部电路转换成数字信号；时钟模块提供信号采集的准确时间；传感器模块采集的数字信号和时钟模块采集的时间信息由主控模块读取，显示在显示模块上，并同步存储在存储模块中；数据传输模块通过USB接口 4将数据传输到电脑和服务器。因此本实施例的观测装置方便携带，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。
[0037]优选的，本实施例中的主控模块为基于ARM Cortex-M3内核的STM32F103RBT6单片机。
[0038]本实施例的多波段传感器模块由五组光强传感器10、包括有5个滤光片6的滤光片组、余弦矫正器5组成，每组光强传感器10、滤光片6和余弦矫正器5组成一个多通道辐射传感器1，光强传感器10依次分别焊接在核心电路板2上，滤光片6对应安装在光强传感器10上面，余弦矫正器5安装在滤光片6上面。进一步参见图3所示，是本发明的多波段传感器模块结构框图，作为优选的，光强传感器10选用为TLS2561，它内部的光敏二极管具有提供20位动态范围内近似的光强响应能力，集成的积分式A/D转换器可将光敏电流转换成数字输出。滤光片是定制的干涉滤光片，直径12mm，有五个不同波谱范围的滤光片6，其中四个窄波波段中心波长和半波宽分别是645 土 50nm，858.5 土 35nm，469 土 20nm，555 土 20nm，一个宽波波段范围是400-700nm。余弦矫正器5材质为聚四氟乙稀，直径12mm，厚度4mm。本实施例中多波段传感器模块包括五个波段范围的传感器，可以实现光合有效福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。
[0039]上述多波段传感器模块的光强信号采集过程是:入射光从不同角度照射到余弦矫正器上，经余弦矫正器校正后被定制的干涉滤光片过滤，只有相应波段的入射光才能透过滤光片被TLS2561光强传感器接收；被光强传感器接收到的光首先经光敏二极管转换成电流信号，然后经过内置的A/D转换器将电流信号转换成数字信号。
[0040]进一步参见如图4所示，光强传感器TLS2561芯片为六引脚S0P-6封装，如图4中的，5个光强传感器TLS2561芯片分别为U5、U6、U9、U10和U11，每个光强传感器TLS2561芯片设置有六引脚，分别为引脚1、引脚2、引脚3、引脚4、引脚5和引脚6，每个传感器除了电源引脚和通信引脚外还有一个地址引脚ADDR(引脚2)，可以对应VCC、GND、Float三个地址，U5的引脚6接入U10的引脚6上，U5的引脚4接入U10的引脚4上，每个光强传感器的引脚3接地，引脚1接电容并接地，由图可以看出设计中使用了两路I2C总线，最多可以驱动六路传感器。
[0041]优选的，时钟模块选择为PHILIPS，公司的PCF8563时钟芯片。
[0042]作为优选的，存储模块为W25X64串行快闪记忆体。参见图5所示，W25X64大容量存储器为八脚S0P-8封装，具有时钟脚、片选脚、主入从出和主出从入脚，如图5所示:W25X64的引脚4接地，引脚8接电容并接地，且可以与主控制器进行标准4线SPI通信，本器件的最大特点就是体积小、容量大。
[0043]进一步参见图6，电源模块中锂电池选用型号为TP4056锂离子电池，TP4056是完整的单节锂离子电池采用恒定电流/恒定电压线性充电器，为八脚分装，其中，引脚3接地，引脚4接电容接地，引脚5接电容接地，而且，其内部有防倒充电路因此外部不需要设置专门的隔离二极管，体积小、外围器件少让它更加广泛应用在使用USB或者适配器充电的便携式电子设备中。同时TP4056还具有两个电压指示灯并具有温度检测和欠压闭锁功能。还可以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。
[0044]作为进一步的优选，串口数据传输模块为PL2303串口模块。上述提到的PL2303芯片是由Prolific公司生产的一种高度集成的RS232-USB接口转换器，提供RS232全双工异步串行通信装置与USB功能接口便利联接的解决方案，该芯片内置USB功能控制器、USB收发器、振荡器和带有全部调制解调器控制信号的UART。
[0045]进一步参见图7，该芯片具有28个引脚，其中，引脚28和引脚27的端口分别接入Y1两端，再分别接上电容1和电容2，最后均接地，引脚26、引脚25、引脚23、引脚22和引脚21分别进行接地，引脚24、19、12、13和14均不接入任何接口，引脚20接入电容6 —端，且引脚20上接了 USB，引脚18先接入电容6另一端后接地，引脚17接入电容7和电容8后接地，并与引脚4接入同一个电阻8，引脚16和引脚15分别接入电阻12和电阻11后接入市售芯片440478-1，引脚1接入电阻4，引脚2接入引脚9，引脚3和引脚10均接入引脚11，引脚5接入电阻5，引脚6接入电阻7并入引脚4，引脚7接地。该芯片作为USB/RS232双向转换器，一方面从主机接收USB数据并将其转换为RS232信息流格式发送给外设；另一方面从RS232外设接收数据转换为USB数据格式传送回主机。这些工作全部由器件自动完成，开发者无需考虑固件设计。通过利用USB块传输模式，利用庞大的数据缓冲器和自动流量控制，PL2303HX能够实现更高的吞吐量比传统的UART(通用异步收发器)端口，高达115200bps的波特率可用于更高的性能使用。
[0046]作为进一步优选，本实施例的显示模块选择0LED显示屏3，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。
[0047]上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
【主权项】
1.一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I2C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。2.根据权利要求1所述的用于光合有效辐射和窄波段辐射观测装置，其特征在于:所述主控模块选择基于ARM Cortex-M3内核的STM32F103RBT6单片机。3.根据权利要求1所述的用于光合有效辐射和窄波段辐射观测装置，其特征在于:所述多波段传感器模块由五组光强传感器(10)、包括有5个滤光片￠)的滤光片组、余弦矫正器(5)组成，所述五组光强传感器(10)依次分别焊接在核心电路板(2)上，所述每个滤光片(6)对应安装在每组光强传感器(10)上面，所述余弦矫正器(5)安装在滤光片(6)上面。4.根据权利要求3所述的用于光合有效辐射和窄波段辐射观测装置，其特征在于:所述光强传感器(10)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。5.根据权利要求3所述的用于光合有效辐射和窄波段辐射观测装置，其特征在于??滤光片组中的滤光片(6)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(6)，所述五个不同波谱范围的滤光片(6)分别为四个窄波波段，中心波长和半波宽为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。6.根据权利要求1所述的用于光合有效辐射和窄波段辐射观测装置，其特征在于:所述时钟模块为PHILIPS公司的PCF8563时钟芯片。7.根据权利要求1所述的用于光合有效辐射和窄波段辐射观测装置，其特征在于:所述存储模块为W25X64串行快闪记忆体。8.根据权利要求1所述的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。9.根据权利要求1所述的用于光合有效辐射和窄波段辐射观测装置，其特征在于:所述串口数据传输模块为PL2303串口模块。10.根据权利要求1所述的用于光合有效辐射和窄波段辐射观测装置，其特征在于:所述显示模块为0LED显示屏(3)。
【专利摘要】本发明提供了一种用于光合有效辐射和窄波段辐射观测装置，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。本发明的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。
【IPC分类】G01J1/02, G01J1/00
【公开号】CN105424175
【申请号】CN201510783973
【发明人】周红敏, 王锦地, 张华彪
【申请人】北京师范大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年11月16日