基于STM32的红外测油仪研究与开发

发布时间：2020-07-12 19:04

【摘要】：水是生命的起源,人类一切活动都离不开纯净的水源。但近年来我国水污染事件频发,水污染造成的危害触目惊心,当前环境保护形势相当严峻。油类物质污染是水污染源中一项主要污染物。矿物石油类燃料的开采消耗、工业废水的偷排、生活污水的排放,都会导致水源受到油类物质的污染。为了保护水资源,开展水环境实时监测显得尤为重要。检测水中是否含有油类物质及其浓度,有多种物理化学检测方法。但是,红外分光光度法是最符合我国水环境污染国情和相应国家标准规定的。本研究基于STM32F103RC处理器,利用嵌入式软、硬件技术研发了一款通过触摸屏操作的红外测油仪。首先介绍了红外分光光度法的基本原理,对红外测油仪硬件主要模块进行详细介绍。如:红外测油仪系统整体结构、单片机选型及最小系统设计、光学结构选型分析、光源选择、步进电机驱动电路设计、信号采集处理电路。其次介绍了红外测油仪软件设计,主要包括:样品检测、步进电机软件驱动、触摸屏界面设计。最后对红外测油仪样机实际工作过程中遇到的问题,进行了深入研究。主要对红外热释电数据采集方式、如何确定起始点位、三波数峰值点位误差校正、三波数自动寻峰扫描、测试结果性能分析、数据异常点检测处理作了深入研究说明。实验结果表明,本研究的红外测油仪在室内环境下能够正常运行,绘制油类物质吸光度标准谱图,测量水中油类物质浓度,具有优秀的重复性、稳定性。
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH744.1
【图文】：

它主要由三部分组成：红外分光系统、信号采集处理系统、STM32-触摸屏控制系统。系统整体结构如图3-1 所示。图 3-1 系统整体结构图依据红外测油仪的工作原理，检测样品中是否含有油类物质和测量样品中油类物质浓度，均需要计算样品在三波数的吸光度 A。测量样品吸光度实验过程：一.首先保证实验过程在密封黑箱环境下进行，然后将参比溶液四氯化碳（ccl4）倒入比色皿放在样品池中。光源卤钨灯发出的复合光由凸透镜聚焦射入单色仪，通过 STM32 控制步进电机转动丝杠，以此调整单色仪光栅角度，从而将复合光变成波数分离且连续的单色光。校正步进电机起始点位

图 3-2 STM32 最小系统原理图3.3 光学系统结构类型介绍3.3.1 反射式平面光栅系统光学仪器主要由光源系统、准直系统、色散系统、成像系统、检测显示系统五部分组成[35]。最核心的部分是光色散系统，经典色散系统有采用棱镜结构和光栅结构。光学仪器的光谱频率范围、色散率、分辨率由所选择的色散系统决定。光栅结构的色散系统相比棱镜结构具有明显优势，突出优点表现在光谱工作频率范围更大、色散率高、分辨率清晰度高。目前应用最广的是反射式衍射光栅，简称反射式光栅。根据光栅面形状不同，可细分为反射式平面光栅和反射式凹面光栅[34]。反射式凹面光栅和反射式平面光栅都具有色散作用，由于凹面光栅有聚焦功能，不需要成像系统和准直系统，这样可以精简光学结构。但是，由于凹面光栅结构简化，导致光源入射角大，会产生光谱像差。为了校正凹面光栅光谱像差，需要对不同光谱工作

第三章 系统硬件设计系统结构形式的选择衍射平面光栅系统在光学研究应用较多的主要有三种：李特洛和切尔尼-特纳系统[36]。光学系统和艾伯特-法斯梯光学系统均采用一个凹面镜作为成简单[36]。但是它们具体光学安装结构不一样，李特洛光学系统相距较近，像差大和狭缝像弯曲，引起光谱增宽，可以采用相但增加机械加工难度。艾伯特-法斯梯光学系统优点在于慧差生弯曲，不会造成狭缝像光谱增宽。两者缺点是都会产生二次-特纳光学系统实际上是在艾伯特-法斯梯光学系统基础上改造镜代替一大块凹面镜，分别作为准直物镜和成像物镜。这样可射问题，凹面镜尺寸较小方便加工和安装。

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本文编号：2752368