论文摘要
精准农业是根据作物生长的状况及环境,变量调节对作物投入的一种耕作方式,它以作物信息的获得为基础。植物叶片叶绿素的测量可以指导氮的施用,为研究植物生理特性、挖掘生产潜力和品种资源等提供科学依据。本文介绍了一种以RGB颜色传感器为核心器件,以测量叶绿素含量为目的的仪器的设计。这种仪器与现有的活体叶绿素仪的原理有较大差别,主要体现在:现有活体叶绿素仪,如SPAD502,测量光源是波段较窄的单色LED,而本仪器所采用的测量光源是频谱遍布整个可见光区的白色超亮LED;SPAD502测量的是叶绿素对单色光的吸收,本仪器测量的是透过叶片后的光的颜色。本文包括以下几个方面的内容:1.从精准农业的概念说起,介绍了叶绿素测量在农业生产中的重要意义,介绍了测叶绿素含量的分光光度计法、计算机视觉法和叶绿素仪活体测量法,通过对可以用于无损测量的计算机视觉法和叶绿素仪活体测量法的比较,提出使用光电器件,通过测量叶色得到叶绿素含量,研制小型便携式叶绿素仪;2.由于需要对颜色进行分析,本文介绍了RGB、HSI、XYZ、L~*a~*b~*等颜色空间,并重点介绍了RGB颜色空间向其它颜色空间进行转换的方法;介绍了RGB颜色传感器和色差传感器的特点,选择RGB颜色传感器TCS230作为本仪器的核心传感器;通过RGB颜色传感器内部集成的滤光片,TCS230将输入光中的RGB分量进行分离,分别测量它们的强度,由此得到输入光的颜色成分;命名TCS230输出的反映光强大小的频率信号为光强频率信号;仿照RGB空间到HSI、XYZ、L~*a~*b~*颜色空间的转化,提出了对光强频率信号进行处理的等式;3.设计了叶绿素仪的光源模块,信号转换采集模块,以锂离子电池为电源的电源模块,液晶显示模块和实验匣。对单片机编写程序,完成了按键、频率采集、液晶显示等功能。在软件硬件设计的基础上,制作出可以将光强频率值显示在液晶显示屏上的实验机;4.介绍了分析光强频率值与叶绿素含量相关关系的实验,实验证明:对于较小的叶片,光强频率信号与叶绿素含量的线性回归方程相关系数最大;RGB、XYZ颜色空间的一元线性回归表现较好,在L~*a~*b~*颜色空间内进行线性回归综合表现最好。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 引言1.2 叶绿素的植物生物学基础1.3 测量叶绿素常用方法1.3.1 分光光度计法1.3.2 计算机视觉法1.3.3 叶绿素仪法1.4 叶绿素仪设计方案的提出1.5 本文的主要工作第二章 叶片颜色信息获取2.1 颜色空间2.1.1 RGB颜色空间2.1.2 HSI颜色空间2.1.3 XYZ颜色空间*a*b*颜色空间'>2.1.4 L*a*b*颜色空间2.2 颜色传感器2.2.1 颜色传感器的分类2.2.2 RGB颜色传感器TC52302.3 由光强频率信号提取颜色信息的方法2.4 本章小节第三章 叶绿素仪硬件系统3.1 叶绿素仪的主要功能和结构3.2 光源模块3.2.1 光源的选择3.2.2 LED光源驱动3.3 信号处理模块的设计3.3.1 单片机PIC16F877A3.3.2 基于频率/电压转换的频率计数3.3.3 基于CCP捕捉功能的频率计数3.4 电源模块的设计3.4.1 锂离子电池3.4.2 便携式电子设备常用电源芯片3.4.3 可编程低回动电压调整器MAX6673.5 显示模块的设计3.6 机械结构的设计第四章 叶绿素仪的软件控制4.1 PIC单片机开发的软件环境4.1.1 MPLAB IDE4.1.2 C语言编程与C编译器4.2 系统配置字4.3 频率采集程序4.3.1 使用A/D模块的频率采集程序4.3.2 使用CCP模块的频率采集程序4.4 LCD显示程序4.5 看门狗程序第五章 实验及对数据的处理分析5.1 叶绿素仪实验机测量光强频率值5.2 分光光度计测叶绿素含量5.2.1 分光光度计的使用方法5.2.2 分光光度计法测叶绿素含量的原理5.2.3 实验步骤5.3 数据处理与分析5.3.1 叶片分组5.3.2 仿RGB颜色空间中的回归分析5.3.3 仿HSI颜色空间中的回归分析5.3.4 仿XYZ颜色空间中的回归分析*a*b*颜色空间中的回归分析'>5.3.5 仿L*a*b*颜色空间中的回归分析5.4 结论第六章 全文总结和工作展望参考文献发表论文和参加科研情况说明附录A 采样点光强频率值及叶片吸光度附录B 样本1、2 各颜色分量与Ca的回归分析附录C 样本1、2 各颜色分量与Cb的回归分析致谢
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