[实用新型]基于单波段光量子通量密度模型的光照检测设备

说明书

技术领域

本实用新型属于光照强度检测技术领域，特别涉及一种基于单波段光量子通量密度模型的光照检测设备。 

背景技术

光合作用是绿色植物将光能转化为自身化学能的过程，在光合作用研究中，光照检测与控制仍然是一个比较薄弱环节。现阶段的光照检测设备的研究开发主要集中在基于光度学系统(单位为lx)和能量学系统（单位为W/m²）的光照检测设备，光度学系统采用的光照度单位不能很好的反映光照和光合速率之间的关系已经被逐渐放弃；能量学系统由于其不能反映PAR能量和生物产量之间的数量关系，给光合作用的研究带来不便；此外，可见光中除400-700nm波段的光谱外其它特定波段的光谱对植物的生长也具有不可替代的作用。 

近年来，现代生物技术特别是光合作用机理的研究为精确光照检测系统提供了定量理论基础，量子学系统的提出，已将光合作用的研究带入了一个新的领域，研究表明植物光合有效辐射光量子通量密度（PFD）与参与光化学反应的物质之间具有明确的定量关系，因此，如何在现有光照传感器基础上实现对植物分波段光量子通量密度的检测已经成为一个急需解决的问题。 

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种基于单波段光量子通量密度模型的光照检测设备，采用现有可见光光照传感器，通过基于太阳高度角的单波段光量子通量密度算法实现可见光光强和植物分波段光量子通量密度转换，获得PFD数据。系统在采用现有可见光光照传感器的基础上通过软件方式实现对特定波段光量子通量密度的检测，在现有光照传感器的基 础上，降低了开发成本，提高了系统的准确性、通用性和可扩展性。 

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是： 

一种基于单波段光量子通量密度模型的光照检测设备，包括： 

传感器模块，用于在一个自然年内的某段时间，连续测量每天同一时间下的可见光总光强； 

用户交互模块，用于设置系统日期及检测波段，并通过液晶屏显示环境实时信息； 

控制模块，接所述传感器模块与用户交互模块，接收所述传感器模块测量到的可见光总光强； 

GPS模块，用于获得所在地实时精准的纬度信息，实现太阳高度角计算相关因子的获取； 

SD卡模块，对光照传感器采集的信息进行实时存储，并通过以SIM900为核心的GPRS模块实现数据的无线传输； 

电源模块，用于对整个系统供电。 

所述传感器模块为可见光光照传感器。 

所述控制模块以STC12C5A60S2单片机为核心处理器，根据系统时间和地理信息利用公式计算太阳高度角，利用Matlab拟合得到的太阳高度角与特定波段所可见光的比例计算实时光强百分比bandper，根据公式实现对不同太阳高度角下特定波段光子通量密度的检测，其中，H为太阳高度角，，为纬度；δ为赤纬；ω为太阳实时时角，δ=23.5°sin0.986d，d为检测日与当年春分日间隔日数，ω=(hour-12+min/60) ×15°；hour表示测量时间的小时取值，min表示测量时间的分钟取值，测量时间计量采取北京时间24小时制，VL为可见光总光强，h为普朗克常量，c为真空波速；λ为测定波段的平均波长，n为阿伏伽德罗常数。 

本实用新型根据系统时间和纬度计算太阳高度角，结合环境实时光照强度 实现特定波段PFD数据精确采集，与现有技术相比具有以下特点： 

（1）应用范围广，本系统采用软件方式实现全波段自然光光强和的定波段PFD的转换，可根据不同作物对光谱的吸收特性，检测特定波段PFD； 

（2）检测信息更精确，系统采用量子学系统作为计量单位，与参与光合反应的物质之间具有明确的定量关系，且引入太阳高度角对自然光光谱的影响，实验数据更加可靠； 

（3）扩展性强，本系统加入SD卡和SIM900模块，实现实时数据的存储与无线传输，系统可应用于光合作用环境信息的检测和温室补光等领域。 

附图说明

图1是本实用新型系统原理图。 

图2是本实用新型系统工作总流程图。 

图3是本实用新型实施例中红光占可见光比例与太阳高度角对应关系的拟合曲线。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本实用新型的实施方式。 

如图1所示，为本实用新型系统原理图，包括电源模块、传感器模块、以STC12C5A60S2单片机为核心处理器的控制模块、SIM900模块、SD卡模块以及按键和液晶组成的用户交互模块。