一種用于光合有效輻射和窄波段輻射觀測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于地理遙感實(shí)驗(yàn)中光輻射觀測儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及光合有效輻射和窄波段輻射測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在定量遙感研究中經(jīng)常要測量地表的輻射能量，特別是光合有效輻射和地表輻射。通常情況下，這兩個(gè)分量是分開測量的，且使用的目的也各不相同:光合有效輻射測量一般用于估算植被光合有效輻射吸收比、葉面積指數(shù)等參數(shù)；而地表輻射主要是指太陽下行輻射和地表的反射輻射，是研究地表能量平衡的關(guān)鍵要素之一。實(shí)際上這兩個(gè)量之間有一定的關(guān)聯(lián)，比如光合有效輻射的有效波段范圍是400-700nm，利用光合有效輻射計(jì)可以得到可見光波段的地表輻射。如果把兩者的觀測結(jié)合起來，可以有效提高觀測效率、豐富觀測參數(shù)。
[0003]現(xiàn)有光合有效輻射計(jì)主要有兩種，一種是單個(gè)的光合有效輻射傳感器，比如美國L1-C0R公司生產(chǎn)的L1-190光量子傳感器以及國內(nèi)外與之類似的產(chǎn)品。還例如中國專利CN103557934A公開了一種作物冠層內(nèi)光分布測量裝置，其特征在于，包括傳感器模塊和數(shù)據(jù)采集模塊；所述傳感器模塊包括光合有效輻射傳感器和磁傳感器，所述光合有效輻射傳感器用于測量植物冠層內(nèi)待測點(diǎn)的光合有效輻射信息，所述磁傳感器用于測量所述待測點(diǎn)的位置信息；所述數(shù)據(jù)采集模塊，與所述傳感器模塊相連，用于獲取所述傳感器模塊測量得到的光合有效輻射信息以及位置信息，并將所述獲取的光合有效輻射信息以及位置信息進(jìn)行存儲。該技術(shù)方案傳感器模塊包括用于采集光合有效輻射信息的光合有效輻射傳感器和用于采集位置信息的磁傳感器，從而能夠?qū)ψ魑锕趯觾?nèi)待測點(diǎn)的光合有效輻射信息與位置信息進(jìn)行同步測量，為人們對作物冠層光分布的認(rèn)識達(dá)到一個(gè)更為精確的尺度提供了有效手段。但是它的特點(diǎn)是只有一個(gè)傳感器模塊，安裝平臺可選，但需要專門的數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
[0004]另一種是多傳感器組成的線陣探頭，比如在國內(nèi)被廣泛使用的AccuPAR植物冠層分析儀，它的探桿上包括80個(gè)獨(dú)立的傳感器，可以測量整個(gè)輻射場的光合有效輻射強(qiáng)度平均值，自帶數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，但由于探桿較長，一般不易搭載在高空平臺。
[0005]例如中國專利CN103278242A公開了一種光輻射場均勻性測量裝置，其特征在于，所述裝置包括有成像系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其中:所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對所述旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)進(jìn)行控制，使得所述旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)可進(jìn)行任意角度的旋轉(zhuǎn)；所述成像系統(tǒng)安裝于所述旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)上，用于對待測光輻射場進(jìn)行成像，并將獲得的數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿鲇?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中。該技術(shù)方案通過旋轉(zhuǎn)相機(jī)的方式，使得各個(gè)像素的光譜響應(yīng)函數(shù)可以隨時(shí)修正，從而保證所述光輻射場均勻性測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
