前向散射式无线能见度仪的研制

发布时间：2017-10-09 10:44

  本文关键词：前向散射式无线能见度仪的研制

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【摘要】：随着全球大气污染日益严重,作为空气质量的直接表征,能见度日益引起人们的关注,不少地区和国家都把它作为空气污染的指标之一。能见度观测,能够为气象预报、交通运输等提供依据。因此研究和设计一款精度高、体积小、实时性强和易操作的能见度测量仪显得尤为必要。本文设计了一款前向散射式无线能见度仪。在分析能见度测量原理的基础上,提出了散射式能见度测量装置的设计方案及结构。其硬件部分由发射模块、接收模块、数据处理模块、无线数据传输模块组成。发射模块通过固定频率调制恒流电路激励发光二极管发射红外线。红外线在空气中传播时产生的微弱散射光,通过接收端滤光以减小太阳辐射的影响,聚焦增强后被光敏二极管接收。接收信号通过放大及滤波电路,减小了光及电的干扰,从而取得与发射信号频率一致并反映能见度状况的交流信号。整流后通过A/D转换模块取得数字信号,并送数据处理模块进行分析处理,以取得能见度结果。无线数据传输模块采用CC2530无线传感器网络传输测量数据,实现能见度测量的无线化和网络化。软件部分,采用C语言编程来控制光信号的发送,数据采集及处理,并转换为能见度值。利用C#开发了上位机软件,以便用户远程操作和数据监控。最后通过误差来源分析,提出了提高能见度测量准确度的方法。试验表明,该系统能够测量能见度值,实时性强,使用维护方便,能够较好满足低能见度时的观测要求。
【关键词】：能见度 散射信号 A/D转换 CC2530
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH765
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 第一章 绪论7-14
• 1.1 研究背景7
• 1.2 国内外研究现状7-12
• 1.3 发展趋势12
• 1.4 本文主要内容12-14
• 第二章 能见度测量原理14-23
• 2.1 能见度的测量方式14-16
• 2.1.1 透射式能见度测量仪14-15
• 2.1.2 散射式能见度测量仪15-16
• 2.1.3 数字摄像技术16
• 2.2 能见度测量理论基础16-21
• 2.2.1 瑞利散射理论19-20
• 2.2.2 Mie散射理论20-21
• 2.3 测量方法选取21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 总体设计方案23-26
• 3.1 能见度测量系统的设计要求23
• 3.1.1 系统设计要求23
• 3.1.2 系统方案23
• 3.2 能见度测量的系统组成23-25
• 3.3 本章小结25-26
• 第四章 能见度测量硬件电路设计26-46
• 4.1 发射光源26-27
• 4.1.1 发射光源的特点26-27
• 4.1.2 光源的比较27
• 4.1.3 光源选取27
• 4.2 光信号调制种类27-28
• 4.3 驱动电路设计28-29
• 4.4 接收电路设计29-35
• 4.4.1 光电接收器件29-30
• 4.4.2 光电二极管原理介绍30-31
• 4.4.3 光电接收器件选型31-35
• 4.5 放大及滤波电路35-36
• 4.6 整流电路36-37
• 4.7 A/D转换电路37-38
• 4.8 Zigbee无线收发模块设计38-45
• 4.8.1 Zigbee协议栈结构40-41
• 4.8.2 ZigBee网络拓扑41
• 4.8.3 无线传感器网络芯片CC253041-43
• 4.8.4 ZigBee发送模块设计43
• 4.8.5 ZigBee接收模块设计43-44
• 4.8.6 串口数据通信模块44-45
• 4.9 本章小结45-46
• 第五章 能见度测量系统软件设计46-57
• 5.1 光源调制程序46-47
• 5.2 A/D转换子程序47-48
• 5.3 无线收发模块程序设计48-52
• 5.4 上位机接收系统设计52-56
• 5.5 本章小结56-57
• 第六章 测量结果与误差分析57-66
• 6.1 实验系统安装测试57-60
• 6.2 系统测量结果60-64
• 6.3 误差分析与处理64
• 6.4 系统误差处理方法64-65
• 6.5 本章小结65-66
• 第七章 总结与展望66-68
• 7.1 本文总结66-67
• 7.2 展望67-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-72
• 攻读硕士期间的科研成果72

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