基于卤素灯组合光源的多功能土壤养分快速检测装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了基于卤素灯组合光源的多功能土壤养分快速检测装置，由三大部分组成：检测模块、微处理器、GPS模块，涉及到电源模块、稳压模块、样品模块、检测模块、显示器模块、GPS模块、上网模块、处理器模块以及光源组合方式和结构设计。该土壤养分检测装置微处理器采用嵌入式单板电脑，速度快、内存大、接口丰富，供电简单。检测模块采用USB数据线从微处理器供电。该装置结构紧凑、便于移动和携带、稳定性好，可以同时分析多种土壤养分（氮、磷、钾、有机质）指标，并带有GPS功能方便读出全球经纬坐标实时定位。
【专利说明】基于卤素灯组合光源的多功能土壤养分快速检测装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种土壤养分检测装置，尤其涉及一种基于卤素灯组合光源的多功能土壤养分快速检测装置。
【背景技术】
[0002]土壤养分是由土壤提供给植物生长所须的营养元素，它是反映土壤肥力的重要指标。实时了解土壤的养分信息是数字化农业的基础部分之一，对指导农业科学生产具有重要意义。其中，土壤养分信息主要是指土壤的氮含量、钾含量、磷含量、有机质含量、电导率、湿度等。
[0003]近红外光谱法具有简便、快速、低成本、和多组分同时测定等优点受到人们的重视。检测中光源的设计对结果具有很大的影响，部分专利和产品没有专用的稳压供电电路，受电压波动、光源老化等因素的严重影响。此外，光源的组合和结构设计影响也很大，设计不合理容易检测到很多无用的杂散光，检测精度难以保证。
[0004]目前，国内外的近红外土壤养分信息测试装置的专利和产品，很多都是基于微处理器MSP430系列的，甚至更低级的单片机系统，它们的晶振频率低，运算速度慢，数据和程序内存小，不适合光谱数据的大批量分析，难以实现同时快速检测土壤养分信息。在功能方面也比较单一，难以同时分析多种土壤养分。并且大多数都没有定位功能，在数字化农业精准作业时，还必须配有GPS定位仪，使用起来不便，难以实现田间的实时检测。
【发明内容】
[0005]为了克服技术背景中装置光源设计不合理，处理器速度慢、储存程序及数据少、测试项目单一和不能定位的问题，本发明提供了一种带有GPS的多种土壤养分同时快速检测装置，采用本发明可以满足精准作业的要求。
[0006]本发明是这样实现的，由检测模块、计算机模块、GPS模块组成；其特征在于检测模块连接计算机模块，计算机模块连接GPS模块。所述检测模块包括检测模块卡套、光源布置结构、卤素灯、信号接收器和线性滤光片，检测模块卡套将石英杯子与检测模块连接在一起，所述光源布置结构的两侧对称连接两个卤素灯，在光源布置结构的正下方连有信号接收器，信号接收器连接线性滤光片，其中:检测模块中的2个卤素灯对称布置，与垂直方向成30° ±2°角度，反射光的锥形内孔的锥度为8° ;检测模块采用USB供电。所述计算机模块包括电源模块、稳压模块、上网模块、主板、显示模块；所述主板分别连接上网模块、稳压模块和显示模块，稳压模块连接电源模块；其中:主板采用嵌入式单板电脑PCM9361，带有IGB的DDR2内存和8G硬盘、2个SATA接口、2个RS232接口、3个USB 2.0接口。所述GPS 模块为 Garman GPS25LP ；
电源模块由220V交流供电和12V锂电池组成，负责利用交流电或蓄电池给装置的各部件供电，锂电池可以通过220V交流电充电；稳压模块主要是使电源电压稳定，确保微处理器运行性能稳定；样品模块使用石英杯装样品以减少干扰；检测器中包含2个卤素灯对称布置，与垂直方向成30° (误差可以在2°范围内)，反射光的锥形内孔的锥度为8° ;检测模块采用USB供电，可发射950-1650nm的连续光谱，模数转换16位，最小积分时间100微秒，分辨率为12.5nm，有效采样区域为2x4_ ;显示器模块采用触摸屏可以实现人机对话；GPS模块采用Garman GPS25LP ;上网模块采用无线上网卡；处理器模块采用嵌入式单板电脑，带有IGB的DDR2内存、8G硬盘、2个SATA接口、2个RS232接口、3个USB 2.0接口；显示模块采用8吋800*600分辨率的触屏显示器。
[0007]光谱数据采集模块实现土壤光谱数据的采集；数据分析模块实现对光谱数据预处理、建模、预测，最后土壤养分含量信息。
[0008]本发明与技术背景相比，具有的有益效果是:
(I)检测模块中2个卤素灯对称布置，与垂直方向成30° (误差可以在2°范围内)，反射光的锥形内孔的锥度为8°，能避免大部分的杂散光和其他干扰光，确保检测的准确性。
[0009](2)该土壤养分检测装置与同类的产品最大的不同在于其微处理器和检测模块，微处理器采用嵌入式单板电脑速度快、内存大、接口丰富，由220V交流供电或12V锂电池供电。检测模块采用USB数据线从微处理器供电且光源稳定。
[0010](3)该土壤养分检测装置结构紧凑、便于移动和携带、响应速度快、存储容量大、稳定性好，可以同时分析多个土壤养分指标，并带有GPS功能方便读出全球经纬坐标实时定位。
[0011]【专利附图】
【附图说明】:
图1是本发明电路连接示意图；
图2是12V稳压电路图；
