[發明專利]活體植物葉片氣孔成像觀測儀

有效

• 申請號: 201610105376.8
• 申請日: 2016-02-26
• 公開（公告）號: CN105738366B
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 陳愛軍;冷國強;李東升;汪成立;陳穎
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 王佳健

1.活體植物葉片氣孔成像觀測儀，包括電源模塊、MCU最小系統模塊、系統內存擴展模塊、SD卡存儲模塊、時鐘模塊、4.3寸電容觸摸屏接口模塊、電壓檢測模塊、舵機遮光模塊、攝像頭接口模塊，其特征在于：電源模塊用于給整個系統提供電能；4.3寸電容觸摸屏通過排線連接至MCU最小系統模塊，用于實現人機交互；時鐘模塊連接至MCU最小系統模塊，用于為整個系統提供時間基準；電壓檢測模塊，輸入端為電源模塊中的鉛蓄電池，輸出端連接至MCU最小系統模塊的AD接口，用于檢測電源模塊中的鉛蓄電池的剩余電量；舵機遮光模塊連接至MCU最小系統模塊的PWM接口，用于控制遮光板的轉向；SD卡存儲模塊連接至MCU最小系統模塊的SDIO接口，用于保存拍攝的葉片氣孔圖像；系統內存擴展模塊連接至MCU最小系統模塊的FSMC接口，用于為系統擴展內存空間；攝像頭接口模塊連接至MCU最小系統模塊的IIC接口和GPIO接口；

所述的電源模塊提供+3.3V、+5V電壓；

所述的電源模塊包括三個穩壓芯片U1、U2、U3、一個12V接插口P2、一個鉛蓄電池接插口P1、一個USB接口、一個鑰匙開關接口P3、兩個單刀雙擲開關S1、S2、一個電源指示燈接口P4、兩個TVS管D2、D4、兩個防接反二極管D1、D3、三個可恢復保險絲F1、F2、F3、一個續流二極管D5、五個鉭電容C1、C2、C9、C11、C12、七個瓷片電容C3、C4、C5、C8、C10、C13、C14、七個電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、一個功率電感L1、兩個電解電容C6、C7；12V接插口P2一端接鑰匙開關接口P3的一端，另一端接地，鑰匙開關接口P3的另一端接單刀雙擲開關S1的第三引腳、可恢復保險絲F2的一端，單刀雙擲開關S1的第一引腳懸空不接，單刀雙擲開關S1的第二引腳接可恢復保險絲F1的一端，可恢復保險絲F1的另一端接TVS管D2的陰極、防接反二極管D1的陽極，TVS管D2的陽極接地，防接反二極管D1的陰極接鉭電容C2的正極、瓷片電容C4的一端、穩壓芯片U1的第一引腳，鉭電容C2的負極、瓷片電容C4的另一端接地，穩壓芯片U1的第二引腳接電阻R1的一端并至地，電阻R1的另一端、鉭電容C1的負極、瓷片電容C3的一端并至地，鉭電容C1的正極接瓷片電容C3的另一端并引出一個+5V電壓端子，可恢復保險絲F2的另一端接TVS管D4的陰極、防接反二極管D3的陽極，TVS管D4的陽極接地，防接反二極管D3的陰極接電解電容C6的正極、瓷片電容C5的一端、穩壓芯片U2的第一引腳，電解電容C6的負極接瓷片電容C5的另一端、電阻R2的一端、穩壓芯片U2的第三引腳并至地，電阻R2的另一端接穩壓芯片U2的第五引腳，穩壓芯片U2的第二引腳接續流二極管D5的陰極、功率電感L1的一端，續流二極管D5的陽極接電解電容C7的負極、瓷片電容C8的一端并至地，功率電感L1的另一端接電解電容C7的正極、瓷片電容C8的另一端、穩壓芯片U2的第四引腳、單刀雙擲開關S2的第一引腳，USB接口的第一引腳接單刀雙擲開關S2的第三引腳，第二、三引腳懸空不接，第四引腳接地，單刀雙擲開關S2的第二引腳接可恢復保險絲F3的一端，可恢復保險絲F1的另一端接鉭電容C9的正極、瓷片電容C10的一端、穩壓芯片U3的第三引腳，鉭電容C9的負極接瓷片電容C10的另一端、穩壓芯片U3的第一引腳、鉭電容C12的負極、瓷片電容C13的一端、電阻R6、R7的一端并至地，鉭電容C12的正極接瓷片電容C13的另一端、穩壓芯片U3的第二引腳、電阻R3、R5的一端并引出+3.3V模擬電壓端子，電阻R3、R5的另一端連接一起并接鉭電容C11的正極、瓷片電容C14的一端、電阻R4的一端并引出+3.3V數字電壓端子，電阻R4的另一端接電源指示燈接口P4的第一引腳，電源指示燈接口P4的第二引腳接鉭電容C11的負極、瓷片電容C14的另一端、電阻R6、R7的另一端并至地；鉛蓄電池接插口P1的第一引腳接鉛蓄電池的正極，第二引腳接地；所述電源模塊U1型號為LM7805V，U2型號為LM2596-5V ，U3型號為LM1117-3.3V；

