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基于无线传感器网络的色谱工作站的开发

作　者: 李俊延
导　师: 麻红昭
学　校: 浙江大学
专　业: 化学工艺
关键词: 色谱工作站 A/D采集无线传感器网络 ZigBee
分类号: TH833
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

色谱工作站是色谱仪的重要组成部分之一,本文在分析了传统色谱工作站系统的发展状况和无线传感器网络的功能特点的基础上,针对点对点的色谱工作站系统有线连接方式扩展性差、移动性差等缺点,设计并实现了一套基于ZigBee技术的无线色谱工作站系统,采用了一种全新的信息获取方式,从而使该系统具有一点对多点、性价比高、低功耗等特点,在教学、科研、工业流程生产等领域中具有广阔的应用前景。ZigBee(紫蜂)技术是一种新兴的短距离、低速率、低成本、低功耗的无线蜂窝网络技术,它具有很强的自组织、自恢复能力,非常适合于用于无线传感器网络。本文在深入研究ZigBee技术的协议规范、应用方法后,将ZigBee技术应用于色谱分析领域,为色谱分析技术的发展提供了一个新的方向。该系统选用CC2530作为色谱仪数据采集发送节点的核心,CC2531作为计算机数据接收节点的核心,一个接收节点能同时接收多个采集发送节点的数据,实现了多通道无线色谱工作站系统。为了延长色谱仪和计算机之间的通讯距离,在射频前端使用CC2591实现功率放大。论文叙述了该系统的整体方案和各个节点的软、硬件实现及优化。在此基础上,开发了一套基于.NET平台的色谱工作站应用软件。对该无线网络色谱工作站系统进行了实验测试,结果表明该系统工作良好,各项性能指标均达到了色谱工作站的设计的要求,率先实现了无线紫蜂网色谱工作站系统。该系统具有操作方便、易实施、扩展性强和免维护等特点。最后论文对系统运行与调试中遇到一些具体问题进行了分析,指出了今后开发应完善的一些设想。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-10
1. 绪论  10-21
  1.1 引言  10-11
  1.2 气相色谱法概述  11-15
    1.2.1 气相色谱仪的结构  12-13
    1.2.2 分离原理  13-14
    1.2.3 检测器  14-15
  1.3 色谱工作站系统  15-19
    1.3.1 发展现状  15-16
    1.3.2 主要功能介绍  16-17
    1.3.3 定性、定量分析  17-19
  1.4 本文的主要结构  19-21
2. 无线传感器网络概述  21-26
  2.1 无线传感器网络特点  21-23
  2.2 无线传感器网络结构  23-24
  2.3 无线通讯技术比较  24-26
3. 硬件模块设计  26-35
  3.1 硬件系统设计准则  26-27
    3.1.1 硬件选型原则  26
    3.1.2 原理图设计原则  26-27
  3.2 硬件整体结构  27-28
  3.3 通讯模块电路设计  28-31
    3.3.1 无线通讯模块电路设计  28-29
    3.3.2 USB通讯外围电路设计  29-31
  3.4 数据采集模块电路设计  31-33
    3.4.1 A/D转换需求分析  31
    3.4.2 高精度数模转换器ADS1254  31-33
  3.5 电源模块  33-34
  3.6 PCB设计  34-35
4. 节点软件实现  35-43
  4.1 协议栈概述  35-38
  4.2 自组网  38-39
  4.3 A/D采集控制  39
  4.4 无线通讯质量的优化  39-42
  4.5 USB通讯  42-43
5. 色谱工作站分析软件设计  43-52
  5.1 软件开发平台  44
  5.2 USB驱动设计  44-45
  5.3 工作站系统界面设计  45-47
  5.4 谱图的数据处理  47-50
    5.4.1 噪声过滤算法  48-49
    5.4.2 基线的校正  49-50
  5.5 色谱峰的识别  50-51
  5.6 峰高与峰面积的计算  51-52
6. 实验验证与展望  52-57
  6.1 实验验证  52-55
  6.2 主要研究内容与结论  55-56
  6.3 展望  56-57
参考文献  57-61
附录  61-63
  A. 系统完整原理图  61-62
  B. 样机实物图  62-63
  C. 作者在学期间所取得的科研成果  63

基于无线传感器网络的色谱工作站的开发

内容摘要

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