TSL230은 식물 잎의 수분 함량을 측정하기 위한 신속하고 비파괴적인 현장 감지 장비를 개발했습니다. 이 기사에서는 기기의 작동 원리, 하드웨어 구성, 소프트웨어 설계 및 교정 모델에 대해 설명합니다.
이 장비를 사용하면 신호 획득 회로가 단순화되고 노이즈 유입이 줄어들며 신호 획득 정확도가 향상됩니다.
키워드: TSL230, 살아있는 식물 잎, 수분 감지
중국 분류 번호: TH744 문서 식별 코드: A
농업에서 식물에 물이 부족한지 확인하는 것은 매우 필요합니다
. 현장에서 식물 수분 함량 정보를 신속하게 얻기 위해 식물 잎의 수분 함량을 테스트할 수 있습니다. 근적외선 영역의 물의 분광 특성을 바탕으로
980nm를 수분 흡수의 특성 파장으로 선택하고 890nm를 기준 파장으로 사용하여 예측 모델을 구축합니다. 이 시스템은 투과 방식을 사용하여
근적외선 LED에서 제공되는 광원을 측정합니다. 980nm의 파장에서는 잎에 있는 엽록소와 기타 성분에 의한 빛의 흡수가 매우 작습니다. 동일한 식물의 잎에서는 투과된 빛의 강도가 무시되고 시료의 두께와 투과율에 영향을 받습니다.
빛의 경로가 불규칙한 효과 나뭇잎에 수분이 많으면 빛을 더 많이 흡수하고, 수분이 적으면 빛을 덜 흡수하게 됩니다. 나뭇잎을 놓은 후 나뭇잎의 중심을 판단할 수 있습니다.
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수분 함량.
1. 시스템 하드웨어 설계 및 구현
기기의 전체 설계는 모듈식 사고를 채택하고 MSP430 초저전력 마이크로컨트롤러가 핵심으로 선택됩니다. 시스템의. 각 하위 모듈은 광원, 감지기, 온도 센서, LCD 디스플레이, 키보드 제어, 데이터 저장, 직렬 통신 등입니다. 하드웨어 시스템의 신호 획득 부분에는 광원, 협대역 간섭 필터
광 시트, 샘플 챔버 및 검출기가 포함됩니다. 광원과 필터를 사용하여 특정 파장의 단색광을 생성하고, 이는 시료 챔버의 시료를 투과하는 작용광으로 사용되며, 투과된 빛은 빛에 의한 정보 분석이 됩니다.
광신호를 감지하고 측정하기 위한 일반적인 방법은 광전 센서를 사용하여 광신호를 전류 또는 전압 형태의 전기 신호로 변환하는 것입니다.
일반 광전 센서에서 출력되는 전기 신호는 상대적으로 약하고 간섭 정보를 전달하므로
연산 증폭기를 사용하여 신호를 증폭하고 필터 회로를 설계해야 합니다. 필터
노이즈 제거. 처리된 신호는 아날로그 신호이며, 마이크로컨트롤러가 이를 인식하고 처리하려면 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위해 A/D(아날로그
디지털) 변환기를 사용해야 합니다. 이 방법은 회로 구조가 복잡하고 간섭 신호가 유입되기 쉽기 때문에 시스템 신호 대 잡음비가 감소하여 측정 정확도에 영향을 미칩니다.
이 시스템은 TI의 TSL230을 감지기로 사용합니다. 이 장치는 고급 LinCMOS 기술을 채택하고 주로 폴리실리콘 포토다이오드와 단일 칩 CMOS 전류-주파수 통합 변환기로 구성됩니다. 빛의 강도는 다음과 같이 변환됩니다.
문서 번호: 1009-2374 (2011) 01--0030-02
해당 펄스 주파수는 해상도가 매우 높으며 주변 구성 요소의 영향을 받지 않습니다. . 비선형 오류는 출력 주파수가 100KHz일 때 0.2에 불과합니다. 외부 부품 없이도 고해상도 광주파수 변환을 완료할 수 있습니다
. 그림 1은 조명과 출력 주파수 간의 대응 관계를 보여줍니다. 시스템 광원 890nm 및 980nm
의 파장은 TSL230의 스펙트럼 응답 범위에 있으며 이는 이 시스템의 측정 요구 사항에 적합합니다.
TSL230의 감도와 주파수 분할 출력은 프로그램으로 제어할 수 있습니다.
