变量施肥的实施首先需要准确获取作物的营养状况信息,传统的基于实验室的检测方法因成本高、效率低、时效性差等原因,无法满足大田变量施肥作业的需求。反射光谱检测技术作为一种新型的快速、无损、便捷的分析技术,在作物无损检测方面得到越来越广泛的应用,利用作物冠层的反射光谱指数来检测作物的营养和生长状况是当前国内外信息农业领域的研究热点,结合作物营养诊断模型,可实现作物营养状况信息快速、实时的获取,为田间按需施肥提供参考依据,冠层反射光谱技术的应用对精准农业技术的推广具有重要的现实意义。本文针对课题组确定的主动光源式反射光谱测量原理与测量方法,对反射光谱测量仪的主动光源控制电路、反射光谱测量电路和软件系统进行了设计,设计后的反射光谱测量仪能够进行两个波段的反射光谱测量,能够提供光谱反射率和两波段组合光谱指数测量值,测量值可供光谱营养诊断模型使用。应用所设计的反射光谱测量仪在田间开展了静态及动态性能测试。本文的主要研究内容和结果如下:(1)分析了光谱仪在作物营养信息无损检测方面的需求,介绍了国内外对于作物冠层反射光谱仪的研究现状,列举并分析了国内外所研制的光谱仪的优势和不足之处,最终确定了本文的研究目标;(2)对光谱仪的测量原理、设计方案和功能结构进行了介绍,并根据功能结构确定出检控电路的设计目标,检控电路包括主动光源控制电路和反射光谱信号检测电路;(3)完成了主动光源控制电路的设计,主要包括主动光源的选型、主动光源的光谱稳定性研究、主动光源控制电路的设计以及主动光源结构的介绍;(4)完成了反射光谱检测电路的设计,主要包括光电传感器的选型、光电传感器信号检测电路的设计和检测传感器光路系统的介绍,同时介绍了光谱仪的光路系统;(5)对光谱仪硬件电路系统进行了仿真分析,在仿真分析结果之上,对硬件电路系统的PCB电路板进行绘制、抗干扰设计、搭建和调试工作;(6)完成了光谱仪的软件系统的设计,包括上位机界面的设计、下位机控制器主程序的设计以及主动光源响应信号提取算法的设计;(7)对设计的仪器进行了实验性能测试,实验结果表明:本文设计的主动光源式作物冠层反射光谱仪的测量结果稳定可靠,且仪器的NDVI测量值与高度无关;静态测量情况下,仪器测量的NDVI值与GreenSeeker测量的NDVI值的波动率均在5%以内;且车载测量情况下,仪器所测得的NDVI值与GreenSeeker光谱仪所测得的NDVI值具有较高的一致性,仪器的动态性能良好,能满足田间车载移动测量的需要。