一种便携式苗木花色预测仪及预测方法
【专利摘要】一种便携式苗木花色预测仪及预测方法，壳体内有白色光源、样品室、仪器电路和七段数码管显示窗，仪器电路连接七段数码管显示窗。首先，进行仪器标定，将各种样品放到样品室中进行检测，取得相应的数据会存储到单片机中，然后进行对预测的苗木花进行色素提取，将从苗木中提取的色素放在样品室中，用平行白色光源照射样品，色敏二极管VD1、VD2接收光信号，仪器会自动显示与样品颜色对应的光波波长，以达到预测苗木花色的目的。本发明结构简单，实用性好，识别性强，革新了传统的间接光波波长测量法及光波波长的测量原理,从苗木上直接提取色素，预测苗木花朵颜色,在花草苗木开花之前就知道它们花期时花的颜色，以便于绿化、园林设计。
【专利说明】一种便携式苗木花色预测仪及预测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及花色预测装置，具体涉及一种便携式苗木花色预测仪及预测方法。
【背景技术】
[0002]阳春三月，繁花似锦，万紫千红，把大自然点缀的瑰丽多姿。如此艳丽斑斓的各种花色是怎样形成的呢？这一神秘面纱现已被科学揭开。花冠的颜色是由花瓣细胞里的色素决定的，色素的种类很多，与花的颜色有关的色素主要是花青素、类黄酮和类胡萝卜素。花青素存在于细胞液中，含花青素的花瓣可呈现出红、蓝、紫等颜色。花青素在酸性溶液中呈现红色，在碱性溶液中呈现蓝色，在中性溶液中呈现紫色。花瓣中的类胡萝卜素主要存在于有色体中，不同种类的类胡萝卜素，能使花显出黄色，橙黄色或橙红色。类黄酮，也以糖甙形式存在于花瓣细胞液中，可呈现出从浅黄至深黄的各种花色。细胞液碱性越强，其黄色变得越深，反之，如酸性越强，其黄色变得就越浅。花的颜色是花青素、类黄酮和类胡萝卜素的种类，含量多少及酸碱度等共同作用的结果。白花是因为细胞液里不含色素的缘故。食品科学研究发现，某些色素对人健康有重要影响。如胡萝卜每100克含有胡萝卜素1.35?17.25毫克胡萝卜素，是土豆的360倍，是芹菜的36倍。胡萝卜素被人体吸收后可转化为维生素A，能提高人体免疫力、有抗癌防病作用。再如花青素(类黄酮)临床研究中显示花青素，在治疗循环系统失调、血管的静脉曲张、动脉和静脉上的失调都有所帮助。花青素在欧洲，也已被用来强化微细血管、增强胶质、改善脑功能，并在体内作为抗氧化物，且它对肾脏似乎也有一种特殊的亲和力，可帮助强化肾小球内较为脆弱的微细血管。
[0003]鉴于以上好处，近年来国内外对食品的色素及色素含量研究较多，采用的方法是测定色素光谱，或测定颜色，如TCS230色敏传感器，主要用于图书文献分类，FPGA传感器，主要用于工业控制和产品制造。苗木花色检测仪器还未见到。
【发明内容】
[0004]随着物资文明的提高，人们对文化、精神文明也有了较高的追求，城市绿化、园林建设需要购置许多花草苗木，为在花草苗木开花之前就知道它们花期时花的颜色，以便于绿化、园林设计，特别作了本仪器设计。
[0005]本发明技术方案按照下述方法实现:
[0006]一种便携式苗木花色预测仪，包括设置在壳体内有白色光源、样品室、仪器电路和七段数码管显示窗；所述的白色光源设置在壳体一侧，样品室设置在白色光源一侧，样品室连接仪器电路，仪器电路连接七段数码管显示窗。
[0007]所述的仪器电路包括色敏二极管和电路板。
[0008]所述的电路板包括对数运算电路、放大电路和单片机控制的直流5V电压表。
[0009]所述的单片机控制的直流5V电压表包括A/D转换器、触发器、驱动器。
[0010]所述的色敏二极管VD1、Vd2负极相连，色敏二极管Vdi正极连接对数运算电路OP1,色敏二极管Vd2正极连接运算电路OP2，对数运算电路OP1输出端通过电阻R3连接放大电路OP3的正向输入端，对数运算电路OP2输出端通过电阻R1连接放大电路OP3的反向输入端，放大电路OP3并联电阻R2，放大电路OP3通过电阻R5连接高增益运算放大电路的正向输入端，高增益运算放大电路的反向输入端连接电阻R4,高增益运算放大电路并联电阻R6,高增益运算放大电路输出端连接A/D转换器的第20引脚，最后信号经单片机处理后由驱动电路显示出与波长对应的电平。
[0011]所述的R1, R3> R4^R5 为 1K Ω，所述的 R2、R6 为 100K Ω。
[0012]便携式苗木花色预测仪的预测方法，
[0013]a.仪器标定:将各种样品放到样品室中进行检测，取得相应的数据会存储到单片机中，以便在以后的花色检测中进行比对。
[0014]b.色素提取:花青素、类黄酮属水溶性物质，胡萝卜素溶于有机溶剂，色素存在于苗木的花瓣、枝干的内层软皮中，提取花青素和类黄酮时，可将苗木的花瓣、甜皮在容器中用纯净水或乙醇浸泡，提取胡萝卜素需用甲醇、乙醚或录仿溶剂浸泡，胡萝卜素不溶于乙醇；
[0015]c.电源启动:接通电源后仪器进入工作状态；
