一種便攜式苗木花色預(yù)測(cè)儀及預(yù)測(cè)方法
【專(zhuān)利摘要】一種便攜式苗木花色預(yù)測(cè)儀及預(yù)測(cè)方法，殼體內(nèi)有白色光源、樣品室、儀器電路和七段數(shù)碼管顯示窗，儀器電路連接七段數(shù)碼管顯示窗。首先，進(jìn)行儀器標(biāo)定，將各種樣品放到樣品室中進(jìn)行檢測(cè)，取得相應(yīng)的數(shù)據(jù)會(huì)存儲(chǔ)到單片機(jī)中，然后進(jìn)行對(duì)預(yù)測(cè)的苗木花進(jìn)行色素提取，將從苗木中提取的色素放在樣品室中，用平行白色光源照射樣品，色敏二極管VD1、VD2接收光信號(hào)，儀器會(huì)自動(dòng)顯示與樣品顏色對(duì)應(yīng)的光波波長(zhǎng)，以達(dá)到預(yù)測(cè)苗木花色的目的。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用性好，識(shí)別性強(qiáng)，革新了傳統(tǒng)的間接光波波長(zhǎng)測(cè)量法及光波波長(zhǎng)的測(cè)量原理,從苗木上直接提取色素，預(yù)測(cè)苗木花朵顏色,在花草苗木開(kāi)花之前就知道它們花期時(shí)花的顏色，以便于綠化、園林設(shè)計(jì)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種便攜式苗木花色預(yù)測(cè)儀及預(yù)測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及花色預(yù)測(cè)裝置，具體涉及一種便攜式苗木花色預(yù)測(cè)儀及預(yù)測(cè)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]陽(yáng)春三月，繁花似錦，萬(wàn)紫千紅，把大自然點(diǎn)綴的瑰麗多姿。如此艷麗斑斕的各種花色是怎樣形成的呢？這一神秘面紗現(xiàn)已被科學(xué)揭開(kāi)?；ü诘念伾怯苫ò昙?xì)胞里的色素決定的，色素的種類(lèi)很多，與花的顏色有關(guān)的色素主要是花青素、類(lèi)黃酮和類(lèi)胡蘿卜素?；ㄇ嗨卮嬖谟诩?xì)胞液中，含花青素的花瓣可呈現(xiàn)出紅、藍(lán)、紫等顏色?；ㄇ嗨卦谒嵝匀芤褐谐尸F(xiàn)紅色，在堿性溶液中呈現(xiàn)藍(lán)色，在中性溶液中呈現(xiàn)紫色。花瓣中的類(lèi)胡蘿卜素主要存在于有色體中，不同種類(lèi)的類(lèi)胡蘿卜素，能使花顯出黃色，橙黃色或橙紅色。類(lèi)黃酮，也以糖甙形式存在于花瓣細(xì)胞液中，可呈現(xiàn)出從淺黃至深黃的各種花色。細(xì)胞液堿性越強(qiáng)，其黃色變得越深，反之，如酸性越強(qiáng)，其黃色變得就越淺?；ǖ念伾腔ㄇ嗨?、類(lèi)黃酮和類(lèi)胡蘿卜素的種類(lèi)，含量多少及酸堿度等共同作用的結(jié)果。白花是因?yàn)榧?xì)胞液里不含色素的緣故。食品科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，某些色素對(duì)人健康有重要影響。如胡蘿卜每100克含有胡蘿卜素1.35?17.25毫克胡蘿卜素，是土豆的360倍，是芹菜的36倍。胡蘿卜素被人體吸收后可轉(zhuǎn)化為維生素A，能提高人體免疫力、有抗癌防病作用。再如花青素(類(lèi)黃酮)臨床研究中顯示花青素，在治療循環(huán)系統(tǒng)失調(diào)、血管的靜脈曲張、動(dòng)脈和靜脈上的失調(diào)都有所幫助?；ㄇ嗨卦跉W洲，也已被用來(lái)強(qiáng)化微細(xì)血管、增強(qiáng)膠質(zhì)、改善腦功能，并在體內(nèi)作為抗氧化物，且它對(duì)腎臟似乎也有一種特殊的親和力，可幫助強(qiáng)化腎小球內(nèi)較為脆弱的微細(xì)血管。
[0003]鑒于以上好處，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)食品的色素及色素含量研究較多，采用的方法是測(cè)定色素光譜，或測(cè)定顏色，如TCS230色敏傳感器，主要用于圖書(shū)文獻(xiàn)分類(lèi)，F(xiàn)PGA傳感器，主要用于工業(yè)控制和產(chǎn)品制造。苗木花色檢測(cè)儀器還未見(jiàn)到。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]隨著物資文明的提高，人們對(duì)文化、精神文明也有了較高的追求，城市綠化、園林建設(shè)需要購(gòu)置許多花草苗木，為在花草苗木開(kāi)花之前就知道它們花期時(shí)花的顏色，以便于綠化、園林設(shè)計(jì)，特別作了本儀器設(shè)計(jì)。
