便攜式植物葉片含水率測試儀對植物進行含水量的非破壞性快速測量,有利于及時了解植物的**信息,指導植物的精準灌溉,提高灌溉用水的利用率.葉片是植物進行光合作用,呼吸作用以及蒸騰作用等**過程的重要器官,對于保證植物水分代謝平衡起著重要作用.葉片含水量可以反映植物的**信息和水分狀況.現(xiàn)階段測定植物葉片含水量的儀器結構復雜,且價格昂貴;而用烘干法測量的結果雖然精度高,但周期較長,不能實現(xiàn)葉片水分含水率的快速無損測量.因此,開發(fā)一種價格低廉,能夠實現(xiàn)無損,快速,且能準確測量植物葉片含水率的便攜式設備尤為重要.本文對現(xiàn)階段各種葉片水分檢測方法進行了分析和比較,進而基于電容檢測法,設計了以16位單片機MSP430f149為核心的便攜式植物葉片含水率測試儀.
    本文主要研究內容和取得的成果如下: (1)分別以玉米葉片和大豆葉片為試驗對象,研究了葉片含水率及極板對葉片的壓力對電容的影響規(guī)律,分別選取了極板對葉片的*佳壓力,建立了*佳壓力下葉片電容與含水率之間的關系模型,并通過實驗驗證了模型的合理性,結果表明:對于玉米葉片,當極板對葉片的壓力為4N時檢測效果*佳,所建立電容與玉米葉片濕基含水率的關系模型的**系數(shù)為R2=0.9359;對于大豆葉片,*佳檢測壓力3N,所建立模型的決定系數(shù)為R2=0.9161. (2)設計了含水率測試儀的硬件系統(tǒng).系統(tǒng)以16位單片機MSP430f149為微控制器,設計了電容檢測與處理模塊,壓力檢測與處理模塊,輸入輸出模塊和電源模塊等,以完成植物葉片電容及極板壓力的測量,并*終實現(xiàn)葉片含水率的顯示. (3)設計了檢測儀的軟件系統(tǒng).基于IARsystem開發(fā)平臺,采用模塊化的編程思想編寫了測量儀軟件程序,包括系統(tǒng)主程序,A/D轉換子程序,液晶顯示子程序,鍵盤掃描子程序和含水率計算子程序等. (4)采用Altium-Designer軟件完成了檢測儀硬件電路的PCB設計,并完成該檢測儀的外形封裝制作,*后對檢測儀進行了整體調試和性能檢驗.結果表明,該檢測儀運行狀況良好,電容檢測誤差為±5pF,相對誤差在±3%以內;壓力檢測的*大相對誤差為2.04%. (5)分別以玉米葉片和大豆葉片為檢測樣品,對檢測儀的含水率檢測精度進行了檢驗.結果表明:在含水率55%~80%范圍內,與烘干法相比,本文所設計的植物葉片含水率測試儀的**測量誤差均在±2%以內,且響應時間小于3秒.