[0016]d.苗木花色预测:将从苗木中提取的色素放在样品室中，用平行白色光源照射样品，色敏二极管VD1、Vd2接收光信号，七段数码管显示窗会自动显示与样品颜色对应的光波波长，以达到预测苗木花色的目的。
[0017]所述的样品要选择有代表性的色素进行检测，如红色、蓝色或绿色，溶液的浓淡、温度对测量数据也会造成一定的影响，要在外在条件基本相同的条件下进行测量。
[0018]本发明的有益效果:
[0019]本发明结构简单，实用性好，识别性强，革新了传统的间接光波波长测量法及光波波长的测量原理，从苗木上直接提取色素，预测苗木花朵颜色，在花草苗木开花之前就知道它们花期时花的颜色，以便于绿化、园林设计。此外，本发明还可以用于其他物资的颜色识别与检测。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为苗木花色预测仪结构示意图；
[0021]图2苗木花色为预测仪电路原理图；
[0022]I—壳体，2—白色光源，3—样品室，4一色敏二极管，5—七段数码管显示窗，6—电路板。
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图，通过具体实施例对本发明技术方案做进一步的说明。
[0024]如图1、图2所示，图1为苗木花色预测仪结构示意图，图2苗木花色为预测仪电路原理图。
[0025]一种便携式苗木花色预测仪，包括设置在壳体I内有白色光源2、样品室3、仪器电路和七段数码管显示窗5 ；白色光源2设置在壳体I 一侧，样品室3设置在白色光源2 —侧，样品室3连接仪器电路，仪器电路连接七段数码管显示窗5。仪器电路包括色敏二极管4和电路板6。电路板6包括对数运算电路、放大电路和单片机控制的直流5V电压表。单片机控制的直流5V电压表包括A/D转换器、触发器、驱动器。
[0026]色敏二极管4采用硅光电二极管pnl30，由结深不同的两个P_N结二极管构成，浅结的二极管是P+-N结；深结的二极管是P-N结，故又称光电双结二极管。当有入射光照射时，P+、N、P三个区域及其间的势垒区中都有光子吸收，但效果不同，紫外光部分吸收系数大，经过很短距离已基本吸收完毕。在此，浅结的即是光电二极管对紫外光的灵敏度高，而红外部分吸收系数较小，这类波长的光子则主要在深结区被吸收。因此，深结的那只光电二极管对红外光的灵敏度较高。在半导体中不同的区域对不同的波长分别具有不同的灵敏度，这一特性给我们提供了将这种器件用于颜色识别的可能性，也就是可以用来测量光的波长。将两只结深不同的光电二极管组合，就构成了可以测定波长的半导体色敏传感器。在具体应用时，应先对该色敏器件进行标定。也就是说，测定不同波长的光照射下，该器件中两只光电二极管短路电流的比值ISD2/ISD1，Isdi是浅结二极管的短路电流，它在短波区较大。Isd2是深结二极管的短路电流，它在长波区较大。因而二者的比值与人射单色光波长的关系就可以确定。根据标定的曲线，实测出某一单色光时的短路电流比值，即可确定该单色光的波长。
[0027]本设计采用两路对数运算电路，将光信号转换成电信号。两路对数运算电路的放大电路Op1和放大电路Op2采用op07芯片。op07芯片是一低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于op07芯片具有非常低的输入失调电压(叩07八最大为2511￥)，所以op07芯片在很多应用场合不需要额外的调零措施。op07芯片同时具有输入偏置电流低(op07A为±2nA)和开环增益高(op07A为300V/mV)的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得op07芯片特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等。有关性能指标为超低偏移:150 μ V最大；低输入偏置电流:1.8ηΑ;低失调电压漂移:0.5 μ V/°C;超稳定时间:2μ V/month最大；高电源电压范围:±3V至±22V。
[0028]UA741单运放是高增益运算放大器。这种单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。
[0029]色敏二极管Vd2正极连接运算电路OP2，对数运算电路OP1输出端通过电阻R3连接放大电路OP3的正向输入端，对数运算电路OP2输出端通过电阻R1连接放大电路OP3的反向输入端，放大电路OP3并联电阻R2，放大电路OP3通过电阻R5连接高增益运算放大电路的正向输入端，高增益运算放大电路的反向输入端连接电阻R4，高增益运算放大电路并联电阻R6，高增益运算放大电路输出端连接A/D转换器的第20引脚，最后信号经单片机处理后由驱动电路显示出与波长对应的电平。R1HR5* 1KΩ , R2^R6 % 100ΚΩ。
