一种便携式作物叶绿素检测仪及其检测方法

本发明属于农业工程光谱信息检测领域，尤其涉及一种便携式作物叶绿素检测仪及其检测方法。

背景技术：

1、叶绿素是植物光合作用的催化剂，其含量是监测植物生长状态和田间管理决策的重要依据，及时掌握作物叶绿素含量对于保障粮食稳产增收至关重要。传统的叶绿素检测方式为分光光度法，但其检测流程复杂、耗时长，需要破坏叶片结构，具有滞后性，耽误农时；现有的叶绿素快捷检测设备spad计，虽可以实现快速检测、便捷操作，但其价格过高，难以进行大面积推广；研究表明叶绿素敏感波段集中在400～900nm波段，现有便携式叶绿素检测仪覆盖波段少，检测精度受限，尤其在spad值大于50时，检测偏差较大，光栅式光谱仪虽可以全覆盖，检测精度较高，但其体积较大，使用受限。为解决上述技术问题，本发明利用光谱技术研制了一台操作简便、检测结果准确、检测速度快的便携式作物叶绿素含量检测设备。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种便携式作物叶绿素检测仪及其检测方法，操作简便、检测结果准确、检测速度快。

2、本发明通过以下技术手段实现上述技术目的的。

3、一种便携式作物叶绿素检测仪，包括由底座、上盖、翻转盖组成的壳体，待测作物叶片夹持在相互铰接的上盖与翻转盖之间；上盖顶部安装有按键、显示屏幕，翻转盖内部安装有光度传感器，壳体侧壁上设置有编程口、充电口，壳体内部的底座上安装有用于固定控制器的控制器固定座、用于安装按键的按键支撑柱、碗状光源固定台、电池；光源固定台上布置有光源，光度传感器布置在光源上方；电池、光源、光度传感器、显示屏幕、按键均与控制器通过线路连接。

4、进一步地，所述光源圆周均布在光源固定台上，由波长为445nm、560nm、660nm、760nm、805nm、900nm的六颗led灯组成。

5、进一步地，所述翻转盖内部侧壁上安装有传感器固定平台，光度传感器固定在传感器固定平台上，且光度传感器位于六颗led灯所形成圆周平面的中心线上。

6、进一步地，所述底座以及上盖一端通过螺钉可拆卸连接，上盖另一端两侧设有滑块，底座另一端顶部设有轨道，上盖另一端通过滑块、轨道的配合约束实现与底座另一端的安装；翻转盖通过铰链转动安装在上盖一端。

7、进一步地，所述控制器为单片机微控制器，通过编程口使用usb数据线与外部计算机相连，为控制器输入控制程序，同时为控制器直接供电；控制器通过检测按键的信号判断是否执行控制程序；控制器通过控制程序控制光源的点亮方式；控制器通过控制程序控制光度传感器读取光强数值，并对获取的光强数值进行计算分析；控制器通过控制程序控制显示屏幕显示叶绿素数值、电池电量。

8、一种利用上述便携式作物叶绿素检测仪的作物叶绿素检测方法，包括如下过程：

9、首先转动打开翻转盖，将所要检测的叶片放入上盖与翻转盖之间，转动关闭翻转盖将叶片夹持住；按下按键，控制器检测到按键被按下，触发执行光源控制程序；控制器控制光源分别依次点亮闪烁1s，在光源点亮同时光度传感器获取每颗led灯投射过叶片后的光照强度数值，光度传感器将获得的6个光照强度数值传输给控制器，控制器利用预先输入的计算模型将6个光照强度数值计算为1个叶绿素含量；控制器将计算得到的叶绿素含量传输给显示屏幕显示，工作人员读取叶绿素含量数值，检测完成。

10、进一步地，所述计算模型的获取方法如下：

11、选取10片由黄到绿的叶片，在每片叶片的上下左右四个相同点位分别用叶绿素检测仪与spad-502plus进行测量，记录每组光照强度数值与对应的叶绿素含量值spad，用多元线性回归法得到40组数据之间的关系模型，将得到的关系模型输入控制器作为计算模型；

12、计算模型如下：

13、spad＝7.73227*10-3*x[0]-8.65319*10-3*x[1]-3.11093*10-4*x[2]

14、+4.64343*10-4*x[3]+9.98612*10-5*x[4]-7.67398*10-4*x[5]+53.69795

15、其中，x[0]、x[1]、x[2]、x[3]、x[4]、x[5]分别表示波长为445nm、560nm、660nm、760nm、805nm、900nm的led灯光线透过叶片后的光照强度。

