葉綠素含量測試儀實施方案及硬件選擇

2.2 性能要求

光電傳感器對葉片葉綠素含量采集需要較高的ADC精度，對噪聲干擾的消除能力強；考慮到環境的影響，因此需要溫度傳感器來測知環境溫度和實時時鐘提供時間信息供檢測者實驗參考；由于外部使用環境，需要設計的便攜性，利于農林工作者隨時隨地采樣數據；在滿足要求條件下，控制成本為大面積推廣提供條件。

三、方案設計

3.1 系統功能實現原理

本設計采用波長為紅光區域（峰值波長650nm）和紅外線區域（峰值波長940nm）的已知光源照射葉片，葉綠素對紅光區域光強吸收較高且不受胡蘿卜素影響， 對紅外線區域光強的吸收極低。利用TI公司的OPT101單片光電二極管采樣透射光數據，通過單片機對采樣數據進行A / D處理，分析兩種波長光的透射值，通過相應計算方式，即可得出葉片葉綠素含量相對值的測量結果。此設計采用先進的光電傳感器，結合了生物、化學等知識，涉及多科學領域，涵蓋知識面廣。系統硬件結構框圖如圖2所示。

圖2 系統硬件結構框圖

3.2 硬件平臺選用及資源配置

本設計以AVR單片機系列中的ATmega16L作為測量儀的控制核心，結合OPT101單片光電二極管芯片實現葉綠素含量參數測定的基本功能。本測量儀還將使用溫度芯片DS18B20、時鐘芯片DS1302測量溫度及時間，以供測量者參考使用,并在LCD和鍵盤的輔助下，使設計易于操控更具人性化。本次設計的檢測儀還采用了微型熱敏打印機,可以即時打印數據,使設計更具實用性。利用ATmega16的豐富的外設，使用片內E²PROM存儲即時數據，防止意外掉電的數據丟失。以較低的價格方便地實現葉綠素含量的測量記錄。

3.3系統軟件架構

設計檢測儀包括單片機最小系統、液晶顯示屏、按鍵、打印機等。本設計采用40只引腳DIP封裝的ATmega16L作為主控芯片，搭建簡單的最小系統：包括電源整流電路、溫度測量電路、實時時鐘電路、可擴展的RS232/RS485通信電路、液晶顯示屏接口電路、光電傳感器接口電路、外部高精度近14位AD轉換器電路、工作狀態指示電路、蜂鳴警報電路。

液晶顯示屏為金鵬電子C系列中文顯示模塊，藍底白字顯示，單片機使用液晶顯示屏通信子程序與液晶顯示屏串行通信，通信速率可靈活設置，通信速率以液晶顯示屏能清晰顯示且沒有亂碼為準，液晶顯示屏可以實時顯示操控方法和測量結果，給出操作提示，方便找到穩定的測量值進行記錄或儲存，以及儀器操作。

按鍵為獨立輕觸按鍵，通過單片機內部的按鍵掃描子程序判斷按鍵是否被按下或彈起，以控制測量進行、數據存儲、數據瀏覽等操作。通過對流程的精確控制，在不增加操作復雜度的基礎上，設計出了最少按鍵的解決方案。

檢測儀包含多種功能，需要將這些功能全部融合，互不沖突，既要考慮率整體的性能，又要多方面考慮各模塊工作情況，需要多次調整和調試，經過上百次的軟件和硬件調試，是最終的作品到達最佳狀態，完成設計。