图3是本发明的总体结构示意图；
图4是本发明装样附件局部视图；
图5是检测结构光源布置结构；
图6是本发明的工作过程流程图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图对具体实施进一步详细描述。
[0013]如图1、图4、图5和图6所示，本发明包括石英杯子(I)、土壤样品(2)、检测模块(3)、USB数据线(4)、散热风扇(5)、负极线(6)、正极线(7)、稳压模块(8)、负极线(9)、正极线(10)、电源模块(11)、GPS模块(12)、数据线(13)、上网模块(14)、主板(15)、数据线一
(16)、显示模块(17)、数据线二(18)、样品检测槽(19)、电源开关(20)、机箱(21)、USB2.0接口(22)、USB2.0接口(23)、检测模块卡套(24)、光源布置结构(25)、卤素灯(26)、信号接收器(27)和线性滤光片(28)，所述主板分别主板(15)分别通过数据线(16)、(18)、(13)、(4 )对应连接显示模块(17 )、上网模块(14 )、GPS模块(12 )、检测模块(3 )和上网模块(14 )，所述主板(15)还通过正、负极线(6)、(7)连接稳压模块，所述稳压模块(8)通过正、负极线(9 )、( 10 )连接电源模块(11)，所述检测模块(3 )上连有石英杯子(I)，石英杯子(I)内放置有土壤样品(2)。
[0014]如图6所示，为实现目的，本发明采用的工作流程如下:开启电源，进入系统；打开检测模块；将土样土壤样品放入石英杯子；使用检测模块采集光谱数据；利用软件对数据进行预处理；导入养分模型预测土壤养分含量；将结果显示在屏幕上；必要时使用网络和相关技术人员交流。
[0015]如图1所示，土壤养分测试仪主要由电源模块、稳压模块、样品模块、检测模块、显示模块、GPS模块、上网模块、处理器模块组成。其中:电源模块(11)由220V交流供电和12V锂电池组成，负责利用交流电或蓄电池给装置的各部件供电，锂电池可以通过220V交流电充电；电源经稳压模块(8)后主要是供给主板(15)和散热风扇(5);样品模块包括石英杯子
(I)和土壤样品(2);检测模块(3)发出的光源经过样品反射后并接收信号，然后通过USB线
(4)送到主板(15)中储存和分析；GPS模块(12)通过数据线(13)与主板(15)相连，读取地理位置信息并保存；上网模块(14)通过USB2.0接口( 22)与主板(15)相连；显示模块(17)通过数据线(16)、数据线(18)和主板(15)相连，实现人机对话。
[0016]如图2所示，是12V稳压电路的电路图。
[0017]如图3所示，是装置结构的机箱示意图，机箱(21)上面有一个显示屏(17 )和一个样品检测槽(19 );机箱侧面有电源开关(20 )、USB接口( 22 )和USB接口( 23 )。
[0018]如图4所示，是检测槽的详细结构图，机箱(21)上开有检测槽(19 )用于放置装有土壤样品(2)的石英杯子(I);检测模块卡套(24)和机箱(21)相连上，检测模块(3)通过卡
套固定。
[0019]如图5所示，是检测结构光源布置结构。卤素灯(26)发出光源，经过样品模块的反射通过光源布置结构(25)后，被信号接收器(27)接收，然后通过线性滤光片(28)，再转电路处理。
【权利要求】
1.一种基于卤素灯组合光源的多功能土壤养分快速检测装置，由检测模块、计算机模块、GPS模块组成；其特征在于检测模块连接计算机模块，计算机模块连接GPS模块。
2.根据专利要求I所述的基于卤素灯组合光源的多功能土壤养分快速检测装置，其特征在于所述检测模块包括检测模块卡套(24)、光源布置结构(25)、卤素灯(26)、信号接收器(27)和线性滤光片(28)，检测模块卡套(24)将石英杯子(I)与检测模块(3)连接在一起，所述光源布置结构(25 )的两侧对称连接两个卤素灯(26 )，在光源布置结构(25 )的正下方连有信号接收器(27)，信号接收器(27)连接线性滤光片(28)，其中:检测模块中的2个齒素灯对称布置，与垂直方向成30° ±2°角度,反射光的锥形内孔的锥度为8° ;检测模块(3)采用USB供电。
3.根据专利要求I所述基于卤素灯组合光源的多功能土壤养分快速检测装置，其特征在于:所述计算机模块包括电源模块(11)、稳压模块(8)、上网模块(14)、主板(15)、显示模块(17);所述主板(15)分别连接上网模块(14)、稳压模块(8)和显示模块(17)，稳压模块(8)连接电源模块(11);其中:主板(15)采用嵌入式单板电脑PCM9361，带有IGB的DDR2内存和8G硬盘、2个SATA接口、2个RS232接口、3个USB 2.0接口。
4.根据专利要求I所述的根据专利要求I所述基于卤素灯组合光源的多功能土壤养分快速检测装置，其特征在于，所述GPS模块(20)为Garman GPS25LP。
【文档编号】G01N21/01GK103471996SQ201310428923
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月20日 优先权日:2013年9月20日
【发明者】刘燕德, 熊松盛, 郝勇, 张光伟, 孙旭东 申请人:华东交通大学