本文關鍵詞：新型光譜組件的網(wǎng)絡節(jié)點設計及實驗，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：物聯(lián)網(wǎng)是物品間通過信息傳感技術和通信網(wǎng)絡進行信息處理、交換的一種網(wǎng)絡概念。近年來,物聯(lián)網(wǎng)在智慧農(nóng)業(yè)、食品安全等領域?qū)ξ镔|(zhì)成分分析的需求不斷增加。近紅外光譜分析作為一種常用的物質(zhì)成分分析技術,具有快速、無損、可多組分同時檢測等優(yōu)點。通過研制具有近紅外光譜分析能力的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點,可以給物聯(lián)網(wǎng)增加物質(zhì)成分感知能力,進一步增加物聯(lián)網(wǎng)的應用范圍。相比傳統(tǒng)的大型光譜分析設備,物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點所具有的微型化、低功耗和便攜性,有助于將近紅外光譜分析推入一個新的發(fā)展階段。本文首先結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展狀況、近紅外光譜分析的應用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,闡述了光譜傳感物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要意義和廣闊前景。然后分析了多種光譜分析設備的常用技術,確定了節(jié)點系統(tǒng)的設計方案,解釋了節(jié)點系統(tǒng)的工作流程。光譜節(jié)點的光譜感知功能由上海技術物理研究所研制的新型光譜組件完成(發(fā)明專利公開號：CN105371951A,2016.03.02),該組件內(nèi)包括集成分光片、感知芯片、專用電路芯片,其波長范圍為1350nm到1538nm。從硬件設計和軟件設計兩個方面詳細介紹了光譜節(jié)點的研制過程,主要有利用Spartan-6系列FPGA設計光譜組件的驅(qū)動時序和節(jié)點系統(tǒng)的控制信號,光譜數(shù)據(jù)采集和無線傳輸電路的設計實現(xiàn),FPGA和MSP430單片機的程序設計、編譯和下載。本論文完成了整個節(jié)點系統(tǒng)的安裝和調(diào)試,并利用一款峰值波長為1526.2nm的LD和氙燈進行波長測量實驗,以驗證節(jié)點系統(tǒng)測量的準確性。實驗結(jié)果顯示,節(jié)點系統(tǒng)工作狀況穩(wěn)定,測量結(jié)果準確,實現(xiàn)了預期設計目標。得益于光譜組件的集成化設計,節(jié)點系統(tǒng)具有微型化和低功耗的特點,其外形尺寸約為9.0cm×8.5cm×5.0cm,工作電流小于60mA,有效光譜傳輸距離大于150米。
【關鍵詞】：物聯(lián)網(wǎng) 新型光譜組件 光譜分析 FPGA
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.44;TN929.5
【目錄】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第一章 前言11-19
• 1.1 選題背景和意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 近紅外光譜分析在成分感知領域的應用14
• 1.2.3 光譜分析設備的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢14-17
• 1.3 論文主要研究內(nèi)容17-18
• 1.4 本章小結(jié)18-19
• 第二章 光譜感知節(jié)點的設計方案19-23
• 2.1 感知節(jié)點的整體設計方案19-21
• 2.2 光譜感知組件21-22
• 2.3 感知節(jié)點的工作原理22
• 2.4 本章小結(jié)22-23
• 第三章 光譜感知節(jié)點的硬件電路23-35
• 3.1 光譜組件的驅(qū)動電路23-24
• 3.2 FPGA芯片的外圍電路24-29
• 3.2.1 電源和退耦電路25-26
• 3.2.2 FPGA的配置電路26-27
• 3.2.3 FPGA的晶振電路27-28
• 3.2.4 FPGA接口及電平轉(zhuǎn)換電路28-29
• 3.3 光譜數(shù)據(jù)采集電路29-31
• 3.4 MSP430外圍電路31-33
• 3.5 電源和參考電壓設計33-34
• 3.6 本章小結(jié)34-35
• 第四章 光譜感知節(jié)點的軟件編程35-46
• 4.1 FPGA程序設計35-42
• 4.1.1 光譜組件的驅(qū)動時序設計36-39
• 4.1.2 數(shù)據(jù)采集電路的控制信號設計39-42
• 4.2 MSP430系列單片機程序設計42-45
• 4.3 本章小結(jié)45-46
• 第五章 節(jié)點系統(tǒng)的調(diào)試及實驗46-52
• 5.1 系統(tǒng)調(diào)試46-49
• 5.2 光譜感知節(jié)點的實驗49-51
• 5.3 本章小結(jié)51-52
• 第六章 總結(jié)52-54
• 附錄：節(jié)點系統(tǒng)的PCB電路板54-56
• 參考文獻56-61
• 致謝61-63
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文目錄63
• 攻讀碩士學位期間技術成果63-64
• 學位論文評閱及答辯情況表64

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