参数是衡量农作物水分含量、干物质含量等的重要指标,能够直接体现植物在不同环境下生长的情况。因此,通过研究植物叶片厚度和面积的变化可以达到实现监测植物体内水分含量、干物质积累量等的目的,对指导作物合理密植、群体结构调整、变量施肥和精确喷灌以获得高产,促进经济、资源、环境的协调发展,都具有非常重要的意义。植物叶片厚度和面积测量技术作为农业领域的新技术研究,现在已经受到越来越多的关注。本文根据国内外叶片厚度和面积检测的研究现状和相关领域已经开发的先进技术,设计一种基于电阻应变片的叶片厚度传感器和一种基于光电器件的叶片面积传感器,然后将两者输出的信号经过放大电路放大,再通过数据采集卡进行采集,最后将检测技术与LabVIEW虚拟仪器技术相结合,设计基于LabVIEW软件的数据分析处理程序及显示界面,对采集的数据进行实时显示、监测和控制。本文研究的主要内容及结果如下:(1)通过分析剪力、电桥电路、转角及挠度值的计算过程推导出叶片厚度和输出电压的关系,然后选用BE120—3AA电阻应变片搭建相应的电阻式厚度传感器,再通过加载模拟叶片厚度信号,用YJ—31型静态电阻应变仪测得大于120με的应变值。(2)通过分析所得电信号的幅值和频率特性,选用仪用放大器AD620和双运算放大器TL082设计放大电路,然后通过调节与之相连接的外部电位器将输入的电信号放大1000倍左右,实现将(mV)级信号放大到模数转换所需的(V)级信号范围。(3)应用PCI2013采集卡,在LabVIEW中用上层函数实现A/D采集,用顺序结构设计编写初始化程序、循环采集程序、停止采集程序以及相应的采集界面,完成系统软硬件的结合。(4)用LabVIEW虚拟仪器软件设计主界面程序,主要包括:数据的实时显示、数据的参数设置及报警功能、数据的存储与调用、一段时间内数据的波形显示、系统其他功能按键的处理与整体显示。并连通A/D采集程序,完成系统的软件部分。本文的研究是对植物叶片厚度和面积实时监测的一种探索尝试,国内外的叶片厚度和面积测试仪的价格较高,而本系统的实验材料相对简单,基本上都是一些普通的元器件,性价比较高,实验结果也基本满足测量的精度要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的与意义
• 1.2 叶片厚度和面积测量仪的国内外研究现状
• 1.2.1 国内现状
• 1.2.2 国外现状
• 1.3 论文研究的主要内容
• 1.4 设计本系统的技术路线
• 第二章 方案选择及基本原理
• 2.1 系统的整体结构设计框架
• 2.2 叶片厚度传感器的基本原理
• 2.2.1 剪力的测量原理
• 2.2.2 电桥电路测应变
• 2.2.3 叶片厚度和电压的关系
• 2.2.4 电阻应变片的选择
• 2.2.5 静态电阻应变仪、供电电源及兆欧表的选择
• 2.3 叶片面积测量的基本原理
• 2.3.1 光源的选择
• 2.3.2 透镜的选择
• 2.3.3 光敏电阻部分
• 2.4 放大电路的设计
• 2.4.1 放大芯片的选择
• 2.4.2 放大电路的分析
• 2.5 数据采集卡的选择
• 2.6 虚拟仪器及开发语言部分
• 2.7 本章小结
• 第三章 系统的硬件组成及设计
• 3.1 信号调理电路组成与设计
• 3.1.1 第一级放大设计
• 3.1.2 第二级放大设计
• 3.1.3 整体放大电路设计
• 3.2 PCI2013 数据采集卡
• 3.2.1 PCI 操作函数接口
• 3.2.2 LabVIEW 驱动程序接口
• 3.3 本章小结
• 第四章 系统的软件设计
• 4.1 虚拟仪器软件设计
• 4.1.1 LabVIEW 简介
• 4.1.2 程序结构的规划和界面设计原理
• 4.1.3 应用采集卡设计程序
• 4.1.4 主程序设计
• 4.2 本章小结
• 第五章 系统调试与实验
• 5.1 实验平台搭建
• 5.2 系统调试
• 5.2.1 厚度传感器调试
• 5.2.3 软件部分调试
• 5.3 实验与结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 创新之处
• 6.3 完善与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介