基于STM32的便携式船舶污水致病菌快速检测系统研究

发布时间：2017-06-02 22:01

  本文关键词：基于STM32的便携式船舶污水致病菌快速检测系统研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着人们海洋环境保护意识的不断增强,船舶生活污水的排放问题越来越受到国际社会的重视,其排放标准也在国内外相关公约和法规的完善下不断提高,同时,各港口国也在逐步加强对船舶生活污水排放问题的检查力度。然而,针对船舶生活污水的排放是否已达到相关公约规定的标准这一问题,各港口国并没有一套准确有效的现场快速检测方法,仅仅只能通过简单定性的传统检查方式来进行大致判断。为此,本文基于STM32和微流控芯片技术设计了一套适合船舶生活污水致病菌现场快速检测的便携式系统,对船舶生活污水排放指标中最具代表性的大肠杆菌数进行现场实时检测。其具体的工作内容如下： (1)微流控芯片的结构设计与制作。本文通过对船舶生活污水大肠杆菌检测特性和检测芯片压力驱动聚集理论进行研究,设计出了一种适合大肠杆菌现场检测的微流控芯片,并用ANSYS CFX软件对所设计的检测芯片流道结构进行了三维模拟仿真。最后制作出相应结构的微流控检测芯片,并将腐蚀后的一对光纤以合理的方式嵌入到微流控芯片PDMS中. (2)激光诱导荧光光学检测系统和信号检测放大滤波电路的设计。本文通过对激光诱导荧光机理和光学检测系统中各光学器件结构原理的研究,完成了光学检测系统的结构设计。然后针对光学检测系统光电倍增管(PMT)所输出的信号特点,设计一个由差分放大电路、高通滤波电路、低通滤波电路以及工频带阻滤波电路所构成的信号处理系统,并借助Multisim电子仿真软件对信号检测放大滤波电路中各模块电路进行仿真分析,以确定各电路的相关参数和电子元器件型号,最后制作出相应的PCB板； (3)基于STM32的船舶污水大肠杆菌实时检测系统硬件电路的设计制作与大肠杆菌实时动态检测过程的软件程序设计。大肠杆菌实时检测系统的硬件设计部分主要包括电源模块、人机交互界面、数据采集、存储器扩展及通信模块等模块电路的设计,软件设计部分主要包括μC/OS-Ⅱ实时操作系统和FAT文件系统在STM32上的移植以及软件层各任务的具体功能实现。 最后本文针对如上所设计的大肠杆菌实时检测系统进行了系统整体检测实验,实验结果表明：本文所设计的基于STM32的便携式大肠杆菌实时检测系统能够稳定运行,并实现了大肠杆菌实时动态检测所预期的各项功能。
【关键词】：船舶生活污水 微流控芯片 激光诱导荧光 放大滤波电路 STM32 μC/OS-Ⅱ
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U664.92;U698.7
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-19
• 1.1 课题的提出12-13
• 1.2 船舶生活污水的定义及其危害特性13-14
• 1.2.1 船舶生活污水的定义13
• 1.2.2 船舶生活污水的危害特性13-14
• 1.3 船舶生活污水的水质标准及目前PSC检查现状14-15
• 1.3.1 船舶生活污水的水质标准14-15
• 1.3.2 目前PSC对船舶生活污水的检查现状15
• 1.4 国内外细菌计数法研究现状及发展趋势15-17
• 1.4.1 实验室常用的大肠杆菌计数方法15-16
• 1.4.2 基于微流控芯片技术的细菌计数法研究现状16-17
• 1.5 本课题的主要研究内容17-19
• 第2章 微流控芯片的设计制作与光学检测系统的结构原理19-41
• 2.1 船舶生活污水微流控芯片的设计19-30
• 2.1.1 检测芯片压力驱动聚集理论20-22
• 2.1.2 检测芯片结构的模拟仿真22-30
• 2.2 大肠杆菌检测芯片的制作30-34
