盐疗中的岩盐气溶胶浓度测量系统研究

论文摘要

岩盐气溶胶浓度的测量是盐疗法中准确控制岩盐气溶胶浓度的前提,对提高治疗效果有着十分重要的意义。本文设计了一种岩盐气溶胶浓度测量方案,来实现岩盐气溶胶浓度的实时在线准确测量。本文主要研究一种基于AVR单片机的岩盐气溶胶浓度测量系统,该系统主要完成光电信号转换和模拟电压信号的处理,然后通过AVR单片机芯片进行模数转换及数字综合处理,以获得岩盐气溶胶浓度信息。岩盐气溶胶浓度测量系统是利用激光在岩盐气溶胶中传输时盐粒子对激光的Mie散射效应来检测岩盐气溶胶浓度的。本文首先介绍了气溶胶浓度测量方法,然后阐述了Mie散射法测量气溶胶浓度的原理,并分析了采用Mie散射原理测量岩盐气溶胶浓度的实现过程,最后对系统的硬件和软件部分进行了设计与调试。岩盐气溶胶浓度测量系统以AVR单片机为核心,包括模拟信号获取与处理及数字信号处理两部分。其中,模拟信号获取与处理部分采用半导体脉冲可调激光模组作为光源,采用NE555定时器方波发生电路来产生激光调制信号,光接收端均匀分布五个光敏三极管来接收散射光强,利用精密运算放大器CA3140实现光电转换,采用高性能滤波芯片MAX274设计带通滤波器实现模拟信号滤波,通过四双向模拟开关CD4066实现峰值电压信号保持;数字信号处理部分通过ATMEL公司的ATmega128单片机芯片实现对与岩盐气溶胶粒子浓度相关的光电压信号的模数转换、软件滤波及多通道信号综合处理。此外,系统选用AVRStudio结合WinAVR的软件开发平台实现系统软件部分的编程与调试。调试结果表明,本测量系统的设计能够实现岩盐气溶胶浓度的实时在线准确测量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源、背景、研究目的及意义
• 1.2 气溶胶质量浓度测量
• 1.2.1 气溶胶基本理论
• 1.2.2 气溶胶质量浓度测量常用方法
• 1.3 本课题的国内外现状综述
• 1.3.1 本课题国外现状综述
• 1.3.2 本课题国内现状综述
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第2章 岩盐气溶胶浓度Mie散射测量
• 2.1 光散射概述
• 2.1.1 光散射成因
• 2.1.2 光散射截面
• 2.1.3 光散射分类
• 2.2 Mie散射概述
• 2.2.1 球形单粒子Mie散射
• 2.2.2 球形粒子群Mie散射
• 2.3 岩盐气溶胶浓度Mie散射测量
• 2.3.1 岩盐气溶胶浓度Mie散射测量基础
• 2.3.2 岩盐气溶胶浓度Mie散射测量实现
• 2.4 本章小结
• 第3章 岩盐气溶胶浓度测量系统总体方案设计
• 3.1 系统总体设计思想
• 3.2 岩盐气溶胶浓度测量系统硬件总体方案设计
• 3.3 岩盐气溶胶浓度测量系统软件总体方案设计
• 3.4 AVR单片机的选型
• 3.5 本章小结
• 第4章 岩盐气溶胶浓度测量系统的硬件设计
• 4.1 模拟信号获取与处理部分硬件设计
• 4.1.1 电源模块设计
• 4.1.2 激光光源的选择
• 4.1.3 脉冲调制信号模块设计
• 4.1.4 光电探测元件的选择
• 4.1.5 电流电压转换模块设计
• 4.1.6 滤波模块设计
• 4.1.7 采样保持模块设计
• 4.2 数字处理最小实现电路设计
• 4.2.1 系统时钟模块
• 4.2.2 复位模块
• 4.2.3 编程下载模块
• 4.2.4 模数转换模块设计
• 4.3 本章小结
• 第5章 岩盐气溶胶浓度测量系统软件设计
• 5.1 AVR单片机软件开发平台简介
• 5.2 岩盐气溶胶浓度测量系统主程序设计
• 5.2.1 芯片初始化模块
• 5.2.2 模数转换模块
• 5.2.3 定时器配置
• 5.3 岩盐气溶胶浓度测量系统中断程序设计
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