所述的MCU最小系統模塊包括一個直插晶振Y1、一個無源四腳晶振U4、一個硬件看門狗芯片U7、一個按鍵S3、一個二位撥碼開關S4、一個JTAG接口、一個鉭電容C36、一個MCU芯片U5、二十一個瓷片電容C59、C15、C16、C19、C20、C21、C22、C24、C25、C26、C27、C28、C29、C30、C31、C32、C33、C34、C35、C37、C38、十一個電阻R9、R10、R13、R15、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22；直插晶振Y1的一端接瓷片電容C15的一端、MCU芯片U5的第八引腳，直插晶振Y1的另一端接瓷片電容C16的一端、MCU芯片U5的第九引腳，瓷片電容C15的另一端接瓷片電容C16的另一端并至地，無源四腳晶振U4的第四、第二引腳分別接地，無源四腳晶振U4的第一引腳接瓷片電容C19的一端、電阻R9的一端、MCU芯片U5的第二十三引腳，電阻R9的另一端接瓷片電容C20的一端、無源四腳晶振U4的第三引腳、MCU芯片U5的第二十四引腳，瓷片電容C19的另一端接瓷片電容C20的另一端并至地，鉭電容C27的正極接3.3V模擬電壓端、瓷片電容C15的一端、電阻R11、R12的一端、微處理器U3的第三十二、三十三引腳，鉭電容C36的正極接+3.3V模擬電壓端子、瓷片電容C37的一端、電阻R13的一端、MCU芯片U5的第三十二、三十三引腳，鉭電容C36的負極接瓷片電容C37的另一端至地，電阻R13的另一端接+3.3V數字電壓端子、瓷片電容C25、C26、C27、C28、C29、C30、C31、C32、C33、C34、C35的一端、MCU芯片U5的第十七、第三十九、第五十二、第六十二、第七十二、第八十四、第九十五、第一百零八、第一百二十一、第一百三十一、第一百四十四引腳，瓷片電容C25、C26、C27、C28、C29、C30、C31、C32、C33、C34、C35的另一端至地，電阻R20的一端接MCU芯片U5的第一百三十八引腳，電阻R20的另一端接二位撥碼開關S4的第一、第二引腳，二位撥碼開關S4的第四引腳接瓷片電容C38的一端，瓷片電容C38的另一端接二位撥碼開關S4的第三引腳并至地，電阻R21的一端接地，另一端接MCU芯片U5的第四十八引腳，JTAG接口的第一、第二引腳接+3.3V數字電壓端子、瓷片電容C24的一端、瓷片電容C59的一端、電阻R15、R16、R17、R19的一端，瓷片電容C24、C59的另一端接地，電阻R15、R16、R17、R19的另一端分別接MCU芯片U5的第一百三十四、第一百一十、第一百零五、第一百三十三引腳、JTAG接口U8的第三、第五、第七、第十三引腳，電阻R18一端接地，電阻R18的另一端接MCU芯片U5的第一百零九引腳、JTAG接口U8的第九引腳，JTAG接口U8的第十五引腳接MCU芯片U5的第二十五引腳、硬件看門狗芯片U7的第一引腳，JTAG接口U8的第四、第六、第八、第十、第十二、第十四、第十六、第十八、第二十引腳接電阻R22的一端，電阻R22的另一端接地，硬件看門狗芯片U7的第二引腳接地，第三引腳接電阻R10的一端、按鍵S3的一端、瓷片電容C22的一端，電阻R10的另一端接+3.3V數字電壓端子，按鍵S3的另一端接瓷片電容C22的另一端并至地，硬件看門狗芯片U7的第四引腳接MCU芯片U5的第五引腳，硬件看門狗芯片U7的第五引腳接瓷片電容C21的一端、+3.3V數字電壓端子，瓷片電容C21另一端接地；所述的MCU最小系統模塊U5型號為STM32F103ZET6，U7型號為TPS3823-3.3；