[0006]目前流行的地表輻射測量儀主要是日射輻射計(jì)，但是上述技術(shù)方案中的波段范圍一般覆蓋整個(gè)短波波段范圍(300-2800nm左右)，尚沒有針對模型模擬等特殊應(yīng)用的商用窄波段輻射計(jì)。另外，雖然現(xiàn)有的輻射計(jì)都適用于野外長期觀測，但需要單獨(dú)的數(shù)據(jù)采集和供電系統(tǒng)，當(dāng)進(jìn)行多點(diǎn)移動觀測的時(shí)候，整套系統(tǒng)就變得非常累贅。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的尚沒有針對模型模擬等特殊應(yīng)用的商用窄波段輻射計(jì)，且無法進(jìn)行多點(diǎn)移動觀測的問題，本發(fā)明提供了一種用于光合有效輻射和窄波段輻射觀測
目.ο
[0008]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種用于光合有效輻射和窄波段輻射觀測裝置，其特征在于:所述觀測裝置包括主控模塊、多波段傳感器模塊、時(shí)鐘模塊、存儲模塊、電源模塊、顯示模塊和串口數(shù)據(jù)傳輸模塊；所述主控模塊通過兩路1?總線連接多波段傳感器模塊；所述電源模塊包括鋰電池，且該鋰電池上設(shè)有充電芯片；所述主控模塊通過i2c總線接口連接時(shí)鐘模塊，該時(shí)鐘模塊由鋰電池持續(xù)供電；所述主控模塊通過4線SPI通信方式連接存儲模塊；所述主控模塊通過4線SPI通信方式連接顯示模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示。
[0009]在此基礎(chǔ)上，所述主控模塊選擇基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的STM32F103RBT6單片機(jī)。
[0010]在此基礎(chǔ)上，所述多波段傳感器模塊由五組光強(qiáng)傳感器、包括有5個(gè)濾光片的濾光片組、余弦矯正器組成，所述五組光強(qiáng)傳感器依次分別焊接在電路板上，所述每個(gè)濾光片對應(yīng)安裝在每個(gè)傳感器上面，所述余弦矯正器安裝在濾光片上面。
[0011]在此基礎(chǔ)上，所述光強(qiáng)傳感器是TLS2561光強(qiáng)傳感器，該光強(qiáng)傳感器內(nèi)部連接有光敏二極管，實(shí)現(xiàn)提供20位動態(tài)范圍內(nèi)的光強(qiáng)響應(yīng)能力。
[0012]在此基礎(chǔ)上，濾光片組中的濾光片均為干涉濾光片，直徑為12_，該濾光片組包括有五個(gè)不同波譜范圍的濾光片，所述五個(gè)不同波譜范圍的濾光片分別為四個(gè)窄波波段中心波長和半波寬的645±50nm、858.5±35nm、469±20nm和555±20nm的濾光片，一個(gè)寬波波段范圍是400-700nm的濾光片。
[0013]在此基礎(chǔ)上，所述時(shí)鐘模塊為PHILIPS公司的PCF8563時(shí)鐘芯片。
[0014]在此基礎(chǔ)上，所述存儲模塊為W25X64串行快閃記憶體。
[0015]在此基礎(chǔ)上，所述電源模塊由充電芯片和3.7V鋰電池組成；所述充電芯片使用TP4056充電管理芯片，實(shí)現(xiàn)鋰電池充電和紅綠LED燈指示充電狀態(tài)，該充電管理芯片內(nèi)部為PMOSFET架構(gòu)，且底部設(shè)置帶有散熱片；所述3.7V鋰電池為一塊lOOOOmAh可充電電池。
[0016]在此基礎(chǔ)上，所述串口數(shù)據(jù)傳輸模塊為PL2303串口模塊。
[0017]在此基礎(chǔ)上，所述顯示模塊為0LED顯示屏。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下:
[0019](1)本發(fā)明光合有效輻射和窄波段輻射觀測裝置，方便攜帶，功耗低，且可以實(shí)現(xiàn)光合有效輻射和窄波段輻射的同步觀測；并且將供電系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)集成在一個(gè)小小的機(jī)身上，可以手持操作，也可以搭載在地面、高塔或飛機(jī)等不同觀測平臺上，實(shí)現(xiàn)機(jī)動性強(qiáng)、功耗低、操作簡單方便的野外觀測。
[0020](2)本發(fā)明光合有效輻射和窄波段輻射觀測裝置中，多波段傳感器模塊包括五個(gè)波段范圍的傳感器，可以實(shí)現(xiàn)光合有效輻射和四個(gè)窄波段輻射的同步觀測；集成的供電模塊、數(shù)據(jù)采集和存儲模塊可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動存儲，免去外接數(shù)據(jù)采集器的麻煩；低功耗設(shè)計(jì)可以滿足野外長期觀測的需求；機(jī)體輕便易攜帶。
