2系统总体设计

植物养分吸收多参数检测系统总体设计框图如下图1所示，首先根据电极传感器获得的离子电信号，经信号调理后传入到模数转换器(ADC)，再由主控单元STM32F407单片机驱动ADC进行数据采集并读取数据，最后通过串口转发数据至上位机。根系表型面积的获取是利用CMOS型图像传感器拍摄植株在水培箱中的根系结构并通过USB进行传输。最后都经由上位机软件系统完成离子浓度校准与转换、根系表面积参数获取以及植物离子吸收动力学特征参数检测三大模块。

2.1 离子信号检测硬件系统设计

离子选择电极(以下简称电极)一种将化学响应信号转换为电信号的换能元件，可利用电极上特殊的离子选择膜(敏感膜)分离出特定的养分离子，并与之产生特异性反应，并在敏感膜与溶液以及不同的相界面上产生膜电势^[6]。测量时将电极和参比电极同时置于溶液中如下图2所示，在双电极体系下电池电动势与待测溶液中离子活度或浓度符合能斯特方程^[7]。该方程描述了其输出膜电势与离子活度的对数成线性相关性，通过两/三点曲线校正法^[8]即可简化形成该电极浓度转换的线性模型。基于电极传感器的测量方式，设计出离子检测与采集电路。