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空气质量监测系统的信号采集

作　者: 王淑娜
导　师: 冉多钢
学　校: 河北工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 混合恶臭 人工嗅辨 传感器阵列 空气质量监测 信号采集
分类号: X84
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着近年来我国工业、商业等各项事业的飞速发展，一些化工、制药等新型合成产品被不断引进，城市污水处理厂、垃圾处理厂等基础设施大量兴建，致使我们赖以生存的空气环境越来越不容乐观，城市恶臭污染时有发生，影响居民的正常生活。因此，研发一种能真实反映环境污染状况，实时性好、可靠性高的智能化空气质量监测系统具有非常现实的意义。本课题基于电子鼻技术，针对混合恶臭气体完成了一种空气质量监测系统的完整信号采集和预处理工作。通过阅读文献和大量调研工作，确定了系统总体结构，提出了上位机—下位机的系统构架。其中下位机以C8051F020单片机为核心，对传感器输出信号进行采集，同时实现温度补偿及相关的辅助控制功能。上位机是工业控制计算机，通过LabVIEW编程实现虚拟仪器设计。上位机的功能主要有两个，第一，实现信号的处理与分离，包括复杂信号的模式识别；第二，提供良好的人机交互界面，实现采集过程的控制、显示。上下位机之间通过串口进行数据通讯。除硬件电路部分外，系统还对气体采集过程中必不可少的气路部分进行了介绍。详细阐述了气路的工作流程，并对其中的关键器件作了简要说明。课题深入研究了各类气体传感器的工作原理和使用性能。根据系统要求，选择了五个型号不同且有较大交叉响应的气体传感器组成传感器阵列来对混合恶臭气体进行采集。确定了各传感器的信号调理电路，并通过大量实验对所选传感器在不同样本条件下的响应情况进行测试，为实现系统最终目标—混合恶臭气体定量监测提供了方法依据。系统将以目前成熟且应用广泛的人工嗅辨法为依据来标定系统的测试结果，实现两种检测方法的一致性。大量整机采样实验表明，该系统的重复性好，稳定性高，采样过程方便、易于操作。可靠性及实时性都能满足课题的要求,有广阔的应用前景和重要的创新价值。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-16
  §1-1 引言  10
  §1-2 恶臭污染概述  10-13
    1-2-1 恶臭的产生及治理现状  10-11
    1-2-2 恶臭对人体健康的影响  11-12
    1-2-3 恶臭测定方法简介  12-13
  §1-3 电子鼻系统简介  13-14
    1-3-1 电子鼻概述  13
    1-3-2 恶臭电子鼻及其国内外发展现状  13-14
  §1-4 课题任务及难点  14-15
  §1-5 本章小结  15-16
第二章 空气质量监测系统整体设计  16-20
  §2-1 系统功能描述  16
  §2-2 典型测控系统概述  16-17
    2-2-1 测控系统结构  16-17
    2-2-2 信号处理模块概述  17
  §2-3 系统整体方案制定  17-19
    2-3-1 系统控制方案讨论  17-18
    2-3-2 系统最终方案  18-19
  §2-4 本章小结  19-20
第三章 传感器阵列的选择  20-27
  §3-1 气体传感器概述  20-22
    3-1-1 气体传感器的主要特性  20
    3-1-2 气体传感器选择  20-21
    3-1-3 气体传感器的分类  21-22
  §3-2 系统传感器选择  22-26
    3-2-1 目标气体成分及浓度要求  22-23
    3-2-2 确定传感器阵列  23
    3-2-3 NE-X 系列电化学传感器  23-24
    3-2-4 TGS 系列金属氧化物传感器  24-26
  §3-3 本章小结  26-27
第四章 空气质量监测系统硬件设计  27-40
  §4-1 控制电路的设计  27-37
    4-1-1 下位核心控制器的选择  27-28
    4-1-2 气体信号采集模块  28-31
    4-1-3 系统电源模块  31-32
    4-1-4 温度补偿模块  32-33
    4-1-5 气路控制  33-35
    4-1-6 I/O 端口的扩展与预留  35
    4-1-7 用户界面  35
    4-1-8 上下位机数据通讯  35-37
  §4-2 气路部分  37-39
    4-2-1 运作方式及气路流程简介  37-38
    4-2-2 气路主要功能器件  38-39
  §4-3 本章小结  39-40
第五章 系统软件设计与采样调试  40-52
  §5-1 下位机程序设计  40-45
    5-1-1 程序基本结构概述  40
    5-1-2 下位主程序  40-44
    5-1-3 中断程序  44-45
  §5-2 下位机调试  45-46
  §5-3 上位机程序设计  46-48
    5-3-1 LabVIEW 简介  46
    5-3-2 上下位机通讯协议  46-47
    5-3-3 上位自动采样程序  47-48
  §5-4 采样数据列举  48-51
  §5-5 本章小结  51-52
第六章 结论与展望  52-53
参考文献  53-55
附件A  55-56
附件B  56-57
致谢  57

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 环境质量评价与环境监测 > 环境监测网、站，监测系统
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