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基于红外光谱和GPRS的大气有害气体监测系统的研究

作　者: 张健
导　师: 丁万山
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 嵌入式系统红外传感器 GPRS 浓度测试 ARM S3C44B0
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 143次
引　用: 4次
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内容摘要

大气环境是人类生存环境的重要组成部分,也是满足人类生存必不可少的自然资源。上世纪以来,世界上相继发生了许多严重的城市大气污染事件,引起了各级政府的高度重视。人们要求对空气质量开展预报,以便采取更广泛、更有效的措施控制污染。研究分析大气污染状况,建立大气有害气体监测系统已成为人们重要的研究课题。本文在深入分析GPRS无线网络技术和气体浓度红外检测技术的基础上提出了运用基于红外检测技术、GPRS无线网络和ARM技术,构建有害气体监控系统的方案。通过对测试原理和方法的充分论证之后,设计了气体浓度测试的红外传感器;开发了以32位处理器S3C44B0为核心,包括A/D转换模块、LED/LCD液晶显示模块、GPRS模块以及键盘模块在内的ARM中央硬件处理平台;完成了各电路模块印刷电路板的制作和分步调试;在ARM集成开发环境ADS1.2下完成了系统的启动代码和应用程序的编写,和上位机监控软件的编写;并结合硬件电路完成了整个系统的调试;最后在实验室完成了测试系统的标定实验。本系统的优点在于利用了GPRS网覆盖范围广、数据传输速率高、永远在线、费用低,无地域限制,节省巨额建网费等优势,解决了大气污染的大范围、实时、长期在线监测问题;浓度测试中采用红外光谱检测技术设计出的传感器与传统的同类传感器相比,具有响应速度快、能在恶劣环境下工作的优点;系统采用了ARM嵌入式处理器,实时性好,可脱机运行,携带方便,除了用于大气环境监测,还可推广到化工、电力、矿山等行业的危险气体检测。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章绪论  12-18
  1.1 课题的提出及意义  12
  1.2 国内外大气污染自动监测系统的发展及现状  12-14
    1.2.1 国外大气污染自动监测系统的发展及现状  12-13
    1.2.2 国内大气污染自动监测系统的发展及现状  13-14
  1.3 气体传感器概述  14-15
  1.4 ARM 处理器体系结构简介  15-16
  1.5 无线数据采集系统简介  16
  1.6 课题研究的内容及创新  16-17
  1.7 本章小结  17-18
第二章测试原理与系统总体的设计方案  18-24
  2.1 红外气体传感器概述  18-20
    2.1.1 红外气体分析原理  18-19
    2.1.2 差分吸收技术的原理  19-20
  2.2 GPRS 远程数据采集系统简介  20-22
    2.2.1 GPRS 技术特点  20-21
    2.2.2 GPRS 远程终端的结构及其原理  21
    2.2.3 GPRS 模块的选择  21-22
  2.3 系统总体方案设计  22-23
  2.4 本章小结  23-24
第三章测试系统硬件设计  24-43
  3.1 红外气体传感器及其调理电路的设计  24-31
    3.1.1 红外光源的选型  24-25
    3.1.2 红外测试系统工作波长的和光源的选择  25-26
    3.1.3 红外探测器的选择  26-27
    3.1.4 差分吸收法设计气体传感器的原理  27
    3.1.5 光源驱动电路的设计  27-29
    3.1.6 气体探测器后续放大电路的设计  29-31
  3.2 ARM 核心板电路的设计  31-36
    3.2.1 ARM 处理器 S3C44B0 简介  31
    3.2.2 S3C44B0 处理器硬件配置和端口分配  31-32
    3.2.3 ARM 系统电源电路的设计  32-33
    3.2.4 时钟电路  33-34
    3.2.5 存储器系统设计  34-35
    3.2.6 复位电路设计  35
    3.2.7 JTAG 电路设计  35-36
  3.3 测试系统外围电路的设计  36-42
    3.3.1 A/D 转换模块的电路设计  36-37
    3.3.2 显示模块电路设计  37-40
    3.3.3 GPRS 模块的设计  40-41
    3.3.4 键盘电路模块的设计  41-42
  3.4 本章小结  42-43
第四章测试系统软件的设计  43-57
  4.1 ARM 测试系统软件设计  43-53
    4.1.1 ADS1.2 简介及测试系统在 ADS 的开发  44-46
    4.1.2 ARM 的Boot loader 启动代码设计  46
    4.1.3 数据采集模块软件设计  46-49
    4.1.4 显示模块的软件设计  49-51
    4.1.5 键盘模块程序设计  51-52
    4.1.6 串口模块程序设计  52-53
  4.2 远程监控计算机应用软件的设计  53-56
    4.2.1 GPRS 模块的配置软件  54
    4.2.2 远程监控软件  54-56
  4.3 本章小节  56-57
第五章测试系统的安装调试  57-69
  5.1 系统电路模块的调试  57-65
    5.1.1 电源模块的调试  57
    5.1.2 光源驱动电路和探测器放大电路的调试  57-59
    5.1.3 ARM 最小系统板的调试  59-61
    5.1.4 AD 采集模块的调试  61-62
    5.1.5 显示模块的调试  62-64
    5.1.6 GPRS 模块的调试  64-65
  5.2 系统的整机调试  65
  5.3 系统的标定和试验结果分析  65-68
    5.3.1 气体浓度的标定  65-67
    5.3.2 系统测试试验  67-68
  5.4 本章小节  68-69
第六章总结和展望  69-71
参考文献  71-74
致谢  74-75
在学期间的研究成果及发表的学术论文  75-76
附录Ⅰ系统测试装置  76-77
附录Ⅱ 系统配气装置  77-78

基于红外光谱和GPRS的大气有害气体监测系统的研究

内容摘要

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