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RGB叶绿素仪的优化与其测量回归模型

作　者: 张素娟
导　师: 何明霞
学　校: 天津大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 叶绿素吸光度多元线性回归模型 RGB叶绿素仪
分类号: TH79
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 45次
引　用: 2次
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内容摘要

便携式叶绿素仪是测量植物叶片叶绿素相对含量的仪器,具有实时、快速、非破坏性的优点。利用便携式叶绿素仪测量植物叶片叶绿素相对含量可以指导氮肥施用,为研究植物生理特性、挖掘生产潜力和品种资源等提供科学依据。介绍了一种全面优化改造了的,以颜色传感器TCS230为核心器件的便携式RGB叶绿素仪,并建立了其测量回归模型。根据朗伯-比耳定律和吸光度加和性,对RGB叶绿素仪测量叶绿素含量的方法进行分析与推理,得出红光、绿光、蓝光三种颜色光的吸光度与叶绿素含量为线性关系,得到RGB叶绿素仪测量叶绿素含量时的多元线性测量回归模型。当植物品种改变时,回归模型的系数也会发生改变。测量回归模型系数可以通过数学工具处理RGB叶绿素仪测量数据和标准叶绿素含量获得。对不同绿色程度彩纸测量,初步证明了这种测量方法的有效性;并用RGB叶绿素仪、叶绿素仪SPAD502测量黄瓜叶片,得到了RGB叶绿素仪测量黄瓜叶片叶绿素含量的回归模型系数;比较了RGB叶绿素仪、SPAD502仪测量黄瓜叶片叶绿素含量的效果。RGB叶绿素仪测量的本质是:红、绿、蓝三种颜色光的吸光度与样品中被测物质的含量线性相关。因此,该仪器也可用于其它生物信息的测量,将其用于红发夫酵母菌中虾青素含量的测量。根据RGB仪的测量回归模型,分析其测量数据与标准虾青素含量间的关系,得到其测量虾青素含量时回归模型系数,建立测量方程。使用RGB仪测量红发夫酵母,将测量数据带入测量红发夫酵母中虾青素含量的方程,便可以得到虾青素含量。与其他方法相比,RGB仪法可以很方便的选出虾青素产量较高的红发夫酵母菌种。RGB叶绿素仪包括锂离子电池供电电源部分、LED白光光源部分、主单片机控制单元、从单片机控制单元四部分。对已有的原理样机进行了全面的优化改进,包括:锂电池供电功能、电压转换功能、主从单片机通讯功能、数据的U盘式存储功能和红、绿、蓝三种颜色光光强信息的自动采集功能的实现,主单片机的重新选择,吸光度的计算,并对RGB仪的机械结构进行了重新设计。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-13
  1.1 引言  9-10
  1.2 叶绿素含量测量常用方法  10-11
    1.2.1 分光光度计法  10
    1.2.2 计算机视觉法  10
    1.2.3 叶绿素仪法  10-11
  1.3 便携式RGB叶绿素仪的研究现状  11-12
  1.4 本文主要工作  12-13
第二章仪器简介与其测量模型的分析建立  13-20
  2.1 RGB叶绿素仪的组成  13-14
  2.2 测量原理的分析与多元线性回归模型的建立  14-18
    2.2.1 分光光度计测量叶绿素含量  14-16
    2.2.2 SPAD502 测量叶绿素含量  16
    2.2.3 RGB叶绿素仪多元线性回归测量模型建立  16-18
  2.3 RGB叶绿素仪工作流程  18-19
  2.4 本章小节  19-20
第三章信号处理电路与机械结构设计  20-38
  3.1 锂电池及其充电电路  20-23
    3.1.1 锂电池  20-21
    3.1.2 锂电池充电电路  21-23
  3.2 电压转换电路  23-25
  3.3 主单片机选择与传感器TC5230 颜色通道控制电路  25-26
  3.4 U盘式海量数据存储电路设计  26-31
    3.4.1 从单片机与CH375 的连接  27-30
    3.4.2 CH375 外围接口电路  30-31
  3.5 主从单片机通讯电路设计  31-34
  3.6 机械结构设计  34-37
    3.6.1 仪器特点  34-35
    3.6.2 设计原则  35
    3.6.3 机械结构详细介绍  35-37
  3.7 本章小节  37-38
第四章数据采集处理与存储程序设计  38-52
  4.1 红光、绿光、蓝光光强对应方波信号的自动采集  39
  4.2 吸光度的计算  39-40
  4.3 主单片机PIC18F452 与从单片机SST89e581d串行通讯  40-45
    4.3.1 主单片机PIC18F452 数据发送设计  40-43
    4.3.2 从单片机SST89e581d数据接收设计  43-45
  4.4 U盘式海量数据存储程序设计  45-52
    4.4.1 USB数据存储协议  45-47
    4.4.2 文件级子程序库简介  47-48
    4.4.3 子程序库对U盘的读写方式  48
    4.4.4 子程序库对文件长度的操作  48-50
    4.4.5 U盘式数据存储软件总流程  50-52
第五章 RGB仪测量黄瓜叶片叶绿素含量实验  52-61
  5.1 原有实验总结与改进  52-54
  5.2 测试光源LED光强范围测定  54-55
  5.3 测试光源光强稳定性实验  55-56
  5.4 彩纸实验验证 RGB 仪测量原理的有效性  56-58
    5.4.1 多元线性回归方程及其显著性检验  56-57
    5.4.2 RGB 仪彩纸测试试验  57-58
  5.5 黄瓜叶片测试实验  58-60
    5.5.1 RGB仪测量黄瓜叶片叶绿素含量模型  58-59
    5.5.2 RGB 叶绿素仪与 SPAD502 测量数据比较  59-60
  5.6 本章小节  60-61
第六章 RGB叶绿素仪测量虾青素含量实验  61-64
  6.1 虾青素研究的意义  61-62
  6.2 红发夫酵母中虾青素含量的测定  62
  6.3 实验与实验总结  62-63
    6.3.1 菌株的测量与实验数据的处理  62-63
    6.3.2 实验结果分析  63
  6.4 本章小节  63-64
第七章全文总结和工作展望  64-66
参考文献  66-69
发表论文和参加科研情况说明  69-70
致谢  70

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