植物诱导及驱动系统

Cybertronica Research是德国斯图加特大学的一家研究中心，主要致力于的机器人技术及环境科学和生物技术相关科研产品的研发。植物诱导及驱动系统基于CYBRES MU模块，旨在分析和监测植物对外部刺激做出的反应，主要测量植物的生理及电生理反应（包括农作物、盆栽、草本植物、灌木、乔木、苔藓、藻类、真菌、霉菌；也可用于酵母菌测量）。系统主要测量：

1. 生物电势；

2. 不同频率下的组织电导率（双通道）；

3. 组织响应的频移(双通道)；

4. 叶片蒸腾（单通道）；

5. 植物茎流；

6. 环境参数：3D加速度计/磁力计，电磁功率计，空气温度和湿度，压力，光（在外部传感器面板上，按套提供）；

7. 可兼容的外部传感器：CO2、O2、土壤水分、离子选择电极等任何I2c接口的传感器。

主要特点

• 双通道功能可以实现高精准度的差分测量

实时数据可记录在内部的闪存中，可通过USB连接线或者蓝牙传输到PC端，也可以用网页的形式将在线数据写入互联网。该系统为全自动系统，操作过程无需使用者介入。

• 植物诱导功能

植物诱导功能，即进行实时数据处理和决策来操作不同的驱动器。此功能可用于对植物进行电刺激或者光刺激（红/蓝光刺激），优化浇水和照明模式，进行自主的实验以及使用生物混合系统开发复杂的基于反馈的自适应场景。它具有内置的半导体继电器（开关），例如用于RGB LED或水泵，并且可以启动任何外部USB继电器。该系统通过反应，概率和稳态决策机制在嵌入式信号检测器，数字处理器和执行器之间实现动态映射。该植物传感器是CYBRES生物混合接口设备的一部分。

主要参数

电生理学

1.生物电势分辨率（输入电流）：±64nV（±70pA）；

2.电刺激和组织电导率测量的电势：±10mv-±1B；

3.电刺激的频率和组织电导率的测量：8Hz-0.3MHz（0.65MHz）；

生理

4.叶片蒸腾（在配置II中）：相对测量值单独校准；

5.茎的液流（在配置III中）：相对测量值单独校准；

6.附加的内置传感器（MU3.4）；

7.射频功率计（芯片LT5534）50Mhz-3Ghz；

8.大气压（芯片BMP280）300-1100 hPa（分辨率0.01 hPa）；

9.3D加速度计/磁力计（芯片LSM303D）±2--±12高斯满量程；

额外的外部传感器

10.传感器面板I上的空气/土壤温度（芯片LM35）10mV/C转换；

11.传感器面板I上的空气湿度（芯片HIH-5031-001）23.5mV/％；

12.传感器面板I上的光传感器0-1000 Lux；

13.传感器面板II上的土壤湿度单独校准；

14.传感器面板III上的CO2 / O2传感器（外部模块）；

执行器

15.MOSFET最多3个独立通道：直流电流1A；

16.具有恒温器功能的MOSFET 2x（作为电流源）：直流电流 1A；

17.可编程开关3.3V：0.2A；

18.外部USB继电器（最多128个继电器）：例如24-330V高达16A；

其他参数

19.测量间隔：0.1秒-100秒；

20.内部闪存：512MB；

21.带有独立锂电池的时钟；

22.分析：FFT，FRA，频移，差分测量，线性回归，频谱和统计分析，还提供其他   数字处理器；

23.连接：I2C，USB（主通道），蓝牙（可选，集成），WiFi/GSM（可选，外     部）；

24.包装：EM防护罩，铝包装95x70x24mm（可选IP65/66防护罩）；

25.电源：USB，5V（可选：太阳能电池，USB移动电源）。

基本配置

植物诱导及驱动系统有三种不同配置的版本：

1.低配版本: 用户可以测量所有的电生理功能，可以记录、分析和执行基于电反应的植物驱动。有几种预先编程的行为，如“会唱歌的植物”或“会说话的植物”——将生物信号转换成音乐和语言。用户可灵活编程反应和语音对话。植物对一个人的触摸和“在场”非常敏感，也许它们会认出你，并对你的到来“表达一种喜悦”。系统包括：MU3.4模块，生物电势/组织电导率电极以及带有多个环境传感器的传感器面板。