16、本发明具有如下有益效果：

17、(1)本发明的便携式作物叶绿素检测仪操作简单、检测速度快，转动翻转盖夹持叶片后，按下按键便可实现叶绿素的自动检测与数值显示；

18、(2)本发明的便携式作物叶绿素检测仪结构精巧、成本较低，适合农业生产特点，利于大面积推广；

19、(3)本发明的便携式作物叶绿素检测仪灵活且便捷，既可以直接通过编程口供电，也可以通过电池供电，增强了设备的移动性和便捷性；

20、(4)本发明的便携式作物叶绿素检测仪采用多波段叶绿素敏感波段led灯作为光源，通过多元线性回归法(mlr)得到计算模型，检测结果准确，检测精度高。

技术特征：

1.一种便携式作物叶绿素检测仪，其特征在于，包括由底座(101)、上盖(102)、翻转盖(103)组成的壳体(1)，待测作物叶片夹持在相互铰接的上盖(102)与翻转盖(103)之间；上盖(102)顶部安装有按键(7)、显示屏幕(6)，翻转盖(103)内部安装有光度传感器(5)，壳体(1)侧壁上设置有编程口(14)、充电口(15)，壳体(1)内部的底座(101)上安装有用于固定控制器(2)的控制器固定座(9)、用于安装按键(7)的按键支撑柱(12)、碗状光源固定台(11)、电池(3)；光源固定台(11)上布置有光源(4)，光度传感器(5)布置在光源(4)上方；电池(3)、光源(4)、光度传感器(5)、显示屏幕(6)、按键(7)均与控制器(2)通过线路连接。

2.根据权利要求1所述的便携式作物叶绿素检测仪，其特征在于，所述光源(4)圆周均布在光源固定台(11)上，由波长为445nm、560nm、660nm、760nm、805nm、900nm的六颗led灯组成。

3.根据权利要求2所述的便携式作物叶绿素检测仪，其特征在于，所述翻转盖(103)内部侧壁上安装有传感器固定平台(13)，光度传感器(5)固定在传感器固定平台(13)上，且光度传感器(5)位于六颗led灯所形成圆周平面的中心线上。

4.根据权利要求1所述的便携式作物叶绿素检测仪，其特征在于，所述底座(101)以及上盖(102)一端通过螺钉可拆卸连接，上盖(102)另一端两侧设有滑块(16)，底座(101)另一端顶部设有轨道(17)，上盖(102)另一端通过滑块(16)、轨道(17)的配合约束实现与底座(101)另一端的安装；翻转盖(103)通过铰链(8)转动安装在上盖(102)一端。

5.根据权利要求1所述的便携式作物叶绿素检测仪，其特征在于，所述控制器(2)为单片机微控制器，通过编程口(14)使用usb数据线与外部计算机相连，为控制器(2)输入控制程序，同时为控制器(2)直接供电；控制器(2)通过检测按键(7)的信号判断是否执行控制程序；控制器(2)通过控制程序控制光源(4)的点亮方式；控制器(2)通过控制程序控制光度传感器(5)读取光强数值，并对获取的光强数值进行计算分析；控制器(2)通过控制程序控制显示屏幕(6)显示叶绿素数值、电池(3)电量。

6.一种利用权利要求3所述便携式作物叶绿素检测仪的作物叶绿素检测方法，其特征在于，包括如下过程：

7.根据权利要求6所述的作物叶绿素检测方法，其特征在于，所述计算模型的获取方法如下：

技术总结本发明提供一种便携式作物叶绿素检测仪及其检测方法，检测仪包括由底座、上盖、翻转盖组成的壳体，上盖与翻转盖之间夹持所测作物叶片，底座上设置有充电口、编程口，上盖顶部安装按键、显示屏幕，翻转盖内部侧壁上通过传感器固定平台安装有光度传感器；壳体内部设置有控制器、电池、按键支撑柱、碗状光源固定台，光源圆周均布在光源固定台上，由不同波长的六颗LED灯组成，且光度传感器位于光源所形成圆周平面的中心线上。本发明具有操作简单、低成本的特点，转动翻转盖夹持叶片，按下按键便可实现作物叶片叶绿素的快速自动检测与数值显示，采用多波段叶绿素敏感波段LED灯作为光源，通过多元线性回归法得到计算模型，使得检测精度更高。技术研发人员：张晓蕾,何鑫杨,汪小旵,秦欢欢受保护的技术使用者：南京农业大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17