基于光电检测技术的恶臭信号采集系统研究

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近几年来,随着城市化进程的加剧和人民生活水平的日益提高,城市生产与生活过程中产生的垃圾迅速增加,其散发的恶臭气味严重影响了人类的身体健康。除此之外,还有化工、制药公司等排放的令人窒息的气体同样不容乐观。因此恶臭气体已经成为了重点监测的对象,但是国内对恶臭污染的治理还很不完善,而且没有成熟的检测系统。因此,研发出高性价比的恶臭检测系统迫在眉睫。通过对国内外现有的恶臭测量方法的研究,结合现有的光电检测技术,本课题设计了一种基于光吸收的恶臭信号采集系统。该系统基于光电比色法,采用双光路即每个采集电路模块设两个光路:一路参考光,一路信号光,其中两路信号采集时都使用了双边带调幅技术,相敏解调后的两路信号进入差分放大器做差,并且将差分信号用宽量程可编程增益放大器放大至理想AD值。该系统适合采集宽范围浓度的恶臭信号,尤其适合测量微弱的恶臭信号。该设计方案不但能够抵抗干扰,降低噪声,提高采集的灵敏度,而且增大了量程。通过研究分析,并结合系统特点最终确定了嵌入式的系统架构,为了防止后续课题进行复杂运算,预留了上位机接口。通过与其他芯片对比,最终选择STM32F103VET6作为主控芯片,有效地降低了成本,增加了系统的灵活性。本课题移植了μC/OS-Ⅲ操作系统,保证了采集气体的实时性。由于该操作系统没有图形界面,又移植了STemWin图形界面并对其底层接口进行了优化。然后编写了各模块的驱动程序,并且完成了对信号的采集、显示、保存和人机交互任务。系统设计完成后进行了整机测试,实验结果表明,系统的灵敏度高,量程范围大、重复性好,稳定性高,可靠性及实时性都能满足课题的要求,有重要的实用价值和广阔的应用前景。除此之外,由于使用了嵌入式系统,还具有设计成本低、体积小巧、交互界面人性化等优点。
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