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監測植物的壓力2.0開源分享

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資料介紹

描述

有關該項目的背景以及更多技術概念的介紹性文本，

新設備，新目標

這個會議室將從上一次迭代的錯誤和成功中吸取教訓，并瞄準新的目標：

葉綠素熒光成像
NDVI 成像
熱成像
加強溫度控制

東航2.0

新功能需要改變外殼的設計。

二室CAD模型

在 LED 板冷卻和攝像頭的生長區域上方分配了更多空間。后面增加了一個新部分，專門用于電氣設備和接線。為了控制設備，在前面添加了一個觸摸屏。門上還增加了一個限位開關（機械觸摸傳感器），以便在門開得太遠之前關閉任何危險的燈。

植物床現在也靠在四個垂直螺栓上，可以微調高度（盡管范圍更小）。

這次使用了 Arduino Leonardo，因為它有更多的輸入/輸出引腳來控制附加電路。

葉綠素熒光成像

葉綠素熒光成像 (CFI) 是分析葉片中發生的化學反應的有效方法。植物吸收光能并將其用于光合作用，或者如果它們不能使用它，則必須將其作為熱量釋放或以光的形式重新發射。最后一個選項稱為熒光。通過用強光照射植物并用光度計或照相機記錄熒光，可以非侵入性地測量葉綠素的存在。當用可見光照射時，植物通常會發出從紅色到近紅外波長（大約 630-740nm）的熒光：

上面的數據不僅顯示了熒光的預期位置，還顯示了如何最好地產生熒光，因為植物必須首先吸收光能。葉綠素 (Chl) A 在 450nm（藍色）和 665nm（紅色）處有較大的吸收峰，而 Chl B 在 430nm（紫外線）和 645nm（紅色）處有較大的吸收峰，因此這些是為植物提供盡可能多能量的目標波長盡可能。困難在于確保熒光燈不會在更亮的刺激光中丟失。因此，我們不能提供紅色光譜中的光，而必須使用藍色（紫外線也是可能的，但更危險）。許多高功率 450nm LED 用于瞄準 Chl B 吸收峰，并使用近紅外相機尋找熒光。該相機還配備了 715nm 長通濾光片（阻擋715nm以下的所有光線 ) 阻擋任何其他可能干擾的光線。

大多數熒光指標需要使用飽和脈沖(SP)，這是植物接收到如此多的光而無法使用所有光的地方，并被迫將大部分光發回。這需要在一次藍色爆炸中達到 4000umol/m^2/s 以上。這是項目中最困難的部分，因為很少有供應商提供以 umol/m^2/s 為單位的數字。確保足夠輸出的最佳方法是購買樣品，并在腔室本身使用讀取 umol/m^2/s 的光傳感器對其進行測試，然后再購買滿足 4000 所需的數量。

NDVI成像

歸一化差分植物指數是植物的度量標準，將其紅光反射率與其近紅外 (NIR) 光反射率進行比較。植物吸收紅色，但反射紅外線，因此在這兩種燈光下比較時會從背景物體中突出顯示。衛星通常使用這種技術從太空估計森林的生物量。

在 660nm（左）和近 IR 730nm（右）下照亮的幼苗 - 使用 NoIR 相機拍攝。

使用 Raspberry Pi NoIR 相機，可以拍攝這些圖像并進行比較以估計葉片大小。大多數相機已經可以檢測到 NIR，但解釋是紅色，因此為了阻止圖片看起來過于紅色，制造商安裝了 NIR 濾光片來阻擋人眼看不到的任何東西。NoIR 相機與 Raspberry Pi 相機相同，但移除了此過濾器，以便它可以檢測 NIR 光。

熱成像

此版本的 CEA 中還包含熱成像，但使用 Lepton 3.5 的純熱 2 板可以省去很多麻煩和接線問題。Purethermal 2 板通過 USB 電纜連接，因此在計算機上顯示為普通網絡攝像頭。

通過 Purethermal 2 板使用 Lepton 3.5 拍攝的手相當冷的照片。

加強溫度控制

為了擴展最后一個室的微弱溫度控制，這將在床本身中進行主動冷卻/加熱。這將通過使用兩個 Peltier 熱泵加熱一個大鋁板來完成（有關更多詳細信息，請參閱以前的黑客），并使用溫度傳感器來監測床溫。

這些 Peltier 將像以前一樣使用定制的 H 橋電路單獨控制。

審查

腔室和以前一樣由 6 毫米 PVC 板構成，并包含所有設計的新功能。這也意味著房間的重量要大一些。

加工 5 毫米鋁板以安裝所有 66 個 LED（60 個藍色、2 個紅色、2 個紅外、2 個白色），并使用 4 個珀爾帖模塊對其進行冷卻。它還通過帶有用于熱像儀的中紅外窗口的丙烯酸屏幕（和用于氣密密封的硅膠墊圈）從操作員那里進行篩選。還購買了焊接安全眼鏡，供用戶在打開腔室時佩戴，以減少危險光照射的風險。