基于化学卟啉传感器的气体检测系统的研究

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进入20世纪以来,随着科学技术的进步,化学物质的品种每年以近千种的速度迅速增长,在现代工业及乡镇企业、私营企业等迅猛发展带来经济繁荣的同时,也带来了严重的职业危害和环境污染的社会问题。有害气体严重的危害着人们的健康,对人体产生极大的危害性,因此设计出准确的、有效的、便利的气体检测仪对人类的健康有着重大的意义。本文在总结了现有气体检测系统优缺点的基础之上,结合目前的最新化学和电子技术,创新地设计了一种基于化学卟啉传感器的气体检测系统。该检测系统能将大气中的有害物质通入我们预先设计好的反应气室与化学卟啉传感器反应,利用CMOS图像传感器捕获反应前后阵列敏感点的颜色变化与指纹数据库进行对比得出气体检测的最终结果,可以有效快速的检测出气体中对人类健康有害的物质。系统可广泛运用于工业尾气、大气中有害气体以及家庭环境中气体的检测,对改善人类的生活环境以及人类的健康具有重要的现实意义。本文在以下几个方面,完成了具有特色的研究工作:1.设计和制作了该气体检测仪的硬件电路,在硬件设计上利用了现代的嵌入式系统,采用了ARM9+MCU的方式,基于模块化的设计思想,以Samsung公司的ARM9处理器芯片S3C2440作为硬件系统的核心,外扩了LCD触摸屏显示电路、图像采集电路、SD卡存储电路、串行通信电路以及USB接口通信电路等。以Microchip公司的PIC16F877作为系统的辅控MCU,外扩了气泵驱动控制电路、反应条件检测电路、报警装置控制电路以及串行通信电路。最后ARM9与MCU之间的通信是利用串行接口来实现的,具有非常好的易用性。2.设计和完成了系统的软件设计,软件环境采用了开放源码的嵌入式Linux操作系统及其Microchip公司的MPLAB IDE V8.00,在Linux操作系统下完成了LCD触摸屏模块设备驱动程序的设计、SD卡存储设备驱动程序的设计、摄像头接口设备驱动程序的设计,在MPLAB IDE V8.00环境下完成了单片机控制程序的设计(包括了气泵转速控制、报警装置的控制以及温湿度流量信号的采集),实现了对化学传感器阵列图像的实时采集、显示和存储以及对影响化学反应的动力学因素的采集和控制。3.根据系统硬件设备的大小和机械特性,运用AUTOCAD设计并组装了该气体检测系统,并运用该系统以NH3、丙酮以及环乙烷为检测对象进行了相关的实验测试。为了更好的使整个系统进一步完善,使研究工作深入下去,本文在最后的总结部分对自己的工作做了自我评价,并且对于未来的发展方向提出了自己的见解。
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