[0021](3)本發(fā)明光合有效輻射和窄波段輻射觀測裝置中，主控模塊是基于ARMCortex-M3內(nèi)核的STM32F103RBT6單片機(jī)，具有高性能、低成本、低功耗的特征；傳感器采用TLS2561光強(qiáng)傳感器，由于每個(gè)光強(qiáng)傳感器內(nèi)部連接光敏二極管，因此具有提供20位動態(tài)范圍內(nèi)的光強(qiáng)響應(yīng)能力，集成的積分式A/D轉(zhuǎn)換器可將光敏電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出。
[0022](4)本發(fā)明光合有效輻射和窄波段輻射觀測裝置中，時(shí)鐘模塊選用PHILIPS公司的PCF8563極低功耗多功能時(shí)鐘芯片，該時(shí)鐘芯片接口簡單，內(nèi)部寄存器少，易于操作，具備定時(shí)器功能和時(shí)鐘、中斷輸出功能，因此本設(shè)計(jì)利用其中斷輸出功能來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的均勻米集。
[0023](5)本發(fā)明光合有效輻射和窄波段輻射觀測裝置中，存儲模塊選用W25X64串行快閃記憶體，用于保存采集的數(shù)據(jù)，支持標(biāo)準(zhǔn)SPI接口，傳輸速率最大75MHz，電流消耗低至5毫安主動和1 μΑ的關(guān)斷，W25X64屬于大容量(8Μ)存儲器件，可一次性存儲上萬組數(shù)據(jù)，擦寫次數(shù)達(dá)數(shù)十萬次。
[0024](6)本發(fā)明光合有效福射和窄波段福射觀測裝置中，電源模塊由充電芯片和3.7V鋰電池組成；充電芯片使用ΤΡ4056充電管理芯片，充電管理芯片內(nèi)部為PMOSFET架構(gòu)，具有防倒充電路的作用，利用熱反饋對充電電流進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，充電電壓固定于4.2V，當(dāng)充電電流在達(dá)到最終浮充電壓之后降至設(shè)定值1/10時(shí)，TP4056將自動終止充電循環(huán)。
[0025](7)本發(fā)明光合有效輻射和窄波段輻射觀測裝置中，顯示屏采用0LED，具有自發(fā)光的特性，功耗低、小巧輕便且屏幕可視角度大的優(yōu)點(diǎn)。
[0026](8)本發(fā)明光合有效輻射和窄波段輻射觀測裝置中，串口數(shù)據(jù)傳輸模塊為PL2303串口模塊，PL2303使用USB接口兩線通信，替代了原來的九針串口，具有體積更小，抗干擾性能更好的優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是本發(fā)明觀測裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0029]圖3是本發(fā)明多波段傳感器模塊結(jié)構(gòu)框圖；
[0030]圖4是本發(fā)明多波段傳感器模塊電路圖；
[0031]圖5是本發(fā)明存儲模塊電路圖；
[0032]圖6是本發(fā)明電源模塊中鋰電池充電管理電路圖；
[0033]圖7是本發(fā)明數(shù)據(jù)傳輸模塊電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0035]本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中，提供了一種用于光合有效輻射和窄波段輻射觀測裝置，如圖1所示:所有器件封裝在一個(gè)長方體的小盒中，本實(shí)施例中，長方體小盒的長寬高依次為 22cm* 10cm*5cm ο
[0036]參見圖2所示:本實(shí)施例觀測裝置包括主控模塊、多波段傳感器模塊1、時(shí)鐘模塊、存儲模塊、電源模塊、顯示模塊和串口數(shù)據(jù)傳輸模塊；這些模塊均焊接在核心電路板2上。其中，主控模塊通過兩路I2C總線連接多波段傳感器模塊；電源模塊包括鋰電池，且該鋰電池上設(shè)有充電芯片；主控模塊通過I2C總線接口連接時(shí)鐘模塊，該時(shí)鐘模塊由鋰電池持續(xù)供電；主控模塊通過4線SPI通信方式連接存儲模塊；主控模塊通過4線SPI通信方式連接顯示模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示。其中，電源模塊中的鋰電池及充電模塊為整個(gè)系統(tǒng)提供電源；多波段傳感器模塊采集外界的光合有效輻射和窄波段輻射，經(jīng)內(nèi)