一种用于光合有效辐射和窄波段辐射观测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于地理遥感实验中光辐射观测仪器技术领域，具体涉及光合有效辐射和窄波段辐射测量装置。
【背景技术】
[0002]在定量遥感研究中经常要测量地表的辐射能量，特别是光合有效辐射和地表辐射。通常情况下，这两个分量是分开测量的，且使用的目的也各不相同:光合有效辐射测量一般用于估算植被光合有效辐射吸收比、叶面积指数等参数；而地表辐射主要是指太阳下行辐射和地表的反射辐射，是研究地表能量平衡的关键要素之一。实际上这两个量之间有一定的关联，比如光合有效辐射的有效波段范围是400-700nm，利用光合有效辐射计可以得到可见光波段的地表辐射。如果把两者的观测结合起来，可以有效提高观测效率、丰富观测参数。
[0003]现有光合有效辐射计主要有两种，一种是单个的光合有效辐射传感器，比如美国L1-C0R公司生产的L1-190光量子传感器以及国内外与之类似的产品。还例如中国专利CN103557934A公开了一种作物冠层内光分布测量装置，其特征在于，包括传感器模块和数据采集模块；所述传感器模块包括光合有效辐射传感器和磁传感器，所述光合有效辐射传感器用于测量植物冠层内待测点的光合有效辐射信息，所述磁传感器用于测量所述待测点的位置信息；所述数据采集模块，与所述传感器模块相连，用于获取所述传感器模块测量得到的光合有效辐射信息以及位置信息，并将所述获取的光合有效辐射信息以及位置信息进行存储。该技术方案传感器模块包括用于采集光合有效辐射信息的光合有效辐射传感器和用于采集位置信息的磁传感器，从而能够对作物冠层内待测点的光合有效辐射信息与位置信息进行同步测量，为人们对作物冠层光分布的认识达到一个更为精确的尺度提供了有效手段。但是它的特点是只有一个传感器模块，安装平台可选，但需要专门的数据采集器进行数据采集。
[0004]另一种是多传感器组成的线阵探头，比如在国内被广泛使用的AccuPAR植物冠层分析仪，它的探杆上包括80个独立的传感器，可以测量整个辐射场的光合有效辐射强度平均值，自带数据采集和处理系统，但由于探杆较长，一般不易搭载在高空平台。
[0005]例如中国专利CN103278242A公开了一种光辐射场均匀性测量装置，其特征在于，所述装置包括有成像系统、旋转系统以及计算机控制系统，其中:所述计算机控制系统对所述旋转系统进行控制，使得所述旋转系统可进行任意角度的旋转；所述成像系统安装于所述旋转系统上，用于对待测光辐射场进行成像，并将获得的数据传输到所述计算机控制系统中。该技术方案通过旋转相机的方式，使得各个像素的光谱响应函数可以随时修正，从而保证所述光辐射场均匀性测量数据的准确性。
[0006]目前流行的地表辐射测量仪主要是日射辐射计，但是上述技术方案中的波段范围一般覆盖整个短波波段范围(300-2800nm左右)，尚没有针对模型模拟等特殊应用的商用窄波段辐射计。另外，虽然现有的辐射计都适用于野外长期观测，但需要单独的数据采集和供电系统，当进行多点移动观测的时候，整套系统就变得非常累赘。
【发明内容】
[0007]为克服现有技术中存在的尚没有针对模型模拟等特殊应用的商用窄波段辐射计，且无法进行多点移动观测的问题，本发明提供了一种用于光合有效辐射和窄波段辐射观测
目.ο
[0008]本发明采用的技术方案为:一种用于光合有效辐射和窄波段辐射观测装置，其特征在于:所述观测装置包括主控模块、多波段传感器模块、时钟模块、存储模块、电源模块、显示模块和串口数据传输模块；所述主控模块通过两路1?总线连接多波段传感器模块；所述电源模块包括锂电池，且该锂电池上设有充电芯片；所述主控模块通过i2c总线接口连接时钟模块，该时钟模块由锂电池持续供电；所述主控模块通过4线SPI通信方式连接存储模块；所述主控模块通过4线SPI通信方式连接显示模块，实现数据的实时显示。
[0009]在此基础上，所述主控模块选择基于ARM Cortex-M3内核的STM32F103RBT6单片机。
[0010]在此基础上，所述多波段传感器模块由五组光强传感器、包括有5个滤光片的滤光片组、余弦矫正器组成，所述五组光强传感器依次分别焊接在电路板上，所述每个滤光片对应安装在每个传感器上面，所述余弦矫正器安装在滤光片上面。
[0011]在此基础上，所述光强传感器是TLS2561光强传感器，该光强传感器内部连接有光敏二极管，实现提供20位动态范围内的光强响应能力。
[0012]在此基础上，滤光片组中的滤光片均为干涉滤光片，直径为12_，该滤光片组包括有五个不同波谱范围的滤光片，所述五个不同波谱范围的滤光片分别为四个窄波波段中心波长和半波宽的645±50nm、858.5±35nm、469±20nm和555±20nm的滤光片，一个宽波波段范围是400-700nm的滤光片。