• 2.3 光学检测系统的结构原理34-40
• 2.3.1 激光诱导荧光机理34-35
• 2.3.2 光电倍增管35-39
• 2.3.3 光学检测系统的检测原理39-40
• 2.4 本章小结40-41
• 第3章 信号检测放大滤波电路的设计与仿真41-56
• 3.1 微电流信号的差分放大42-44
• 3.1.1 仪表放大器AD62042
• 3.1.2 差分放大电路的设计与仿真42-44
• 3.2 信号检测滤波电路的设计与仿真44-55
• 3.2.1 高通滤波电路44-49
• 3.2.2 低通滤波电路49-53
• 3.2.3 工频带阻滤波电路53-55
• 3.3 本章小结55-56
• 第4章 大肠杆菌实时检测系统的硬件设计56-73
• 4.1 STM32嵌入式微处理器56-60
• 4.1.1 STM32简介57-58
• 4.1.2 STM32时钟58-59
• 4.1.3 STM32的GPIO口操作59-60
• 4.2 电源电路60-61
• 4.3 USB串口通信电路61-62
• 4.4 TFT LCD模块电路62-67
• 4.4.1 TFT LCD62-63
• 4.4.2 FSMC63-66
• 4.4.3 触摸屏66-67
• 4.5 ADC模块电路67-68
• 4.6 存储器扩展电路68-71
• 4.6.1 EEPROM的扩展68
• 4.6.2 SRAM的扩展68-69
• 4.6.3 FLASH的扩展69-70
• 4.6.4 SD卡的扩展70-71
• 4.7 硬件调试电路71-72
• 4.8 本章小结72-73
• 第5章 大肠杆菌实时检测系统的软件设计73-105
• 5.1 软件开发环境RealView MDK73-74
• 5.2 FATFS在STM32上的移植74-82
• 5.2.1 FATFS简介74-76
• 5.2.2 FATFS的配置与移植76-82
• 5.3 汉字字库的存储与显示82-86
• 5.3.1 汉字的显示原理82-83
• 5.3.2 汉字的内码系统83-84
• 5.3.3 字库文件的存储84-86
• 5.4 μC/OS-Ⅱ实时操作系统内核86-98
• 5.4.1 μC/OS-Ⅱ的基本工作原理86-87
• 5.4.2 μC/OS-Ⅱ的内核结构87-89
• 5.4.3 μC/OS-Ⅱ任务管理89-90
• 5.4.4 μC/OS-Ⅱ时间管理90-91
• 5.4.5 μC/OS-Ⅱ任务间的同步与通讯91-96
• 5.4.6 μC/OS-Ⅱ内存管理96-98
• 5.5 μC/OS-Ⅱ实时内核在STM32上的移植98-101
• 5.5.1 μC/OS-Ⅱ的移植条件98
• 5.5.2 μC/OS-Ⅱ的移植过程98-101
• 5.6 软件功能程序设计101-104
• 5.6.1 软件层任务模块的划分101-103
• 5.6.2 任务优先级的分配103-104
• 5.7 本章小结104-105
• 第6章 基于STM32的大肠杆菌实时检测系统的搭建与实验结果105-110
• 6.1 大肠杆菌实时检测系统的搭建105-106
• 6.2 大肠杆菌实验检测结果106-109
• 6.3 本章小结109-110
• 总结与展望110-111
• 致谢111-112
• 参考文献112-116
• 研究生履历116

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 张先超;徐建平;周福来;;船舶生活污水处理工艺研究[J];安徽工程大学学报;2011年03期

2 严冬;;污水处理中紫外消毒效果的研究[J];环境科学与管理;2010年11期

3 马颖,龙腾锐,方振东;PCR技术检测饮用水中大肠杆菌[J];中国给水排水;2004年09期

4 李建军;姜广辉;邢U

本文编号：416592