所述的系統內存擴展模塊包括一個1MB的靜態存儲芯片U6、一個電阻R8、兩個瓷片電容C17、C18；靜態存儲芯片U6的第一、第二、第三、第四、第五、第十八、第十九、第二十、第二十一、第二十二、第二十三、第二十四、第二十五、第二十六、第二十七、第四十二、第四十三、第四十四、第二十八引腳分別接MCU芯片U5的第十、第十一、第十二、第十三、第十四、第十五、第五十、第五十三、第五十四、第五十五、第五十六、第五十七、第八十七、第八十八、第八十九、第九十、第八十、第八十一、第八十二引腳，靜態存儲芯片U6的第六引腳接電阻R8的一端、MCU芯片U5的第一百二十五引腳，電阻R8的另一端接+3.3V數字電壓端子，靜態存儲芯片U6的第十一引腳接瓷片電容C17的一端、+3.3V數字電壓端子，瓷片電容C17的另一端接靜態存儲芯片U6的第十二引腳并至地，靜態存儲芯片U6的第七、第八、第九、第十、第十三、第十四、第十五、第十六、第二十九、第三十、第三十一、第三十二、第三十五、第三十六、第三十七、第三十八引腳分別接MCU芯片U5的第八十五、第八十六、第一百一十四、第一百一十五、第五十八、第五十九、第六十、第六十三、第六十四、第六十五、第六十六、第六十七、第六十八、第七十七、第七十八、第七十九引腳，靜態存儲芯片U6的第十七引腳接MCU芯片U5的第一百一十九引腳，靜態存儲芯片U6的第三十三引腳接瓷片電容C18的一端、+3.3V數字電壓端子，瓷片電容C18的另一端接靜態存儲芯片U6的第三十四引腳并至地，靜態存儲芯片U6的第三十九引腳接MCU芯片U5的第一百四十一引腳，靜態存儲芯片U6的第四十引腳接MCU芯片U5的第一百四十二引腳，靜態存儲芯片U6的第四十一引腳接MCU芯片U5的一百一十八引腳；所述的系統內存擴展模塊U6型號為IS61WV51216BLL；

所述的SD卡存儲模塊包括一個TF卡插座、六個電阻R24、R25、R26、R27、R28、R29、三個瓷片電容C39、C40、C43；電阻R24、R25、R26、R27、R28一端接+3.3V數字電壓端子、瓷片電容C39的一端，瓷片電容C39的另一端接地，電阻R24、R25、R26、R27、R28的另一端分別接TF卡插座的第三、第二、第一、第八、第七引腳、MCU芯片U5的第一百一十六、第一百一十二、第一百一十一、第九十九、第九十八引腳，TF卡插座的第五引腳接MCU芯片U5的第一百一十三引腳，TF卡插座的第四引腳接+3.3V數字電壓端子、瓷片電容C43的一端，瓷片電容C43的另一端接TF卡插座的第六引腳至地，TF卡插座的第十、第十一、第十二、第十三引腳接地，TF卡插座的第九引腳接電阻R29的一端、MCU芯片U5的第九十七引腳，電阻R29的另一端接瓷片電容C40的一端、+3.3V數字電壓端子，瓷片電容C40的另一端接地；

所述的時鐘模塊包括一個直插晶振Y2、一個紐扣電池BT1、兩個瓷片電容C45、C46、三個電阻R44、R45、R46、一個時鐘芯片U10；時鐘芯片U10的第一引腳接瓷片電容C45的一端、+3.3V數字電壓端子，瓷片電容C45的另一端接地，直插晶振Y2的一端接時鐘芯片U10的第二引腳，另一端接時鐘芯片U10的第三引腳，時鐘芯片U10的第四引腳接地，時鐘芯片U10的第五、第六、第七引腳分別接電阻R44、R45、R46的一端、MCU芯片U5的第三、第二、第一引腳，電阻R44、R45、R46的另一端均接+3.3V數字電壓端子，時鐘芯片U10的第八引腳接紐扣電池BT1的正極、瓷片電容C46的一端，紐扣電池BT1的負極接瓷片電容C46的另一端并至地；所述的時鐘模塊U10型號為DS1302；