[0030]本发明的工作原理:
[0031]两路对数运算电路OPpOP2及放大电路OP3组成颜色检测电路，当有光线照射到色敏二极管VD1、Vd2上时，由于两色敏二极管VD1、Vd2对不同波长光的灵敏度不同，两色敏二极管VD1、VD2所产生的短路电流ISD1、ISD2不同，而两者的比值与入射单色光的波长就可以确定。在电流比较小的时候，色敏二极管VD1、VD2两端加上的电压和流过的电流之间存在近似对数关系，即对数运算电路OPp OP2输出分别于InIsra、InIsil2成正比例，放大电路OP3取它们的差，输出为U。= C(lnISD2-lnISD1) = Cln (lnISD2/lnISD1)，其中C为比例常数。U。经高增益运算放大电路UA741放大后输送给A/D转换电路ADC0809，经单片机处理后由驱动电路2803显示出与波长对应的电平。
[0032]便携式苗木花色预测仪的预测方法:
[0033]a.仪器标定:将各种样品放到样品室3中进行检测，取得相应的数据会存储到单片机中，以便在以后的花色检测中进行比对。
[0034]b.色素提取:花青素、类黄酮属水溶性物质，胡萝卜素溶于有机溶剂，色素存在于苗木的花瓣、枝干的内层软皮中，提取花青素和类黄酮时，可将苗木的花瓣、甜皮在容器中用纯净水或乙醇浸泡，提取胡萝卜素需用甲醇、乙醚或录仿溶剂浸泡，胡萝卜素不溶于乙醇；
[0035]c.电源启动:接通电源后仪器进入工作状态；
[0036]d.苗木花色预测:将从苗木中提取的色素放在样品室中，用平行白色光源2照射样品，色敏二极管VD1、Vd2接收光信号，七段数码管显示窗5会自动显示与样品颜色对应的光波波长，以达到预测苗木花色的目的。
[0037]样品要选择有代表性的色素进行检测，如红色、蓝色或绿色，溶液的浓淡、温度对测量数据也会造成一定的影响，要在外在条件基本相同的条件下进行测量。
【权利要求】
1.一种便携式苗木花色预测仪，其特征在于:包括设置在壳体内有白色光源、样品室、仪器电路和七段数码管显示窗；所述的白色光源设置在壳体一侧，样品室设置在白色光源一侧，样品室连接仪器电路，仪器电路连接七段数码管显示窗。
2.根据权利要求1所述的一种便携式苗木花色预测仪，其特征在于:所述的仪器电路包括色敏二极管和电路板。
3.根据权利要求2所述的一种便携式苗木花色预测仪，其特征在于:所述的电路板包括对数运算电路、放大电路和单片机控制的直流5V电压表。
4.根据权利要求3所述的一种便携式苗木花色预测仪，其特征在于:所述的单片机控制的直流5V电压表包括A/D转换器、触发器、驱动器。
5.根据权利要求4所述的一种便携式苗木花色预测仪，其特征在于:所述的色敏二极管Vm、VD2负极相连，色敏二极管Vdi正极连接对数运算电路OP1，色敏二极管Vd2正极连接运算电路OP2，对数运算电路OP1输出端通过电阻R3连接放大电路OP3的正向输入端，对数运算电路OP2输出端通过电阻R1连接放大电路OP3的反向输入端，放大电路OP3并联电阻R2，放大电路OP3通过电阻R5连接高增益运算放大电路的正向输入端，高增益运算放大电路的反向输入端连接电阻R4，高增益运算放大电路并联电阻R6，高增益运算放大电路输出端连接A/D转换器的第20引脚，最后信号经单片机处理后由驱动电路显示出与波长对应的电平。
6.根据权利要求5述的一种便携式苗木花色预测仪，其特征在于:所述的RpR3、R4、R5为 1K Ω，所述的 R2, R6 为 100Κ Ω。
7.一种利用权利要求1?6所述便携式苗木花色预测仪的预测方法，其特征在于: a.仪器标定:将各种样品放到样品室中进行检测，取得相应的数据会存储到单片机中，以便在以后的花色检测中进行比对； b.色素提取:花青素、类黄酮属水溶性物质，胡萝卜素溶于有机溶剂，色素存在于苗木的花瓣、枝干的内层软皮中，提取花青素和类黄酮时，可将苗木的花瓣、甜皮在容器中用纯净水或乙醇浸泡，提取胡萝卜素需用甲醇、乙醚或录仿溶剂浸泡，胡萝卜素不溶于乙醇； c.电源启动:接通电源后仪器进入工作状态； d.苗木花色预测:将从苗木中提取的色素放在样品室中，用平行白色光源照射样品，色敏二极管VD1、Vd2接收光信号，七段数码管显示窗会自动显示与样品颜色对应的光波波长，以达到预测苗木花色的目的。
8.一种利用权利要求7所述便携式苗木花色预测仪的预测方法，其特征在于:所述的样品要选择有代表性的色素进行检测，如红色、蓝色或绿色，溶液的浓淡、温度对测量数据也会造成一定的影响，要在外在条件基本相同的条件下进行测量。
【文档编号】G01N21/27GK104316474SQ201410624311
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月7日 优先权日:2014年11月7日
【发明者】王兆敏 申请人:徐州工程学院