[0005]本發(fā)明技術(shù)方案按照下述方法實(shí)現(xiàn):
[0006]一種便攜式苗木花色預(yù)測(cè)儀，包括設(shè)置在殼體內(nèi)有白色光源、樣品室、儀器電路和七段數(shù)碼管顯示窗；所述的白色光源設(shè)置在殼體一側(cè)，樣品室設(shè)置在白色光源一側(cè)，樣品室連接儀器電路，儀器電路連接七段數(shù)碼管顯示窗。
[0007]所述的儀器電路包括色敏二極管和電路板。
[0008]所述的電路板包括對(duì)數(shù)運(yùn)算電路、放大電路和單片機(jī)控制的直流5V電壓表。
[0009]所述的單片機(jī)控制的直流5V電壓表包括A/D轉(zhuǎn)換器、觸發(fā)器、驅(qū)動(dòng)器。
[0010]所述的色敏二極管VD1、Vd2負(fù)極相連，色敏二極管Vdi正極連接對(duì)數(shù)運(yùn)算電路OP1,色敏二極管Vd2正極連接運(yùn)算電路OP2，對(duì)數(shù)運(yùn)算電路OP1輸出端通過(guò)電阻R3連接放大電路OP3的正向輸入端，對(duì)數(shù)運(yùn)算電路OP2輸出端通過(guò)電阻R1連接放大電路OP3的反向輸入端，放大電路OP3并聯(lián)電阻R2，放大電路OP3通過(guò)電阻R5連接高增益運(yùn)算放大電路的正向輸入端，高增益運(yùn)算放大電路的反向輸入端連接電阻R4,高增益運(yùn)算放大電路并聯(lián)電阻R6,高增益運(yùn)算放大電路輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換器的第20引腳，最后信號(hào)經(jīng)單片機(jī)處理后由驅(qū)動(dòng)電路顯示出與波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的電平。
[0011]所述的R1, R3> R4^R5 為 1K Ω，所述的 R2、R6 為 100K Ω。
[0012]便攜式苗木花色預(yù)測(cè)儀的預(yù)測(cè)方法，
[0013]a.儀器標(biāo)定:將各種樣品放到樣品室中進(jìn)行檢測(cè)，取得相應(yīng)的數(shù)據(jù)會(huì)存儲(chǔ)到單片機(jī)中，以便在以后的花色檢測(cè)中進(jìn)行比對(duì)。
[0014]b.色素提取:花青素、類(lèi)黃酮屬水溶性物質(zhì)，胡蘿卜素溶于有機(jī)溶劑，色素存在于苗木的花瓣、枝干的內(nèi)層軟皮中，提取花青素和類(lèi)黃酮時(shí)，可將苗木的花瓣、甜皮在容器中用純凈水或乙醇浸泡，提取胡蘿卜素需用甲醇、乙醚或錄仿溶劑浸泡，胡蘿卜素不溶于乙醇；
[0015]c.電源啟動(dòng):接通電源后儀器進(jìn)入工作狀態(tài)；
[0016]d.苗木花色預(yù)測(cè):將從苗木中提取的色素放在樣品室中，用平行白色光源照射樣品，色敏二極管VD1、Vd2接收光信號(hào)，七段數(shù)碼管顯示窗會(huì)自動(dòng)顯示與樣品顏色對(duì)應(yīng)的光波波長(zhǎng)，以達(dá)到預(yù)測(cè)苗木花色的目的。
[0017]所述的樣品要選擇有代表性的色素進(jìn)行檢測(cè)，如紅色、藍(lán)色或綠色，溶液的濃淡、溫度對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)也會(huì)造成一定的影響，要在外在條件基本相同的條件下進(jìn)行測(cè)量。
[0018]本發(fā)明的有益效果:
[0019]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用性好，識(shí)別性強(qiáng)，革新了傳統(tǒng)的間接光波波長(zhǎng)測(cè)量法及光波波長(zhǎng)的測(cè)量原理，從苗木上直接提取色素，預(yù)測(cè)苗木花朵顏色，在花草苗木開(kāi)花之前就知道它們花期時(shí)花的顏色，以便于綠化、園林設(shè)計(jì)。此外，本發(fā)明還可以用于其他物資的顏色識(shí)別與檢測(cè)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為苗木花色預(yù)測(cè)儀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2苗木花色為預(yù)測(cè)儀電路原理圖；