所述的4.3寸電容觸摸屏接口模塊包括一個34針的接插口U11、三個瓷片電容C56、C57、C58；接插口U11第一、第二、第三、第四、第五引腳分別接MCU芯片U5的第一百二十七、第五十六、第一百一十九、第一百一十八、第二十五引腳，接插口U11的第六、第七、第八、第九、第十、第十一、第十二、第十二、第十三、第十四、第十五、第十六、第十七、第十八、第十九、第二十、第二十一引腳分別接MCU芯片U5的第八十五、第八十六、第一百一十四、第一百一十五、第五十八、第五十九、第六十、第六十三、第六十四、第六十五、第六十六、第六十七、第六十八、第七十七、第七十八、第七十九引腳，接插口U11的第二十二引腳接地，第二十三引腳接MCU芯片U5的第四十七引腳，第二十四引腳接瓷片電容C56的一端、+3.3V數字電壓端子，第二十五引腳接瓷片電容C57的一端、+3.3V數字電壓端子，第二十六、第二十七引腳接地，第二十七引腳接瓷片電容C58的一端、+5V電壓端子，第二十九、第三十、第三十一、第三十三、第三十四引腳分別接MCU芯片U5的第四十二、第四十三、第四十四、第四十、第四十一引腳，U11的第三十二引腳懸空，瓷片電容C57的另一端接地，瓷片電容C57、C58的另一端接地；

所述的電壓檢測模塊包括一個光耦U12、一個限幅二極管D9、一個NPN三極管Q2、一個PNP三極管Q1、九個電阻R23、R30、R31、R32、R33、R34、R37、R38、R39、三個瓷片電容C41、C42、C44；光耦U12的第一引腳接電阻R31、R32的一端，電阻R31的另一端接MCU芯片U5的第四引腳，電阻R31的另一端接光耦U12的第二引腳并至地，光耦U12的第三引腳接電阻R34的一端，電阻R34的另一端接電阻R37的一端、三極管Q2第二引腳，電阻R37的另一端接地，光耦U12的第四引腳接瓷片電容C42的一端、+5V電壓端子，瓷片電容C42的另一端接地，三極管Q2第一引腳接地，三極管Q2第三引腳電阻R23、R30的一端，電阻R23的另一端接鉛蓄電池接插口P1的第一引腳、三極管Q1的第一引腳，電阻R30的另一端接三極管Q1的第二引腳，三極管Q1的第三引腳接電阻R33的一端，電阻R33的另一端接電阻R38、R39的一端，電阻R39的另一端接地，電阻R38的另一端接瓷片電容C44的一端、限幅二極管D9的陽極、MCU芯片U5的第三十五引腳，瓷片電容C44的另一端接地，限幅二極管D9的陰極接瓷片電容C41的一端、+3.3V模擬電壓端子，瓷片電容C41的另一端接地；所述的電壓檢測模塊U12型號為TLP521；

所述的舵機遮光模塊包括一個光耦U13、一個插接口P8、兩個電阻R40、R41、一個鉭電容C50、三個瓷片電容C49、C51、C52；光耦U13的第一引腳懸空，第二引腳接電阻R40的一端，電阻R40的另一端接MCU芯片U5的四十六引腳，光耦U13的第三引腳接地，第四引腳懸空，第五引腳接地，第六引腳接電阻R41的一端、插接口P8的第二引腳，電阻R41的另一端接瓷片電容C52的一端、+5V電壓端子，瓷片電容C52的另一端接瓷片電容C49的一端并至地，瓷片電容C49的另一端接+5V電壓端子，光耦U13的第七引腳懸空，

插接口P8的第一引腳接地，第三引腳接鉭電容C50的正極、瓷片電容C51的一端，鉭電容C50的負極接瓷片電容C51的另一端至地；所述的舵機遮光模塊U13型號為6N137；

所述的攝像頭接口模塊包括一個插接口P9、三個電阻R52、R53、R54、一個瓷片電容C54；插接口P9的第一引腳接瓷片電容C54的一端、+3.3V數字電壓端子，瓷片電容C54的另一端接地，插接口P9的第二、第四、第六、第八、第十、第十二、第十四、第十六引腳分別接MCU芯片U5的第一百三十九、第一百四十、第六十九、第七十、第七十三、第七十四、第七十五、第七十六引腳，插接口P9的第三、第五、第七、第十一、第十三、第十五引腳分別接MCU芯片U5的一百三十三、第一百三十二、第一百二十九、第三十四、第一百三十五、第一百三十四引腳，插接口P9的第九引腳懸空，第十七引腳接電阻R52的一端，電阻R52的另一端接MCU芯片U5的第一百二十八引腳，插接口P9的第十九引腳接地，第十八引腳分別接電阻R54、MCU芯片U5的第一百三十六引腳，插接口P9的第二十引腳接R53的一端、MCU芯片U5的一百三十七引腳，電阻R54、R53的另一端均接+3.3V數字電壓端子。