2.拓展配置版本：可以将拓展系统配置为环境生物致病性的指示器。他可以测量单个指标（例如CO2和EM排放指标）或“复杂的生物致病性”——影响新陈代谢的不同参数的组合（例如地理生物学和宇宙生物学因素）。该系统大约需要一到两周的时间来适应植物、信号以及关联其他类型的传感器。例如，绿色的LED灯指示着植物正常的信号水平，黄色表示与正常的值有偏差，而红色代表着信号传输错误。整个系统的主要目标是让人们在早期注意到生物的致病性。这种配置的植物传感器无需连接笔记本电脑。系统套件包括：MU3.4模块，生物电势/组织电导率电极，叶片蒸腾传感器以及带有多个环境传感器的集成板。

3.专业配置版本：该设备可以访问所有获得的数据，并允许对其进行数理统计分析。该模块对于优化植物的生产功能、利用植物作为生物传感器（包括弱信号、人类心理情绪影响和非常规的仪器检测器）以及植物的科学研究有很大的作用。特别是，它可用于探索基于植物的蔬菜和生物混合系统中的学习和适应过程。交付套件包括MU3.4模块，生物电势/组织电导率电极，叶片蒸腾传感器，茎的树液流量传感器以及带有多个环境传感器的传感器面板。此版本中的可选电极包括树木/灌木的电极。在这种配置下，植物传感器无需外部连接PC就可以运行。

应用案例

在专业应用方面，该系统可用于研究植物的电反应，如植物或生物传感器。在生物杂交和机器人系统中，用于基于植物对象的生物工艺过程。另外的数据分析和执行算法可以很容易地实现与提供的脚本语言。

植物电生理学测量系统是基于CYBREISEIS的光谱仪，旨在分析和监测植物对外界刺激做出电生理反应。该系统可用于测量生物电势以及不同频率下的组织电导率。除此之外，该系统还可以用于提供作用于植物的外部光电刺激。

所有模块都有两个通道，从而实现双通道或差动测量。实时数据(标记有时间)可记录在内部闪存中、传输给电脑或者以html的形式编写为在线数据表。为了提高测量的准确性，该系统热稳定在PCB水平，利用针电极或表面电极来接受植物信号。RGB灯用于显示设备或对植物进行蓝光/红光刺激。该系统是自主的，可以在没有用户干预的情况下运行。

除了电生理传感器，系统还配备了3D加速度计/磁力仪，时钟，电磁功率表(可选)，温度/湿度/压力/光/二氧化碳(可选)和电压传感器，用于监测长期实验中的环境条件。USB接口用于数据传输和为设备供电，数字线路与电流隔开。该电生理模块是植物监测和植物感知系统的一部分，带有各种传感器，可以测量植物的生理(如茎流量，叶片蒸腾作用或光合作用水平)以及各种环境参数。具体参数如下：

1. 电源：USB, 5V；

2. 内部闪存：512MB；

3. 频移分析：FFT、FRA；

4. 测量间隔：0.1秒- 100秒；

5. 生物电势分辨率(输入电流)：±64nV(±70pA)；

6. 电刺激电势和组织电导率测量：±10mv -±1b；

7. 电刺激的频率以及测量组织电导率：8 hz - 0.3 mhz(max.0.65 mhz)；

图1.植物电生理反应的例子，触电：电势（上），在500hz频率下问题阻抗的虚部(下)

该系统主要用于研究植物的生物电反应，作为植物或生物传感器，在生物杂交和机器人系统中，为基于植物的生物技术过程。嵌入式算法支持由S.N.开发的方法生物tentid和V.A.Sokolova与组织电导率，以及来自PLEASED(作为传感设备的植物)和Flora Robotica项目的方。使用所提供的脚本语言可以很容易地实现用于数据分析的其他算法。