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网络化智能电解质分析仪的研究与设计

2020-12-10阅读(562)

网络化智能电解质分析仪的研究与设计

论文摘要

智能仪器网络化已经成为智能仪器的一个研究方向,也是当前的一个研究热点,开展网络化智能仪器的研究与开发具有较大的理论意义和实用价值。本文基于无线网络将多个分布式的电解质数据采集节点的数据传输到分析中心构成网络化电解质分析仪,分析中心采用虚拟技术在计算机上构成虚拟仪器界面,进行人机交互,实现计算机远程、无线控制网络化电解质分析仪的检测与分析。本文根据网络化电解质分析仪的特点,采用低功耗、低成本、低速率、高稳定性和高可靠性的Zigbee协议实现网络化电解质分析仪中的数据采集和接收节点之间的数据传输。本文研究了离子选择性电极的测试方法,采用离子选择性电极传感器检测离子浓度,分析了电解质分析仪的主要功能,提出了网络化电解质分析仪的设计方案。网络化电解质分析仪的硬件电路分为采集-发送模块和接收模块,两种模块均以CC2530芯片为核心。采集-发送模块主要包括：CC2530核心模块、信号放大模块、AD转换模块、电源模块、步进电机驱动模块、IO扩展模块和检测与控制模块；接收模块主要包括：CC2530核心模块、电源模块和RS232串口模块。接收模块通过串口与计算机进行数据交换。软件部分采用模块化设计方法,在研究Z-Stack的工作流程的基础上,开发了SPI总线驱动、I2C总线驱动、步进电机驱动和串口驱动程序,并根据电解质分析仪的功能模块和工作流程开发相应的检测控制程序,同时,在考虑了软件的可移植性后,采用基于Linux操作系统设计虚拟仪器界面。本文最终构建了网络化电解质分析仪的完整系统,包括硬件实物图、人机交互界面,给出了节点之间通信性能测试及网络化电解质分析仪的测量结果与分析。测试结果表明：本文设计的网络化电解质分析仪运行可靠,测量结果准确,测量精度符合实际测量要求,人机交互界面合理,使用方便,该技术可以被广泛用于实现仪器设备的网络化。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 目录
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题研究的目的及意义
  • 1.2 国内外相关技术的发展
  • 1.3 网络化电解质分析仪组网技术的选择
  • 1.4 本论文研究任务及章节安排
  • 1.4.1 本文主要研究内容及创新点
  • 1.4.2 论文章节安排
  • 第2章 Zigbee技术研究
  • 2.1 Zigbee技术概括
  • 2.2 Zigbee协议栈框架
  • 2.2.1 Zigbee应用层
  • 2.2.2 Zigbee网络层
  • 2.2.3 IEEE 802.15.4 MAC层
  • 2.2.4 IEEE 802.15.4物理层
  • 2.3 Zigbee网络的设备类型和拓扑结构
  • 2.3.1 Zigbee网络的设备类型
  • 2.3.2 Zigbee网络的拓扑结构
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 网络化电解质分析仪设计方案
  • 3.1 Zigbee开发平台的选择
  • 3.2 网络拓扑结构的选择
  • 3.3 系统整体结构设计
  • 3.4 电解质分析仪系统功能分析
  • 3.4.1 电解质分析仪的理论依据
  • 3.4.2 电解质分析仪的测量范围及精准度要求
  • 3.4.3 电解质分析仪的主要功能
  • 3.4.4 电解质分析仪的工作流程
  • 3.5 软硬件设计思想
  • 3.5.1 电解质分析仪的硬件设计
  • 3.5.2 电解质分析仪的软件设计
  • 3.6 本章总结
  • 第4章 网络化电解质分析仪的硬件设计与实现
  • 4.1 CC2530主要性能特点
  • 4.2 Zigbee数据采集-发送节点和数据接收节点的框图
  • 4.2.1 Zigbee数据采集-发送节点框图
  • 4.2.2 Zigbee数据接收节点框图
  • 4.3 CC2530核心模块
  • 4.3.1 射频天线
  • 4.3.2 核心模块IO口具体配置
  • 4.4 Zigbee数据采集-发送节点外围电路实现
  • 4.4.1 电压转换模块
  • 4.4.2 电压放大模块
  • 4.4.3 AD转换模块
  • 4.4.4 步进电机驱动模块
  • 4.4.5 IO扩展模块
  • 4.4.6 CC Debugger电路
  • 4.5 Zigbee数据接收节点外围电路实现
  • 4.6 本章小结
  • 第5章 网络化电解质分析仪的软件设计与实现
  • 5.1 搭建开发平台
  • 5.2 Z-Stack的架构
  • 5.2.1 Z-Stack的基本框架
  • 5.2.2 OSAL层
  • 5.3 电解质分析仪的软件设计
  • 5.3.1 HAL层驱动程序开发
  • 5.3.2 APP层应用程序开发
  • 5.3.3 电解质分析仪的功能实现
  • 5.4 上位机软件设计
  • 5.4.1 上位机软件开发环境搭建
  • 5.4.2 上位机软件开发流程
  • 5.4.3 上位机软件菜单设计
  • 5.5 本章小结
  • 第6章 系统软硬件测试
  • 6.1 系统硬件实物图
  • 6.1.1 核心模块实物图
  • 6.1.2 外围电路实物图
  • 6.2 节点之间通信性能测试
  • 6.3 离子浓度测量
  • 6.3.1 离子浓度测量环境和测量结果
  • 6.3.2 离子浓度测量结果分析
  • 6.4 本章小结
  • 第7章 总结与展望
  • 7.1 结论
  • 7.2 待改进问题与展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 攻读学位期间发表的学术论文

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