题目：基于光谱技术的植物生化参数无损检测系统研制

植物叶片生化参数是研究植物生态系统和生理机制的重要参数，是诊断植物营养状况的重要依据。光谱技术是绿色分析技术，具有分析速度快、精度高、成本低、操作方便等特点。近年来，利用植物叶片的光谱特性对其生化参数的实时监测和准确检测一直是精准农业中的研究热点。针对常规理化分析手段的弊端和现有生化参数检测仪的不足，本课题提出应用可见-近红外光谱分析技术，研制一快速、实时、无损的植物叶片生化参数检测系统，实现对多参数的同时测量。首先，本文根据光谱分析技术的相关理论，从测量方式、测量波段以及建模方法的选用三个方面研究无损植物叶片生化参数检测的基础性问题。主要通过实验对比分析了漫反射和透射两种测量方式在灵敏度、重复性、建模效果上的差异和特性，确定透射为测量方式；以已有研究结论为依据，结合相关系数法在不同波段建模探讨，综合考虑其他因素，确定500～1000 nm为测量波段；采用不同的光谱预处理方法、多元校正方法摸索建立校正模型，确定五点三次平滑、PLS为定标过程中的数据处理方法。然后，采用结构化、模块化的设计思想，对整套检测系统进行了开发，主要包括叶片夹具、光源驱动电路、微处理器系统软硬件的设计。本系统选择卤钨灯作为光源，选用USB4000作为微型光谱仪；设计的叶片夹具将光源和SMA905集成在其内部，与系统的其它部分通过电缆相接，不仅光路结构简单，还具有采样精准、携带方便、操作灵活等特点；设计的光源驱动电路在恒压供电的同时，还能自动控制光源的发光时机和输出不同测量状况所需的电压，既满足了光源的特性和采样的模式，又避免了探测器的饱和；设计的以TMS320F2812为核心的微处理器系统，实现了数据的采集、处理、显示和上传等功能。最后，通过定标实验建立了植物叶片叶绿素和水分的定量分析模型，并验证了检测系统对叶绿素的测量能力。结果表明，该系统对叶绿素的测量精度为1.6 SPAD单位，重复性为±1.0 SPAD单位，基本满足实际检测应用的要求。