本文關鍵詞：高精度激光粉塵檢測系統(tǒng)

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【摘要】：隨著科技的飛速發(fā)展,工業(yè)化進程不斷推進,自然環(huán)境也在遭受著越來越重的破壞。粉塵作為環(huán)境惡化的重要污染源,嚴重危害著我們的生活環(huán)境和人們的身心健康。因此,采取及時有效的措施對環(huán)境中的粉塵濃度進行檢測,然后進行除塵降塵,可有效提高人生安全系數和環(huán)境質量。近年來,國家相關部門逐漸重視粉塵污染問題,并自主研發(fā)了許多檢測粉塵的設備,對環(huán)境中的粉塵進行了大量的監(jiān)測與防治工作。在現有的粉塵檢測設備中,所用的傳感器穩(wěn)定性差,致使測量精度不夠高,且校準調節(jié)難度大,這也對產品的推廣和后期維護帶來不便,因此,需要在已有粉塵檢測設備的基礎上,自行研制一款具有自主知識產權的高精度粉塵檢測系統(tǒng)。本文在參閱大量文獻的基礎上,采用光散射法在線監(jiān)測粉塵濃度,這種方法檢測出的粉塵濃度的精度很高。我們基于這種方法設計了激光粉塵濃度檢測系統(tǒng),包括粉塵檢測系統(tǒng)的總體結構設計、光學部分設計、硬件電路設計和軟件程序設計,并用串口通訊模塊對此系統(tǒng)進行了數據校準及穩(wěn)定性分析,最后使用此系統(tǒng)對環(huán)境中的粉塵濃度實地測量,通過Origin軟件對測得數據進行了數據分析,與國控點發(fā)布的數據進行對比,結果表明系統(tǒng)的穩(wěn)定性也非常好。本文研究內容分為以下幾個部分：第一部分：粉塵檢測系統(tǒng)光學部分設計。通過比較各種粉塵檢測方法的優(yōu)缺點,針對粉塵測試系統(tǒng)的性能的總體要求,最終設計出了基于激光散射法的光學部分的總體結構,包括激光光源、氣室的設計及探測器的選型。第二部分：粉塵檢測系統(tǒng)的硬件電路設計。利用Altium Designer軟件設計粉塵采集與處理模塊的電路圖,并對其PCB電路布線,通過加工制作生成PCB電路板。第三部分：粉塵檢測系統(tǒng)的軟件程序設計。軟件方面主要使用Keil軟件對粉塵采集程序、數據濾波程序、粉塵計算程序的設計。第四部分：粉塵檢測系統(tǒng)的優(yōu)化處理。在粉塵傳感器電路旁加一微型風扇,可預先模擬環(huán)境變化對粉塵中PM2.5和PM10濃度造成的影響。第五部分：粉塵檢測系統(tǒng)的調試與實地測量。利用串口通訊模塊將粉塵檢測系統(tǒng)與電腦連接,調試此粉塵檢測系統(tǒng)。調試完成后,利用此粉塵檢測系統(tǒng)實地測量環(huán)境氣體中PM2.5和PM10的濃度值。第六部分：粉塵檢測系統(tǒng)的性能評估。對實地測得的數據與國控點發(fā)布的數據進行對比,并用Origin軟件進行處理分析,最后綜合評判粉塵檢測系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性與可靠性。本文研制的粉塵檢測系統(tǒng)在結構上突破了兩點,一是徹底克服了以往紅外粉塵濃度測量方法中低精度、穩(wěn)定性差的缺點；二是為傳感器設計了專門的風扇通道,使測量精度更為精確。該粉塵檢測系統(tǒng)可用于測量建筑工地等粉塵的濃度變化,可測量范圍達到每立方米幾mg的粉塵。在對比檢測中,實現在線校準。利用自適應濾波方法提高檢測精度和穩(wěn)定性。
【關鍵詞】：粉塵 激光 高精度 光散射 檢測系統(tǒng)
【學位授予單位】：西安工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X84
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-16
• 1.1 粉塵檢測概述10-11
• 1.2 粉塵檢測背景11-12
• 1.3 國內外發(fā)展現狀12-13
• 1.3.1 國外發(fā)展現狀12-13
• 1.3.2 國內發(fā)展現狀13
• 1.4 研究意義13-14
• 1.5 本文主要研究工作及各章內容安排14-16
• 1.5.1 本文主要研究工作14
• 1.5.2 論文各章內容安排14-16
• 2 粉塵檢測系統(tǒng)總體設計方案16-20
• 2.1 系統(tǒng)總體設計方案16-17
• 2.2 系統(tǒng)各個模塊介紹17-18
• 2.2.1 粉塵數據采集模塊17-18
• 2.2.2 ARM數據處理模塊18
• 2.2.3 電源模塊18
• 2.3 系統(tǒng)三維圖設計18-19
• 2.4 本章小結19-20
• 3 粉塵檢測系統(tǒng)光學部分設計20-26
• 3.1 粉塵濃度檢測技術方法20-22
• 3.1.1 粉塵濃度的取樣測量法20-21
• 3.1.2 粉塵濃度的非取樣測量法21-22
• 3.2 粉塵濃度檢測系統(tǒng)光學部分的總體結構22-25
• 3.2.1 光源的選擇22-23
• 3.2.2 氣室的設計23-24
• 3.2.3 探測器的選擇24-25
• 3.3 本章小結25-26
• 4 粉塵檢測系統(tǒng)硬件電路和軟件程序設計26-39
• 4.1 總電路圖設計26
• 4.2 粉塵數據采集電路設計26-29
• 4.2.1 光源發(fā)射電路的設計27
• 4.2.2 放大濾波電路的設計27-28
• 4.2.3 電源模塊電路設計28-29
• 4.2.4 處理電路29
• 4.3 粉塵數據處理電路的設計29-33
• 4.3.1 ARM處理器選擇30-31
• 4.3.2 風扇驅動電路設計31
• 4.3.3 參數存儲電路設計31-32
• 4.3.4 串口輸出電路設計32
• 4.3.5 復位電路設計32
• 4.3.6 電源電路設計32-33
• 4.4 PCB設計33
• 4.5 軟件設計及流程圖33-38
• 4.5.1 數據采集程序設計33-35
• 4.5.2 數據濾波程序設計35-37
• 4.5.3 數據計算程序設計37-38
• 4.6 本章小結38-39
• 5 粉塵檢測系統(tǒng)的半自動校準及測試應用39-55
• 5.1 粉塵檢測系統(tǒng)實物圖39-40
• 5.2 粉塵濃度半自動校準40-44
• 5.3 整機測試與性能分析44-52
• 5.4 誤差分析52-53
• 5.4.1 誤差來源52
• 5.4.2 誤差估計52-53
• 5.5 系統(tǒng)功能及主要技術指標53-54
• 5.5.1 系統(tǒng)功能53-54
• 5.5.2 主要技術指標54
• 5.6 本章小結54-55
• 6 結論和展望55-57
• 6.1 結論55
• 6.2 展望55-57
• 參考文獻57-60
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文60-61
• 致謝61-64
• 附錄A64-65
• 附錄B65

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1 鄧曉榮;高精度激光粉塵檢測系統(tǒng)[D];西安工業(yè)大學;2016年

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本文編號：710944