1.1 TSL230 감도 및 주파수 분할 계수 설정
프로그래밍 가능한 광 주파수 변환기 TSL230의 감광 부분은 10×10
실리콘 광전 튜브로 구성됩니다. 광전지는 빛 신호를 조명된 빛의 강도에 정비례하는 전류의 강도로 변환합니다. 감도 변경의 본질은 라이트 튜브 어레이의 유효 영역을 변경하고 전자 조리개 기술을 사용하여 유효 광 직경을 제어하여 감도 제어 목적을 달성하는 것입니다. TSL230의 감도에는 1×, 10×, 100×의 세 가지 레벨이 있으며 입력 핀 S0 및 S1을 설정하여 선택할 수 있습니다. 감도를 변경하면 출력 주파수의 전체 범위가 변경됩니다.
TSL230 출력 주파수의 주파수 분할은 전류/주파수 변환기의 기본 신호 출력을 계산하는 내부 프로그래밍 가능 카운터에 의해 수행됩니다
성공했습니다. 주파수 분할 계수는 출력 끝의 S2 및 S3에 의해 제어됩니다. 신호는 1, 2, 10 및 100으로 나눌 수 있습니다. 출력 신호는 구형파입니다.
1.2 TSL230 및 마이크로컨트롤러 인터페이스 회로
시스템은 MSP430 내부에 두 개의 16비트 타이머 TA 및 TB를 사용합니다.
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TA는 16비트 타이머와 다중 비교/캡처 채널로 구성됩니다.
TB는 TA에 비해 캡쳐 비교 모듈에 비교 래치를 추가한 것 외에 다른 메커니즘은 TA와 거의 동일합니다.
시스템 소프트웨어 설정 TA는 외부 펄스 신호를 캡처하는 데 사용되고 TB는 타이밍에 사용됩니다. 검출기 TSL230은 광 강도를 구형파 또는 펄스 신호 출력으로 변환하며, 이는 MSP430의 TA 입력 인터페이스에 연결됩니다. TA는 주파수 신호를 캡처하고 인터럽트 기능에서 처리되는 인터럽트를 생성합니다. /p>
TB는 타이머 작동 모드를 선택하고, 높은 수준과 낮은 수준을 전환하는 특정 시간을 설정하고, TB 인터럽트에서 TA 계산을 제어합니다.
만들어졌다. 전체 프로세스는 다음과 같습니다. TSL230이 외부 광 강도를 수신하고 광 강도를 TA가 마이크로 컨트롤러로 캡처하는 주파수 신호로 변환한 후 TB가 설정한 시간 내에 마이크로 컨트롤러 캡처된 신호는 다음과 같습니다. 카운트되고 빛의 강도는 카운트 값에 비례합니다. TSL230과 마이크로컨트롤러 사이의 인터페이스 회로는 그림 2에 나와 있습니다. 그 중
IO 포트 P63 및 P64는 TSL230, P65 및 P66의 감도를 설정하는 데 사용됩니다
주파수 분할 출력을 제어하고 P11은 주파수 신호를 출력합니다.
2 소프트웨어 설계
시스템의 소프트웨어 설계는 마이크로 컨트롤러 소프트웨어 드라이버와 호스트 컴퓨터 인터페이스 설계의 두 부분으로 나뉩니다. 마이크로컨트롤러 소프트웨어는 모듈식 프로그래밍을 채택하여 각각 데이터 수집, 계산, 표시 및 데이터 전송을 완료합니다
. 상위 컴퓨터 소프트웨어 부서는
PC의 직렬 포트를 통해 전송되는 데이터의 저장, 그래픽 디스플레이
및 수분 예측 구현으로 구분됩니다.
3 실험 및 분석
실험 대상은 붉은눈잎입니다. 이 장비는 나뭇잎의 스펙트럼 정보를 측정하고 측정 데이터를 업로드하는 데 사용됩니다. PC. 건조법을 사용하여 잎 수분의 표준 함량을 측정하고
잎 수분 함량의 생중량 비율(즉, 수분의 실제 값)을 계산합니다.
흡광도와 수분의 실제 값 사이의 수학적 모델을 설정합니다. 보정 세트와 예측 세트는 무작위입니다. 그림 3은 무작위 조건 중 하나에서 예측 세트의 수분 예측 값과 실제 수분 값 사이의 산점도입니다. 예측 결과와 실제 수분 값 사이의 상관 관계는 0.9에 도달했습니다. 장비의 광원 부분은 하나의 수분 특성 파장만 사용하므로 신호 획득 모듈
에서 수분 특성 파장의 광원을 추가하여 예측 무작위성을 향상시킬 수 있습니다. 수분
예측의 안정성과 정확성.
4 결론
테스트 장비는 주로 MSP430 마이크로 컨트롤러, 광 주파수 변환기
TSL230, 메모리 및 기타 회로로 구성되며 구조가 간단하고 안정성이 있습니다. 및 반복성
우수한 성능, 쉬운 조작, 작은 크기(15cm×8cm×3cm), 저렴한 비용
초저전력 소모, 우수한 휴대성, 상용화 실현 용이 악기
제품의 변신.
참고자료