[0013]在此基础上，所述时钟模块为PHILIPS公司的PCF8563时钟芯片。
[0014]在此基础上，所述存储模块为W25X64串行快闪记忆体。
[0015]在此基础上，所述电源模块由充电芯片和3.7V锂电池组成；所述充电芯片使用TP4056充电管理芯片，实现锂电池充电和红绿LED灯指示充电状态，该充电管理芯片内部为PMOSFET架构，且底部设置带有散热片；所述3.7V锂电池为一块lOOOOmAh可充电电池。
[0016]在此基础上，所述串口数据传输模块为PL2303串口模块。
[0017]在此基础上，所述显示模块为0LED显示屏。
[0018]与现有技术相比，本发明的有益效果如下:
[0019](1)本发明光合有效辐射和窄波段辐射观测装置，方便携带，功耗低，且可以实现光合有效辐射和窄波段辐射的同步观测；并且将供电系统和数据采集系统集成在一个小小的机身上，可以手持操作，也可以搭载在地面、高塔或飞机等不同观测平台上，实现机动性强、功耗低、操作简单方便的野外观测。
[0020](2)本发明光合有效辐射和窄波段辐射观测装置中，多波段传感器模块包括五个波段范围的传感器，可以实现光合有效辐射和四个窄波段辐射的同步观测；集成的供电模块、数据采集和存储模块可以实现数据的自动存储，免去外接数据采集器的麻烦；低功耗设计可以满足野外长期观测的需求；机体轻便易携带。
[0021](3)本发明光合有效辐射和窄波段辐射观测装置中，主控模块是基于ARMCortex-M3内核的STM32F103RBT6单片机，具有高性能、低成本、低功耗的特征；传感器采用TLS2561光强传感器，由于每个光强传感器内部连接光敏二极管，因此具有提供20位动态范围内的光强响应能力，集成的积分式A/D转换器可将光敏电流转换成数字输出。
[0022](4)本发明光合有效辐射和窄波段辐射观测装置中，时钟模块选用PHILIPS公司的PCF8563极低功耗多功能时钟芯片，该时钟芯片接口简单，内部寄存器少，易于操作，具备定时器功能和时钟、中断输出功能，因此本设计利用其中断输出功能来实现数据的均匀米集。
[0023](5)本发明光合有效辐射和窄波段辐射观测装置中，存储模块选用W25X64串行快闪记忆体，用于保存采集的数据，支持标准SPI接口，传输速率最大75MHz，电流消耗低至5毫安主动和1 μΑ的关断，W25X64属于大容量(8Μ)存储器件，可一次性存储上万组数据，擦写次数达数十万次。
[0024](6)本发明光合有效福射和窄波段福射观测装置中，电源模块由充电芯片和3.7V锂电池组成；充电芯片使用ΤΡ4056充电管理芯片，充电管理芯片内部为PMOSFET架构，具有防倒充电路的作用，利用热反馈对充电电流进行自动调节，充电电压固定于4.2V，当充电电流在达到最终浮充电压之后降至设定值1/10时，TP4056将自动终止充电循环。
[0025](7)本发明光合有效辐射和窄波段辐射观测装置中，显示屏采用0LED，具有自发光的特性，功耗低、小巧轻便且屏幕可视角度大的优点。
[0026](8)本发明光合有效辐射和窄波段辐射观测装置中，串口数据传输模块为PL2303串口模块，PL2303使用USB接口两线通信，替代了原来的九针串口，具有体积更小，抗干扰性能更好的优势。
【附图说明】
[0027]图1是本发明整体结构示意图；
[0028]图2是本发明观测装置的系统结构框图；
[0029]图3是本发明多波段传感器模块结构框图；
[0030]图4是本发明多波段传感器模块电路图；
[0031]图5是本发明存储模块电路图；
[0032]图6是本发明电源模块中锂电池充电管理电路图；
[0033]图7是本发明数据传输模块电路图。
【具体实施方式】
[0034]以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0035]本发明的【具体实施方式】中，提供了一种用于光合有效辐射和窄波段辐射观测装置，如图1所示:所有器件封装在一个长方体的小盒中，本实施例中，长方体小盒的长宽高依次为 22cm* 10cm*5cm ο
[0036]参见图2所示:本实施例观测装置包括主控模块、多波段传感器模块1、时钟模块、存储模块、电源模块、显示模块和串口数据传输模块；这些模块均焊接在核心电路板2上。其中，主控模块通过两路I2C总线连接多波段传感器模块；电源模块包括锂电池，且该锂电池上设有充电芯片；主控模块通过I2C总线接口连接时钟模块，该时钟模块由锂电池持续供电；主控模块通过4线SPI通信方式连接存储模块；主控模块通过4线SPI通信方式连接显示模块，实现数据的实时显示。其中，电源模块中的锂电池及充电模块为整个系统提供电源；多波段传感器模块采集外界的光合有效辐射和窄波段辐射，经内