基于USB总线的微型光谱检测系统研究

论文摘要

光学、光电子学方法用于非接触测量多组分复杂物质的含量具有快速、无污染的特点,但传统的光学分析仪器不能完全适应自动化以及在线工业检测等方面的需要。 本文利用光学多传感器阵列和USB总线,开发了一个微型光谱检测系统(简称MSDS),该系统克服了传统光学分析仪器体积大、功能单一、检测效率低、成本较高的缺点。论文详细论述了系统的设计方案,具体包括软硬件设计两方面的内容:软件设计由驱动程序设计、固件程序设计和应用程序设计三部分组成;硬件设计由传感器外围电路和接口电路两部分组成。传感器外围电路包括信号产生电路、信号调理电路、信号放大电路和滤波电路:接口电路包括带A/D转换器的ADμC812及其片外扩展的数据储存器、锁存器、USB器件PDIUSBD12和传输数据的RS232串口、USB口。传感器外围电路及接口电路采用PROTEL 99SE绘制原理图并制成PCB板。系统体积小、重量轻、功耗低、成本低廉、方便携带,通过USB和串口两种方式与PC机进行通讯,可直接从USB口取电并采用了双电源设计,在便于携带的同时保证了系统的稳定性。最后配置了样本溶液进行实验,验证了系统的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 论文章节安排
• 第二章 光谱分析基础理论与应用
• 2.1 光谱分析法基本原理
• 2.1.1 光谱分析定律
• 2.1.2 光谱分析相关定义
• 2.2 分光光度计仪器原理及结构
• 2.2.1 双光束分光光度计简介
• 2.2.2 分光光度计组件介绍
• 2.3 显色剂
• 2.4 化学计量法
• 2.5 小结
• 第三章 MSDS传感器结构与实现
• 3.1 概述
• 3.2 传感器芯片结构
• 3.3 传感器的实现
• 3.3.1 发光二极管简述
• 3.3.2 光电二极管简述
• 3.4 小结
• 第四章 MSDS系统硬件设计
• 4.1 系统结构概述
• 4.2 传感器外围电路设计
• 4.2.1 LED基本驱动信号的产生
• 4.2.2 系统信号的幅值和偏置调节
• 4.2.3 TL084介绍
• 4.2.4 数字电位器介绍
• 4.2.5 MAX355功能介绍
• 4.2.6 敏感信号滤波放大电路
• 4.2.7 混频器（Mixer）AD633介绍
• 4.3 接口电路设计
• 4.3.1 ADμC812芯片介绍
• 4.3.2 PDIUSBD12芯片介绍
• 4.3.3 USB总线介绍
• 4.4 小结
• 第五章 MSDS系统软件设计
• 5.1 固件程序的设计
• 5.2 驱动程序设计
• 5.3 应用程序设计
• 5.4 小结
• 第六章 实验及结果分析
• 6.1 概述
• 6.2 实验方法与原理
• 6.3 测试过程及数据获取
• 6.3.1 配制标准实验溶液
• 6.3.2 在分光光度计上获取数据
• 6.3.3 在MSDS系统上获取数据
• 6.4 结果分析
• 总结
• 1.论文主要完成的工作
• 1.1 确立整体研究方案
• 1.2 系统的软硬件设计
• 1.3 实验验证
• 2.论文的创新之处
• 3.论文的后续工作
• 3.1 如何实现系统采集的数据在网上进行发布与共享
• 3.2 在系统精度和数据传输速度方面做进一步改善
• 参考文献
• 附录
• 致谢