用于海藻現(xiàn)場檢測的熒光光譜儀的研究.pdf

1、近年來，赤潮的頻繁發(fā)生給海洋生態(tài)環(huán)境帶來了很大的影響，引起人們的廣泛關注。對海洋中海藻進行定性定量分析，可以估測海區(qū)內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的群落結構和分布狀態(tài)，有效地監(jiān)測和預報赤潮。熒光光譜法是海藻種類和濃度分析中常用的一種重要方法，研制可用于海藻現(xiàn)場檢測的熒光光譜儀對赤潮監(jiān)測和預報具有一定的科研價值和現(xiàn)實意義。 本論文針對海藻熒光的特點和實驗測量的大量數(shù)據(jù)，根據(jù)海藻現(xiàn)場測量的要求提出了一種用于海藻現(xiàn)場檢測的熒光光譜儀的設計方法，研制出原

2、型機并進行了原型機的小型化研究。該海藻熒光光譜儀采用上位機和下位機的結構。下位機由光路和以MCS51單片機為核心的控制電路組成，主要實現(xiàn)激發(fā)光源選擇控制、分光光柵掃描、光譜數(shù)據(jù)采集、與上位機進行通信等功能，完成熒光光譜儀的底層控制。在光路設計上，根據(jù)識別海藻激發(fā)波長的要求，結合現(xiàn)有LED管的采購狀況，選用13種發(fā)光二極管(LED)作為激發(fā)光源，海藻產(chǎn)生的熒光采用切爾尼-特納(Czemy-Turner)型光柵單色器分光，有效地減小儀器的體

3、積；使用光電倍增管作為光信號探測器，以提高系統(tǒng)的探測靈敏度。在原型機中使用PC機作為上位機，用VB語言編寫了控制軟件，通過串行口控制下位機的工作流程，實現(xiàn)光譜圖線繪制、光譜數(shù)據(jù)存儲等功能。實驗結果表明，該儀器基本達到了預期目的。 為了更適合現(xiàn)場檢測和野外作業(yè)的要求，在原型機的基礎上進行了使用ARM嵌入式系統(tǒng)替代PC機的小型化研究。設計了基于μC/OS-Ⅱ實時操作系統(tǒng)和S3C44BOX處理器的嵌入式開發(fā)平臺，實現(xiàn)了圖形用戶界面(

4、GUI)、FAT文件系統(tǒng)、USB通信等功能。 在本設計中主要完成以下工作： 1)搭建了由高亮度LED為激發(fā)光源，切爾尼．特納(Czemy-Tumer)型光柵單色器和光電倍增管組成的光學系統(tǒng)；建立了以MCS51單片機為核心的控制電路，實現(xiàn)光譜數(shù)據(jù)采集。 2)以PC機作為上位機，使用VB語言編寫了上位機控制軟件，完成樣機制備并進行了整機實驗，驗證了包括光路在內(nèi)的總體設計的可行性。 3)設計并實現(xiàn)嵌入式

5、開發(fā)平臺。引入嵌入式μC/OS-Ⅱ實時操作系統(tǒng)和μC/GUI圖形用戶界面，分析了μC/GUI圖形用戶界面的組織結構及其驅動程序的編寫方法，并將其移植到S3C44BOX上。 4)詳細分析了FAT文件系統(tǒng)，完成了嵌入式系統(tǒng)中對FAT16文件系統(tǒng)的操作，實現(xiàn)了現(xiàn)場測得的大量光譜數(shù)據(jù)的存儲。 5)基于USB設備控制芯片PDIUSBD12實現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)與PC機之間的USB通信功能。與FNT16文件系統(tǒng)相結合，將系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