[0022]I—?dú)んw，2—白色光源，3—樣品室，4一色敏二極管，5—七段數(shù)碼管顯示窗，6—電路板。

【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖，通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0024]如圖1、圖2所示，圖1為苗木花色預(yù)測(cè)儀結(jié)構(gòu)示意圖，圖2苗木花色為預(yù)測(cè)儀電路原理圖。
[0025]一種便攜式苗木花色預(yù)測(cè)儀，包括設(shè)置在殼體I內(nèi)有白色光源2、樣品室3、儀器電路和七段數(shù)碼管顯示窗5 ；白色光源2設(shè)置在殼體I 一側(cè)，樣品室3設(shè)置在白色光源2 —側(cè)，樣品室3連接儀器電路，儀器電路連接七段數(shù)碼管顯示窗5。儀器電路包括色敏二極管4和電路板6。電路板6包括對(duì)數(shù)運(yùn)算電路、放大電路和單片機(jī)控制的直流5V電壓表。單片機(jī)控制的直流5V電壓表包括A/D轉(zhuǎn)換器、觸發(fā)器、驅(qū)動(dòng)器。
[0026]色敏二極管4采用硅光電二極管pnl30，由結(jié)深不同的兩個(gè)P_N結(jié)二極管構(gòu)成，淺結(jié)的二極管是P+-N結(jié)；深結(jié)的二極管是P-N結(jié)，故又稱(chēng)光電雙結(jié)二極管。當(dāng)有入射光照射時(shí)，P+、N、P三個(gè)區(qū)域及其間的勢(shì)壘區(qū)中都有光子吸收，但效果不同，紫外光部分吸收系數(shù)大，經(jīng)過(guò)很短距離已基本吸收完畢。在此，淺結(jié)的即是光電二極管對(duì)紫外光的靈敏度高，而紅外部分吸收系數(shù)較小，這類(lèi)波長(zhǎng)的光子則主要在深結(jié)區(qū)被吸收。因此，深結(jié)的那只光電二極管對(duì)紅外光的靈敏度較高。在半導(dǎo)體中不同的區(qū)域?qū)Σ煌牟ㄩL(zhǎng)分別具有不同的靈敏度，這一特性給我們提供了將這種器件用于顏色識(shí)別的可能性，也就是可以用來(lái)測(cè)量光的波長(zhǎng)。將兩只結(jié)深不同的光電二極管組合，就構(gòu)成了可以測(cè)定波長(zhǎng)的半導(dǎo)體色敏傳感器。在具體應(yīng)用時(shí)，應(yīng)先對(duì)該色敏器件進(jìn)行標(biāo)定。也就是說(shuō)，測(cè)定不同波長(zhǎng)的光照射下，該器件中兩只光電二極管短路電流的比值ISD2/ISD1，Isdi是淺結(jié)二極管的短路電流，它在短波區(qū)較大。Isd2是深結(jié)二極管的短路電流，它在長(zhǎng)波區(qū)較大。因而二者的比值與人射單色光波長(zhǎng)的關(guān)系就可以確定。根據(jù)標(biāo)定的曲線，實(shí)測(cè)出某一單色光時(shí)的短路電流比值，即可確定該單色光的波長(zhǎng)。
[0027]本設(shè)計(jì)采用兩路對(duì)數(shù)運(yùn)算電路，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。兩路對(duì)數(shù)運(yùn)算電路的放大電路Op1和放大電路Op2采用op07芯片。op07芯片是一低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。由于op07芯片具有非常低的輸入失調(diào)電壓(叩07八最大為2511￥)，所以op07芯片在很多應(yīng)用場(chǎng)合不需要額外的調(diào)零措施。op07芯片同時(shí)具有輸入偏置電流低(op07A為±2nA)和開(kāi)環(huán)增益高(op07A為300V/mV)的特點(diǎn)，這種低失調(diào)、高開(kāi)環(huán)增益的特性使得op07芯片特別適用于高增益的測(cè)量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號(hào)等。有關(guān)性能指標(biāo)為超低偏移:150 μ V最大；低輸入偏置電流:1.8ηΑ;低失調(diào)電壓漂移:0.5 μ V/°C;超穩(wěn)定時(shí)間:2μ V/month最大；高電源電壓范圍:±3V至±22V。
