用于海藻現(xiàn)場檢測的熒光光譜儀的研究.pdf

1、近年來，赤潮的頻繁發(fā)生給海洋生態(tài)環(huán)境帶來了很大的影響，引起人們的廣泛關(guān)注。對海洋中海藻進(jìn)行定性定量分析，可以估測海區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的群落結(jié)構(gòu)和分布狀態(tài)，有效地監(jiān)測和預(yù)報(bào)赤潮。熒光光譜法是海藻種類和濃度分析中常用的一種重要方法，研制可用于海藻現(xiàn)場檢測的熒光光譜儀對赤潮監(jiān)測和預(yù)報(bào)具有一定的科研價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。 本論文針對海藻熒光的特點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)測量的大量數(shù)據(jù)，根據(jù)海藻現(xiàn)場測量的要求提出了一種用于海藻現(xiàn)場檢測的熒光光譜儀的設(shè)計(jì)方法，研制出原

2、型機(jī)并進(jìn)行了原型機(jī)的小型化研究。該海藻熒光光譜儀采用上位機(jī)和下位機(jī)的結(jié)構(gòu)。下位機(jī)由光路和以MCS51單片機(jī)為核心的控制電路組成，主要實(shí)現(xiàn)激發(fā)光源選擇控制、分光光柵掃描、光譜數(shù)據(jù)采集、與上位機(jī)進(jìn)行通信等功能，完成熒光光譜儀的底層控制。在光路設(shè)計(jì)上，根據(jù)識(shí)別海藻激發(fā)波長的要求，結(jié)合現(xiàn)有LED管的采購狀況，選用13種發(fā)光二極管(LED)作為激發(fā)光源，海藻產(chǎn)生的熒光采用切爾尼-特納(Czemy-Turner)型光柵單色器分光，有效地減小儀器的體

3、積；使用光電倍增管作為光信號探測器，以提高系統(tǒng)的探測靈敏度。在原型機(jī)中使用PC機(jī)作為上位機(jī)，用VB語言編寫了控制軟件，通過串行口控制下位機(jī)的工作流程，實(shí)現(xiàn)光譜圖線繪制、光譜數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該儀器基本達(dá)到了預(yù)期目的。 為了更適合現(xiàn)場檢測和野外作業(yè)的要求，在原型機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了使用ARM嵌入式系統(tǒng)替代PC機(jī)的小型化研究。設(shè)計(jì)了基于μC/OS-Ⅱ?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)和S3C44BOX處理器的嵌入式開發(fā)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了圖形用戶界面(

4、GUI)、FAT文件系統(tǒng)、USB通信等功能。 在本設(shè)計(jì)中主要完成以下工作： 1)搭建了由高亮度LED為激發(fā)光源，切爾尼．特納(Czemy-Tumer)型光柵單色器和光電倍增管組成的光學(xué)系統(tǒng)；建立了以MCS51單片機(jī)為核心的控制電路，實(shí)現(xiàn)光譜數(shù)據(jù)采集。 2)以PC機(jī)作為上位機(jī)，使用VB語言編寫了上位機(jī)控制軟件，完成樣機(jī)制備并進(jìn)行了整機(jī)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了包括光路在內(nèi)的總體設(shè)計(jì)的可行性。 3)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)嵌入式

5、開發(fā)平臺(tái)。引入嵌入式μC/OS-Ⅱ?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)和μC/GUI圖形用戶界面，分析了μC/GUI圖形用戶界面的組織結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動(dòng)程序的編寫方法，并將其移植到S3C44BOX上。 4)詳細(xì)分析了FAT文件系統(tǒng)，完成了嵌入式系統(tǒng)中對FAT16文件系統(tǒng)的操作，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場測得的大量光譜數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。 5)基于USB設(shè)備控制芯片PDIUSBD12實(shí)現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)與PC機(jī)之間的USB通信功能。與FNT16文件系統(tǒng)相結(jié)合，將系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)