浮游植物叶绿素荧光测量系统电子学部分的设计

发布时间：2017-06-04 16:15

  本文关键词：浮游植物叶绿素荧光测量系统电子学部分的设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：海水温度变化会对浮游植物产生影响,进而会影响到植物的光合作用,基于每种藻的各种参数,得到它们随温度变化的趋势,从而可以全面评定海温变化对浮游植物光合作用的影响。因此本论文提出一种基于FPGA的浮游植物叶绿素荧光的测量系统。该测量系统采用FPGA作为控制核心,实现ADC时序驱动模块,激发LED驱动模块等；在FPGA上采用一种特殊的嵌入式系统即SOPC技术,集成NIOS Ⅱ软核处理器,SDRAM控制器模块,串口通信模块等；使用串口调试助手对下位机发送命令并接收数据,实现该系统的参数设置和荧光光谱线绘制等功能。并针对本文提出的设计进行实验验证,实验表明：按照该方案设计的荧光测量系统可以进行同步数据采集,并实时处理和显示获取的荧光光谱数据,即IJIP曲线。本论文的研究内容主要包括：采用Altera公司的Cyclone Ⅳ系列FPGA器件EP4CE55F2317设计了一个中高集成度的ADC驱动与信号采集系统。该系统中的ADC采样控制时序驱动模块、数据采集和存储等功能模块均是由FPGA内部的逻辑单元生成。FPGA内部的NIOS Ⅱ软核处理器集成设计系统的参数设置模块、串口通信模块和SDRAM控制模块等。用上位机控制并完成对荧光光谱数据的采集,谱线绘制,测量结果储存等功能。
【关键词】：叶绿素荧光 FPGA OJIP曲线
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP274;Q945
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 引言9
• 1.2 叶绿素荧光9-10
• 1.3 快速叶绿素荧光诱导动力学10-12
• 1.4 荧光检测仪器的国内外发展状况12-13
• 1.5 论文的研究内容及意义13-15
• 2 荧光测量系统整体设计方案15-17
• 2.1 叶绿素荧光测量系统光学部分设计15-16
• 2.2 光谱数据采集部分设计16-17
• 3 荧光测量系统的硬件电路设计17-28
• 3.1 FPGA简介17
• 3.2 硬件电路设计总体方案17-18
• 3.3 主要芯片选型18-24
• 3.3.1 FPGA芯片选型18-20
• 3.3.2 模数转换芯片选型20-22
• 3.3.3 放大器芯片选型22
• 3.3.4 存储器芯片选型22-24
• 3.3.5 串口通信芯片选型24
• 3.4 电路原理图设计24-27
• 3.4.1 ADC电路原理图设计24-25
• 3.4.2 放大器电路原理图设计25-26
• 3.4.3 SDRAM电路原理图设计26
• 3.4.4 RS422电路原理图设计26-27
• 3.5 硬件实物电路板27-28
• 4 荧光测量系统的逻辑设计28-36
• 4.1 FPGA时钟模块设计28-29
• 4.2 ADC时序驱动模块设计29-34
• 4.3 数据存储模块设计34-36
• 5 荧光测量系统的NIOS Ⅱ系统设计36-45
• 5.1 NIOSⅡ系统总体设计36-38
• 5.1.1 NIOS Ⅱ简介36
• 5.1.2 NIOS Ⅱ系统的逻辑结构36-37
• 5.1.3 NIOS Ⅱ系统软件设计37-38
• 5.2 串口通信协议的设计38-39
• 5.3 AD采集模块的软件设计39-40
• 5.4 SDRAM控制器的设计40-43
• 5.4.1 SDRAM初始化和模式设置40-41
• 5.4.2 读写控制逻辑41-43
• 5.5 两个电路板之间通信协议的设计43
• 5.6 系统总体软件设计43-45
• 6 实验及结果分析45-52
• 6.1 叶绿素荧光测量系统整体实物介绍45-46
• 6.2 叶绿素荧光测量系统对理想信号的实验46-50
• 6.2.1 对理想信号测试的流程46-47
• 6.2.2 叶绿素荧光测量系统对理想信号测试结果分析47-50
• 6.3 叶绿素荧光测量系统对荧光信号的实验50-52
• 7 总结与展望52-53
• 参考文献53-55
• 致谢55-56
• 个人简历56

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