[0028]UA741單運(yùn)放是高增益運(yùn)算放大器。這種單片硅集成電路器件提供輸出短路保護(hù)和閉鎖自由運(yùn)作。
[0029]色敏二極管Vd2正極連接運(yùn)算電路OP2，對(duì)數(shù)運(yùn)算電路OP1輸出端通過(guò)電阻R3連接放大電路OP3的正向輸入端，對(duì)數(shù)運(yùn)算電路OP2輸出端通過(guò)電阻R1連接放大電路OP3的反向輸入端，放大電路OP3并聯(lián)電阻R2，放大電路OP3通過(guò)電阻R5連接高增益運(yùn)算放大電路的正向輸入端，高增益運(yùn)算放大電路的反向輸入端連接電阻R4，高增益運(yùn)算放大電路并聯(lián)電阻R6，高增益運(yùn)算放大電路輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換器的第20引腳，最后信號(hào)經(jīng)單片機(jī)處理后由驅(qū)動(dòng)電路顯示出與波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的電平。R1HR5* 1KΩ , R2^R6 % 100ΚΩ。
[0030]本發(fā)明的工作原理:
[0031]兩路對(duì)數(shù)運(yùn)算電路OPpOP2及放大電路OP3組成顏色檢測(cè)電路，當(dāng)有光線照射到色敏二極管VD1、Vd2上時(shí)，由于兩色敏二極管VD1、Vd2對(duì)不同波長(zhǎng)光的靈敏度不同，兩色敏二極管VD1、VD2所產(chǎn)生的短路電流ISD1、ISD2不同，而兩者的比值與入射單色光的波長(zhǎng)就可以確定。在電流比較小的時(shí)候，色敏二極管VD1、VD2兩端加上的電壓和流過(guò)的電流之間存在近似對(duì)數(shù)關(guān)系，即對(duì)數(shù)運(yùn)算電路OPp OP2輸出分別于InIsra、InIsil2成正比例，放大電路OP3取它們的差，輸出為U。= C(lnISD2-lnISD1) = Cln (lnISD2/lnISD1)，其中C為比例常數(shù)。U。經(jīng)高增益運(yùn)算放大電路UA741放大后輸送給A/D轉(zhuǎn)換電路ADC0809，經(jīng)單片機(jī)處理后由驅(qū)動(dòng)電路2803顯示出與波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的電平。
[0032]便攜式苗木花色預(yù)測(cè)儀的預(yù)測(cè)方法:
[0033]a.儀器標(biāo)定:將各種樣品放到樣品室3中進(jìn)行檢測(cè)，取得相應(yīng)的數(shù)據(jù)會(huì)存儲(chǔ)到單片機(jī)中，以便在以后的花色檢測(cè)中進(jìn)行比對(duì)。
[0034]b.色素提取:花青素、類(lèi)黃酮屬水溶性物質(zhì)，胡蘿卜素溶于有機(jī)溶劑，色素存在于苗木的花瓣、枝干的內(nèi)層軟皮中，提取花青素和類(lèi)黃酮時(shí)，可將苗木的花瓣、甜皮在容器中用純凈水或乙醇浸泡，提取胡蘿卜素需用甲醇、乙醚或錄仿溶劑浸泡，胡蘿卜素不溶于乙醇；
[0035]c.電源啟動(dòng):接通電源后儀器進(jìn)入工作狀態(tài)；
[0036]d.苗木花色預(yù)測(cè):將從苗木中提取的色素放在樣品室中，用平行白色光源2照射樣品，色敏二極管VD1、Vd2接收光信號(hào)，七段數(shù)碼管顯示窗5會(huì)自動(dòng)顯示與樣品顏色對(duì)應(yīng)的光波波長(zhǎng)，以達(dá)到預(yù)測(cè)苗木花色的目的。
[0037]樣品要選擇有代表性的色素進(jìn)行檢測(cè)，如紅色、藍(lán)色或綠色，溶液的濃淡、溫度對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)也會(huì)造成一定的影響，要在外在條件基本相同的條件下進(jìn)行測(cè)量。
【權(quán)利要求】
