新型光谱组件的网络节点设计及实验

发布时间：2017-06-19 07:12

  本文关键词：新型光谱组件的网络节点设计及实验，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：物联网是物品间通过信息传感技术和通信网络进行信息处理、交换的一种网络概念。近年来,物联网在智慧农业、食品安全等领域对物质成分分析的需求不断增加。近红外光谱分析作为一种常用的物质成分分析技术,具有快速、无损、可多组分同时检测等优点。通过研制具有近红外光谱分析能力的物联网节点,可以给物联网增加物质成分感知能力,进一步增加物联网的应用范围。相比传统的大型光谱分析设备,物联网节点所具有的微型化、低功耗和便携性,有助于将近红外光谱分析推入一个新的发展阶段。本文首先结合物联网的发展状况、近红外光谱分析的应用现状和发展趋势,阐述了光谱传感物联网发展的重要意义和广阔前景。然后分析了多种光谱分析设备的常用技术,确定了节点系统的设计方案,解释了节点系统的工作流程。光谱节点的光谱感知功能由上海技术物理研究所研制的新型光谱组件完成(发明专利公开号：CN105371951A,2016.03.02),该组件内包括集成分光片、感知芯片、专用电路芯片,其波长范围为1350nm到1538nm。从硬件设计和软件设计两个方面详细介绍了光谱节点的研制过程,主要有利用Spartan-6系列FPGA设计光谱组件的驱动时序和节点系统的控制信号,光谱数据采集和无线传输电路的设计实现,FPGA和MSP430单片机的程序设计、编译和下载。本论文完成了整个节点系统的安装和调试,并利用一款峰值波长为1526.2nm的LD和氙灯进行波长测量实验,以验证节点系统测量的准确性。实验结果显示,节点系统工作状况稳定,测量结果准确,实现了预期设计目标。得益于光谱组件的集成化设计,节点系统具有微型化和低功耗的特点,其外形尺寸约为9.0cm×8.5cm×5.0cm,工作电流小于60mA,有效光谱传输距离大于150米。
【关键词】：物联网 新型光谱组件 光谱分析 FPGA
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.44;TN929.5
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第一章 前言11-19
• 1.1 选题背景和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 农业物联网的发展现状12-14
• 1.2.2 近红外光谱分析在成分感知领域的应用14
• 1.2.3 光谱分析设备的发展现状和趋势14-17
• 1.3 论文主要研究内容17-18
• 1.4 本章小结18-19
• 第二章 光谱感知节点的设计方案19-23
• 2.1 感知节点的整体设计方案19-21
• 2.2 光谱感知组件21-22
• 2.3 感知节点的工作原理22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 光谱感知节点的硬件电路23-35
• 3.1 光谱组件的驱动电路23-24
• 3.2 FPGA芯片的外围电路24-29
• 3.2.1 电源和退耦电路25-26
• 3.2.2 FPGA的配置电路26-27
• 3.2.3 FPGA的晶振电路27-28
• 3.2.4 FPGA接口及电平转换电路28-29
• 3.3 光谱数据采集电路29-31
• 3.4 MSP430外围电路31-33
• 3.5 电源和参考电压设计33-34
• 3.6 本章小结34-35
• 第四章 光谱感知节点的软件编程35-46
• 4.1 FPGA程序设计35-42
• 4.1.1 光谱组件的驱动时序设计36-39
• 4.1.2 数据采集电路的控制信号设计39-42
• 4.2 MSP430系列单片机程序设计42-45
• 4.3 本章小结45-46
• 第五章 节点系统的调试及实验46-52
• 5.1 系统调试46-49
• 5.2 光谱感知节点的实验49-51
• 5.3 本章小结51-52
• 第六章 总结52-54
• 附录：节点系统的PCB电路板54-56
• 参考文献56-61
• 致谢61-63
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录63
• 攻读硕士学位期间技术成果63-64
• 学位论文评阅及答辩情况表64

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  本文关键词：新型光谱组件的网络节点设计及实验，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：461810