[發明專利]LED脈沖光源式作物冠層植被指數測定系統

在審

• 申請號: 201710702273.4
• 申請日: 2017-08-16
• 公開（公告）號: CN107389613A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 李修華;王策;陳佐鵬;黃大根;李炳南;陳曉
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: G01N21/47
• 分類號: G01N21/47
• 代理公司: 廣西南寧明智專利商標代理有限責任公司45106
• 代理人: 農勁風

1.一種LED脈沖光源式作物冠層植被指數測定系統，其特征是：包括傳感器、控制器和電源電路三個部分；

所述傳感器包括主動光源模塊、光學系統模塊、信號調理與采樣模塊；主動光源模塊設有一組紅光LED和一組近紅外LED以及脈沖驅動電路，由控制器輸出脈沖信號來控制脈沖驅動電路交替驅動紅光LED組和近紅外LED組，使紅光LED組和近紅外LED組實現交替發光和脈沖閃爍，以作為主動式LED脈沖光源；光學系統模塊包括一個收集光源反射光的凸透鏡和一個接收光源反射光并轉換成電流信號的光電探測器，光電探測器通過轉換電路將其輸出的電流信號轉換為電壓信號向后級的信號調理與采樣模塊輸出；信號調理與采樣模塊包括濾波電路、放大電路和A/D采樣電路，從光學系統模塊傳來的電壓信號依次經濾波、放大和A/D采樣后，轉換為紅光和近紅外反射光強的數字信號向外輸出至控制器；

所述控制器包括MCU模塊、按鍵模塊、數據存儲模塊、顯示模塊，其中按鍵模塊、數據存儲模塊、顯示模塊均與MCU模塊相連接；MCU模塊接收傳感器信號調理與采樣模塊的A/D采樣電路傳來的紅光和近紅外反射光強的數字信號，根據相應算法計算歸一化植被指數（NDVI），將紅光和近紅外的NDVI值輸出至顯示模塊顯示，并根據按鍵模塊的操作將數據存儲至數據存儲模塊，MCU模塊還向傳感器的主動光源模塊的脈沖驅動電路輸出脈沖信號；按鍵控制模塊設有系統復位按鍵、監測開始按鍵和存儲數據按鍵；

所述電源電路采用鋰電池進行供電，并設有電壓轉換電路，電壓轉換電路將電池供電轉換成5V和3.3V電壓以對整個系統進行供電。

2.根據權利要求1所述的測定系統，其特征是：所述紅光LED和近紅外LED分別采用中心波段為650nm的紅光LED和中心波段為850nm的近紅外LED，所述光電探測器采用LSSPD-3.5光電二極管。

3.根據權利要求1所述的測定系統，其特征是：所述控制器的MCU模塊輸出脈沖頻率為100 Hz的脈沖信號至主動光源模塊的脈沖驅動電路，并控制脈沖驅動電路對紅光及近紅外LED以10Hz的頻率進行交替驅動。

4.根據權利要求1所述的測定系統，其特征是：本測定系統將傳感器、控制器和電源電路組裝成一個一體式測量儀器，其中傳感器部分采用一個空心圓柱筒作為外殼進行封裝，紅光LED和近紅外LED交替排列成圓形并均布在外殼底面的圓周上，凸透鏡設置在外殼空心筒內的下部，使外殼空心筒與外部隔離，光電探測器設置在外殼空心筒內凸透鏡的上方，紅光LED和近紅外LED脈沖驅動電路和光電探測器的轉換電路設置在外殼空心筒內。

5.根據權利要求1所述的測定系統，其特征是：在主動光源模塊的電路中，脈沖驅動電路采用2片LED恒流驅動芯片LM3519芯片LM1和LM2分別對紅光LED組和近紅外LED組進行驅動；由中心波段為650nm的紅光LED D2～D5正向串接形成一個紅光LED組，紅光LED組的負極接LM1芯片的3腳，紅光LED組的正極接LM1芯片的4腳，LM1芯片的1腳“En”端通過插口input1接收控制器傳來的脈沖信號；由中心波段為850nm的近紅外LED D6～D9正向串接形成一個近紅外LED組，近紅外LED組的負極接LM2芯片的3腳，近紅外LED組的正極接LM2芯片的4腳，LM2芯片的1腳“En”端通過插口input2接收控制器傳來脈沖信號。

6.根據權利要求1所述的測定系統，其特征是：在光學系統模塊的電路中，光電探測器采用LSSPD-3.5光電二極管，LSSPD-3.5光電二極管VD1的N極接可調電阻R1的調節端，可調電阻R1的一端接VCC電源，另一端接模擬地AGND；光電二極管VD1的GND極接模擬地AGND；光電二極管VD1的P極串接電阻R2后接模擬地AGND，電阻R2的兩端電壓通過接口Vout向后級的信號調理與采樣模塊輸出。