1.一種便攜式苗木花色預(yù)測(cè)儀，其特征在于:包括設(shè)置在殼體內(nèi)有白色光源、樣品室、儀器電路和七段數(shù)碼管顯示窗；所述的白色光源設(shè)置在殼體一側(cè)，樣品室設(shè)置在白色光源一側(cè)，樣品室連接儀器電路，儀器電路連接七段數(shù)碼管顯示窗。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式苗木花色預(yù)測(cè)儀，其特征在于:所述的儀器電路包括色敏二極管和電路板。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種便攜式苗木花色預(yù)測(cè)儀，其特征在于:所述的電路板包括對(duì)數(shù)運(yùn)算電路、放大電路和單片機(jī)控制的直流5V電壓表。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種便攜式苗木花色預(yù)測(cè)儀，其特征在于:所述的單片機(jī)控制的直流5V電壓表包括A/D轉(zhuǎn)換器、觸發(fā)器、驅(qū)動(dòng)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種便攜式苗木花色預(yù)測(cè)儀，其特征在于:所述的色敏二極管Vm、VD2負(fù)極相連，色敏二極管Vdi正極連接對(duì)數(shù)運(yùn)算電路OP1，色敏二極管Vd2正極連接運(yùn)算電路OP2，對(duì)數(shù)運(yùn)算電路OP1輸出端通過(guò)電阻R3連接放大電路OP3的正向輸入端，對(duì)數(shù)運(yùn)算電路OP2輸出端通過(guò)電阻R1連接放大電路OP3的反向輸入端，放大電路OP3并聯(lián)電阻R2，放大電路OP3通過(guò)電阻R5連接高增益運(yùn)算放大電路的正向輸入端，高增益運(yùn)算放大電路的反向輸入端連接電阻R4，高增益運(yùn)算放大電路并聯(lián)電阻R6，高增益運(yùn)算放大電路輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換器的第20引腳，最后信號(hào)經(jīng)單片機(jī)處理后由驅(qū)動(dòng)電路顯示出與波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的電平。
6.根據(jù)權(quán)利要求5述的一種便攜式苗木花色預(yù)測(cè)儀，其特征在于:所述的RpR3、R4、R5為 1K Ω，所述的 R2, R6 為 100Κ Ω。
7.一種利用權(quán)利要求1?6所述便攜式苗木花色預(yù)測(cè)儀的預(yù)測(cè)方法，其特征在于: a.儀器標(biāo)定:將各種樣品放到樣品室中進(jìn)行檢測(cè)，取得相應(yīng)的數(shù)據(jù)會(huì)存儲(chǔ)到單片機(jī)中，以便在以后的花色檢測(cè)中進(jìn)行比對(duì)； b.色素提取:花青素、類(lèi)黃酮屬水溶性物質(zhì)，胡蘿卜素溶于有機(jī)溶劑，色素存在于苗木的花瓣、枝干的內(nèi)層軟皮中，提取花青素和類(lèi)黃酮時(shí)，可將苗木的花瓣、甜皮在容器中用純凈水或乙醇浸泡，提取胡蘿卜素需用甲醇、乙醚或錄仿溶劑浸泡，胡蘿卜素不溶于乙醇； c.電源啟動(dòng):接通電源后儀器進(jìn)入工作狀態(tài)； d.苗木花色預(yù)測(cè):將從苗木中提取的色素放在樣品室中，用平行白色光源照射樣品，色敏二極管VD1、Vd2接收光信號(hào)，七段數(shù)碼管顯示窗會(huì)自動(dòng)顯示與樣品顏色對(duì)應(yīng)的光波波長(zhǎng)，以達(dá)到預(yù)測(cè)苗木花色的目的。
8.一種利用權(quán)利要求7所述便攜式苗木花色預(yù)測(cè)儀的預(yù)測(cè)方法，其特征在于:所述的樣品要選擇有代表性的色素進(jìn)行檢測(cè)，如紅色、藍(lán)色或綠色，溶液的濃淡、溫度對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)也會(huì)造成一定的影響，要在外在條件基本相同的條件下進(jìn)行測(cè)量。
【文檔編號(hào)】G01N21/27GK104316474SQ201410624311
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月7日
【發(fā)明者】王兆敏 申請(qǐng)人:徐州工程學(xué)院